談電梯制動器的檢測及安全分析

陳偉森

（廣州市特種機電設備檢測研究院，廣東廣州 510180）

0 引言

將人或貨物及時準確地運送到建筑物內預定的樓層，而且在轎廂準確平層的條件下，使電梯轎廂能夠安全可靠地停站是電梯的作用。曳引機作為電梯運動的動力，當轎廂到站時，它必須將電機轉速降到零，電梯制動器實現“零速”剎車。為了使轎廂可以準確平層，電梯一般不會采用電動機的電氣制動方法，一旦采用這個方法，電梯就會在慣性的作用下，無法立刻停止。所以通常會選擇用制動器（抱閘）來停車，這種方法是電梯到站時曳引電機的轉速降到零，抱閘通過機械結構實現零速剎車。無論電梯運行時發生制動器不抱閘還是制動失控，都會造成嚴重的安全后果。下面通過對電梯出現的溜車現象進行深入分析探討，希望可在電梯的檢驗和維修保證過程中找到發生這些問題的根本原因，同時還期望可找到能夠完全解決這類問題的有效方法。

1 電梯溜車事故案例

有一臺原來運行正常的電梯，當其按指令運行至10樓平層開門時，在開門的瞬間，電梯發生向下溜車的現象，當電梯滑行到7樓時，電梯限速器帶動安全鉗動作緊急剎車，在此突發事故過程中幸無人員傷亡。事后經檢查，造成此次溜車的原因是因為電梯制動器在停站時未能正常動作剎住電梯。下面對電梯制動器在停站時未能正常動作的原因進行分析，尋找出預防及解決類似問題的方法。

2 造成電梯溜車的原因分析

2.1 電梯制動器制動力分析

在電梯運行過程中，當發生以下兩種情況時，電梯的制動器會主動將電梯制停：①轎廂在層站的位置保持靜止；②當緊急情況發生時。通過分析轎廂的運動狀態可以知道，轎廂在運行的過程中，會受到4 個力的影響，即為：①曳引機的曳引力；②轎廂自重及載荷的重力；③對重的重量產生的重力；④運行時井道內風及轎廂、對重與導軌摩擦所產生的阻力（此阻力在此暫且忽略不計）。電梯在正常運行情況下，制動器在電梯平層時“零速”動作，使電梯在指定樓層準確停靠，這個時候就會存在制動器的制動力矩等于電梯轎廂與對重產生的靜力矩的情況。

若電梯在運行過程中突然停電，電梯要在制動器的作用下安全地制停轎廂，就必須考慮轎廂與對重兩側動力矩大小的影響。此時電梯處于突然失去曳引力而緊急剎車狀態，電梯就會同時受到2 個力的影響：①制動器的制動力；②轎廂和對重的重力。不難看出，以上兩種情況的制動方式不同主要是因為制停時的減速度a 的大小不一樣。當電梯處于正常運行靠站停車，電梯停車的減速度a 小于0.65 m/s2，而緊急制動時的減速度a在2 ～9.8 m/s2之間。而減速度是加速度的一種情形，它是受物體質量（m）以及產生減速度的力（F）所影響的。同時，電梯無法對這兩種工況的負荷作正確的選擇，而電梯緊急剎車時的最小減速度amin＞2 m/s2，這個減速度是正常停車時的減速度的三倍〔1〕。由此可見：電梯要同時滿足緊急剎車情況下和正常制動工況下的減速度要求是十分困難的。按照GB7588－2003《電梯制造與安裝安全規范》對制動器的規定，制動器設計時必須滿足緊急制動工況下減速度的要求〔2〕。即假設轎廂以125%額定載荷的下行至最低站附近電梯斷電時能可靠制停，則會有：

靜力矩為：

其中：Q 為額定載重量（kg）；G 為轎廂自重（kg）；W 為對重重量（kg）；i 為鋼絲繩倍率；ML為轎廂側鋼絲繩重量（kg）；D為曳引輪節圓直徑（m）；I 為減速器傳動比；η為傳動系數總機械效率。

動力矩為：Md=J·ε=m·D2·n1/38.2tb（N·m），

其中：J 為當量化到制動輪軸上所有運動零件的轉動慣量（kg·m2）；ε為角減速度（rad/s2）；m 為當量化到制動輪上的全部質量（kg）；n1為制動開始時的電機轉速（r/min）；tb為制停時間（s）。

制動器所需的制動力矩等于靜力矩加上動力矩之和，即Mb=MS＋Md。如果制動器兩側的機械裝置的制動力相等，則要求制動器單邊的制動力：F1=Mb÷2r，r為制動輪的半徑。

2.2 電梯制動器失效的原因分析

綜上所述，若制動器F1＜（Mb÷2r）時，電梯制動器將無法安全地使電梯制停，這時就會發生剎不住車的問題。電梯制動器結構圖如圖1所示。

圖1 電梯制動器結構圖

從制動器的結構可以清楚知道，制動彈簧壓力N 的大小由兩個條件決定：①剎車皮與制動輪的接觸面積；②剎車皮的摩擦系數μ。因此制動器制動力不足，將給電梯安全運行帶來嚴重隱患。

（1）制動彈簧壓力不足

根據力學原理可知道，當彈簧處于壓縮或拉伸狀態時，彈簧產生的彈力必由彈簧伸縮量和彈性系數的乘積所決定，即：F=Kx（其中：F 為彈力，x 為伸縮量，K 為彈性系數）。對剛剛安裝的電梯來說，制動器的結構參數已為定值，不管轎廂負荷怎樣變化，制動力都不會再改變。然而電梯在正常運行的過程中，彈簧必然會產生一定程度的磨損或者彈簧彈性模量產生改變，制動器的壓緊彈簧力也相應地發生著變化，因而導致制動力大小隨之發生變化。

（2）制動器剎車皮長期使用引起磨損

電梯制動器的剎車皮在正常的使用中，由于剎車皮與制動輪之間長期產生間隙性摩擦，因而會使剎車皮與制動輪的接觸面積發生不同程度的改變，還可能會導致剎車皮的摩擦系數μ產生相應的改變，從而使摩擦力產生改變，因而使制動器制動力變小，造成制動力小于設計要求。

（3）電梯載荷超出額定載荷

如果電梯出現超載情況，則由于超載產生的作用于電梯制動器上的力F2＞制動力F（常況），此時若這個作用力遠遠大于電梯所設計的制動力，電梯將發生溜車現象。

（4）存在附加的打開制動器抱閘的力

一旦控制柜中的工作壞境有太多的灰塵或者濕度過大，這時接觸器觸點很容易會發生打火（短路），嚴重的還會使接觸器觸點被粘連。與此同時，若出現以下3 種情況，就會導致電梯制動器出現不抱閘情況：①電梯設計電路中控制制動器的電流接觸器沒有防粘連措施；②控制制動器的電流接觸器數量少于兩個[3]；③制動系統中發生卡阻