電梯鼓式制動(dòng)器的原理及安全隱患分析

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院鎮(zhèn)江分院 孫 磊

近期全國(guó)發(fā)生多起電梯制動(dòng)器的失效事故，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，事故主要是由兩個(gè)原因造成的：①鼓式制動(dòng)器電磁鐵未定期拆解清洗，內(nèi)部存在油污或者銹蝕，造成運(yùn)行卡頓，導(dǎo)致制動(dòng)器制動(dòng)失效；②鼓式制動(dòng)器的松閘頂桿選用了導(dǎo)磁材料，在長(zhǎng)期工作中發(fā)生磁化，通電后電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，頂桿在磁場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，易引起制動(dòng)器卡阻，導(dǎo)致制動(dòng)器制動(dòng)失效。

為減少相應(yīng)事故發(fā)生，保障人民群眾財(cái)產(chǎn)安全，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局印發(fā)了隱患排查治理的通知（市監(jiān)特設(shè)函〔2021〕564號(hào)）。本文重點(diǎn)討論通知中所提及的鼓式制動(dòng)器，分析隱患，根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)提出相應(yīng)工作方法。

■電梯制動(dòng)器

1.制動(dòng)器的概念及工作原理

電梯制動(dòng)器是電梯的主要安全部件，它的穩(wěn)定可靠是電梯安全運(yùn)行的保證。它的可靠性在TSG T7007-2016《電梯型式試驗(yàn)規(guī)則》做了以下要求：電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)制動(dòng)器應(yīng)進(jìn)行不小于200萬(wàn)次的動(dòng)作試驗(yàn)，且試驗(yàn)期間不允許出現(xiàn)任何故障[1]，試驗(yàn)結(jié)束后符合相關(guān)要求。常見(jiàn)的電梯制動(dòng)器類型有鼓式和盤(pán)式，GB/T 26665-2011《制動(dòng)器術(shù)語(yǔ)》對(duì)制動(dòng)器的定義如下：

制動(dòng)器（Brake）是具有使運(yùn)動(dòng)部件或者運(yùn)動(dòng)機(jī)械減速、停止或者保持停止?fàn)顟B(tài)等功能的裝置[2]。

鼓式制動(dòng)器（Drum Brake）如圖1所示。它是用圓柱面作為摩擦副接觸面的制動(dòng)器[2]，此類制動(dòng)器特點(diǎn)是被制動(dòng)部件的制動(dòng)面（制動(dòng)摩擦面）是圓柱面。

圖1 鼓式制動(dòng)器

盤(pán)式制動(dòng)器（Disk Brake）如圖2所示。它是用圓盤(pán)的端面作為摩擦副接觸面的制動(dòng)器[2]，盤(pán)式制動(dòng)器是以被制動(dòng)部件的端面作為制動(dòng)面的制動(dòng)器。

電梯制動(dòng)器的工作原理如下：電梯制動(dòng)器采用機(jī)電式制動(dòng)器，制動(dòng)器通電時(shí)打開(kāi)，斷電時(shí)閉合。電梯處于平層或者靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，制動(dòng)器線圈不通電，電磁鐵不動(dòng)作，制動(dòng)閘瓦被制動(dòng)彈簧緊緊壓在制動(dòng)輪上。當(dāng)電梯收到動(dòng)作信號(hào)時(shí)，制動(dòng)線圈通電，電磁鐵鐵芯被吸合，帶動(dòng)制動(dòng)臂克服制動(dòng)彈簧的壓力，制動(dòng)閘瓦和制動(dòng)輪分開(kāi)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曳引機(jī)運(yùn)行。電梯到站?？繒r(shí)，制動(dòng)器斷電，制動(dòng)彈簧帶動(dòng)制動(dòng)臂將閘瓦壓緊緊壓在制動(dòng)輪上，電梯保持停止?fàn)顟B(tài)。制動(dòng)器提供的制動(dòng)力能使裝有125%額定載荷的轎廂，在額度速度下行運(yùn)行時(shí)有效制停，且其減速度不應(yīng)大于安全鉗動(dòng)作，或者是轎廂撞擊緩沖器產(chǎn)生的減速度[3]。

2.制動(dòng)器失效的主要原因

電梯制動(dòng)器一旦失效會(huì)造成嚴(yán)重后果，如電梯沖頂、蹲底，如果電梯在平層人員進(jìn)入時(shí)失效，更會(huì)發(fā)生層門(mén)位置的剪切事故，死亡率極高。此類事故在造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的同時(shí)，還會(huì)引發(fā)人們?cè)诔俗娞輹r(shí)出現(xiàn)恐慌和緊張的情況，負(fù)面影響很大。以下總結(jié)電梯制動(dòng)器失效的原因：

（1）環(huán)境異物進(jìn)入致使銜鐵被卡阻。

（2）封閉橡膠老化脫落致使銜鐵被卡阻。

（3）松閘裝置設(shè)計(jì)不良或者機(jī)械加工精度不足致使兩個(gè)獨(dú)立的銜鐵同時(shí)被卡阻。

（4）制動(dòng)器的設(shè)計(jì)或制造材料有缺陷如鐵芯、彈簧等重要材料選用不當(dāng)，造成制動(dòng)器不能可靠制停轎廂。

（5）制動(dòng)臂制造缺陷，致使制動(dòng)臂疲勞斷裂。

（6）對(duì)制動(dòng)器錯(cuò)誤的調(diào)整使制動(dòng)能力出現(xiàn)下降或者喪失。

（7）激勵(lì)或維持電壓過(guò)低致使制動(dòng)器沒(méi)有完全打開(kāi)，引起制動(dòng)摩擦片的過(guò)度磨損，使制動(dòng)力下降或喪失。

（8）頂桿(拉桿)螺絲致使制動(dòng)力下降。

圖4 電磁鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（9）制動(dòng)器閘瓦的脫落或者磨損致使制動(dòng)能力下降。

（10）制動(dòng)臂銷軸的銹蝕導(dǎo)致制動(dòng)能力下降或者喪失。

（11）制動(dòng)彈簧疲勞失效。

（12）鋼絲繩的油、驅(qū)動(dòng)主機(jī)軸承的油、減速箱的油污染了制動(dòng)盤(pán)（鼓），導(dǎo)致制動(dòng)能力不足。

（13）電機(jī)永磁鐵脫落致使電機(jī)激烈振動(dòng)、制動(dòng)器過(guò)度磨損制動(dòng)力不足。

■隱患排查要求與安全隱患分析

通知中隱患排查有以下工作內(nèi)容：

（1）拆解保養(yǎng)鼓式制動(dòng)器電磁鐵。鼓式制動(dòng)器由于結(jié)構(gòu)原因，在長(zhǎng)期工作中會(huì)混入灰塵等雜質(zhì)形成油泥，或者磨損產(chǎn)生鐵屑會(huì)造成制動(dòng)器卡阻問(wèn)題。應(yīng)按照TSG T5002-2017《電梯維護(hù)保養(yǎng)規(guī)則》要求對(duì)其進(jìn)行拆解清洗。

（2）更換鼓式制動(dòng)器松閘頂桿。部分松閘頂桿使用了導(dǎo)磁材料，在長(zhǎng)期工作下發(fā)生磁化，通電后電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，松閘頂桿在磁場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，制動(dòng)器有發(fā)生卡阻的風(fēng)險(xiǎn),結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。電梯制造廠需要提供非導(dǎo)磁材料的松閘頂桿（如銅質(zhì)材料等）并指導(dǎo)相關(guān)單位施工更換。

圖3 鼓式制動(dòng)器（雙鐵芯）

工作內(nèi)容的第一點(diǎn)讓筆者想起2017年部分企業(yè)對(duì)其生產(chǎn)的存在缺陷的制動(dòng)器進(jìn)行主動(dòng)召回，其隱患及原因和本次類似。我們通過(guò)上次召回及質(zhì)檢特函中的結(jié)果對(duì)鼓式制動(dòng)器的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。質(zhì)檢特函〔2017〕19號(hào)中對(duì)其鼓式制動(dòng)器的故障描述如下：制動(dòng)器電磁鐵動(dòng)作50萬(wàn)次～150萬(wàn)次期間，存在柱塞被內(nèi)部油泥阻滯的風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)制動(dòng)器電磁鐵動(dòng)作約200萬(wàn)次時(shí)，其柱塞軸桿會(huì)因磨損而出現(xiàn)明顯臺(tái)階，使柱塞沖程受限，存在制動(dòng)器不能正確制動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)[4]。原電梯制造廠認(rèn)為使用原來(lái)問(wèn)題型號(hào)制動(dòng)器的電梯，對(duì)維護(hù)保養(yǎng)有較高的要求，如維護(hù)保養(yǎng)單位未能按照技術(shù)要求對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行清洗或更換相應(yīng)配件，這批電梯在使用中存在極大風(fēng)險(xiǎn)，易造成電梯事故。電磁鐵銹蝕如圖5[4]所示，電磁鐵油污如圖6[4]所示。

圖5 電磁鐵銹蝕

圖6 電磁鐵油污

對(duì)于問(wèn)題鼓式制動(dòng)器同型號(hào)產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試結(jié)果表明：該型制動(dòng)器電磁鐵對(duì)維護(hù)保養(yǎng)有很高的要求。制動(dòng)器每次制動(dòng)時(shí)，其柱塞會(huì)撞擊封閉的電磁鐵殼體內(nèi)的緩沖墊，而且會(huì)帶動(dòng)釋放桿轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，在日常保養(yǎng)中需要嚴(yán)格按照養(yǎng)護(hù)規(guī)程進(jìn)行定期調(diào)整保養(yǎng)，密切注意檢查并拆解電磁鐵，更換密封圈和緩沖墊，對(duì)柱塞進(jìn)行清潔、打磨、潤(rùn)滑，當(dāng)磨損達(dá)到一定程度時(shí)需要整體更換制動(dòng)器電磁鐵。同時(shí)制動(dòng)器減震墊屬于橡膠類產(chǎn)品，受長(zhǎng)期撞擊工作，會(huì)失效（噪聲變大），減振墊、鐵芯、端蓋表面有污濁，會(huì)使其（上電開(kāi)閘時(shí)）局部因空氣被擠出；當(dāng)失電合閘時(shí)局部形成“負(fù)壓”，鐵芯因“負(fù)壓”導(dǎo)致復(fù)位延遲。綜上所述，依據(jù)質(zhì)檢特函〔2017〕19號(hào)，企業(yè)對(duì)所有問(wèn)題制動(dòng)器的電磁鐵進(jìn)行了免費(fèi)更換消除隱患。

TSG-T5001《電梯使用管理與維護(hù)保養(yǎng)規(guī)則》對(duì)制動(dòng)器維護(hù)保養(yǎng)有以下要求：維保單位應(yīng)當(dāng)每年對(duì)制動(dòng)器鐵芯（柱塞）進(jìn)行清洗、潤(rùn)滑、檢查，如果磨損量超過(guò)制造單位要求應(yīng)進(jìn)行更換[5]。由于維保保養(yǎng)不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器鐵芯（柱塞）銹蝕、卡阻；由于維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)鐵芯（柱塞）安裝不正確，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)造成推桿彎折等，該問(wèn)題在鼓式制動(dòng)器尤其突出。

工作內(nèi)容的第二點(diǎn)要求是更換鼓式制動(dòng)器松閘頂桿。部分制動(dòng)器的松閘頂桿使用了導(dǎo)磁材料，在長(zhǎng)期工作下發(fā)生磁化，通電后電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，松閘頂桿在磁場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，制動(dòng)器有發(fā)生卡阻的風(fēng)險(xiǎn)。維保單位可以通過(guò)使用磁鐵測(cè)試松閘頂桿是否為導(dǎo)磁材料，對(duì)使用導(dǎo)磁材料的制動(dòng)器，電梯制造廠需提供新的松閘頂桿（材料應(yīng)為非導(dǎo)磁材料，如銅質(zhì)材料等）并指導(dǎo)相關(guān)單位施工更換。施工類別為一般修理，施工前應(yīng)去屬地的特種設(shè)備管理部門(mén)辦理開(kāi)工告知。

■隱患排查工作進(jìn)度與要求

根據(jù)總局文件要求，隱患排查分三個(gè)階段。

第一階段為自查準(zhǔn)備階段，特種設(shè)備的使用單位（此處指電梯使用單位）要落實(shí)企業(yè)安全的主體責(zé)任，積極與維保單位聯(lián)系并配合，對(duì)使用單位內(nèi)的電梯進(jìn)行排查并制定整改計(jì)劃。電梯制造廠需對(duì)銷售的電梯進(jìn)行統(tǒng)計(jì)梳理，針對(duì)通知的要求公開(kāi)排查整治方案，與相關(guān)使用單位或維保單位聯(lián)系，為其制動(dòng)器維護(hù)清理提供技術(shù)支持（提供維護(hù)保養(yǎng)說(shuō)明或者是提供拆解演示視頻）。

第二階段為集中整改階段,電梯的使用單位應(yīng)聯(lián)系維護(hù)保養(yǎng)單位根據(jù)電梯制造單位提供的拆解和清洗方法，對(duì)在用電梯的制動(dòng)器電磁鐵進(jìn)行拆解和清洗，如果松閘頂桿使用鐵質(zhì)等導(dǎo)磁材料的，應(yīng)對(duì)松閘頂桿進(jìn)行更換（更換的頂桿由廠家提供，并由廠家指導(dǎo)更換）。對(duì)于廠家明確免拆解的，廠家需進(jìn)行一次免費(fèi)的現(xiàn)場(chǎng)檢查。使用單位應(yīng)注意保存見(jiàn)證資料，資料可以是視頻或者照片（不限于這兩類）。

第三階段為現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)階段，檢驗(yàn)檢測(cè)單位應(yīng)發(fā)揮其技術(shù)把關(guān)和支撐作用，根據(jù)安全技術(shù)規(guī)范要求對(duì)拆解清洗過(guò)的制動(dòng)器進(jìn)行查驗(yàn)（包括更換松閘頂桿的制動(dòng)器），驗(yàn)證其安全性能是否符合要求，并將查驗(yàn)結(jié)果按季度向?qū)俚胤止芴胤N設(shè)備的管理部門(mén)匯總報(bào)送。對(duì)于已經(jīng)進(jìn)行電梯檢驗(yàn)檢測(cè)試點(diǎn)的地區(qū)，由相應(yīng)的檢驗(yàn)或檢測(cè)單位按要求執(zhí)行上述工作。

需要補(bǔ)充的是，對(duì)于在2021年7月～2022年9月期間未進(jìn)行定期檢驗(yàn)或者是檢測(cè)的電梯(在排查治理范圍表內(nèi))，應(yīng)由當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)察機(jī)構(gòu)組織技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行查驗(yàn)。

■鼓式制動(dòng)器的拆解清洗

本次專項(xiàng)排查治理的結(jié)果好壞取決于相關(guān)鼓式制動(dòng)器的拆解和清洗的質(zhì)量，針對(duì)制動(dòng)器的清洗，筆者提供一個(gè)大致的流程供參考，實(shí)際操作以電梯制造單位（改造單位）、驅(qū)動(dòng)主機(jī)制造單位或拆解清潔的修理單位的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)為準(zhǔn)。

鼓式制動(dòng)器拆解清洗流程：

（1）通知使用單位，停用即將清洗的電梯，做好安全防護(hù)（如在基站和工作層放置護(hù)欄等），將電梯運(yùn)行到頂層，檢修運(yùn)行電梯轎廂，使電梯在受控情況下溜車至對(duì)重完全壓在緩沖器上，切斷電源。

（2）測(cè)量壓縮彈簧并記錄，在制動(dòng)臂上卸下開(kāi)關(guān)連接板，拆前做相應(yīng)標(biāo)記以便組裝時(shí)按原有標(biāo)記調(diào)整。完全松脫制動(dòng)彈簧調(diào)節(jié)螺栓，操作前測(cè)量彈簧長(zhǎng)度并進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)記，以便安裝時(shí)按原位置調(diào)整。拆卸關(guān)聯(lián)件，讓制動(dòng)臂松開(kāi)。進(jìn)行機(jī)械部件的檢查、潤(rùn)滑、閘瓦的檢查。

（3）拆解、清理電磁線圈的銅套、鐵芯，必要時(shí)更換松閘頂桿。

（4）按照與拆解相反的順序組裝電磁鐵，組裝時(shí)需要確認(rèn)制動(dòng)器柱塞與松閘桿的靈活性，檢查電磁線圈、動(dòng)作檢測(cè)裝置和機(jī)械部分位置正常。

（5）上電，試驗(yàn)電磁線圈的動(dòng)作情況，慢車情況下檢查電磁線圈和機(jī)械部位的動(dòng)作情況，并確認(rèn)制動(dòng)器的制動(dòng)能力是否正常。

（6）確認(rèn)電梯完全恢復(fù)正常，完成現(xiàn)場(chǎng)拆解清洗過(guò)程的記錄，移除作業(yè)護(hù)欄等，將電梯交付使用單位。

（7）拆解和清洗更換的過(guò)程，維保單位需嚴(yán)格記錄過(guò)程信息，留有見(jiàn)證文件（照片或視頻等）以便追溯。

■結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了制動(dòng)器的原理，總結(jié)了其失效原因，對(duì)鼓式制動(dòng)器安全隱患排查中的隱患風(fēng)險(xiǎn)做了分析，并提出筆者的見(jiàn)解和解決方法，最后梳理隱患排查三個(gè)階段的主要工作，并介紹鼓式制動(dòng)器的拆解流程。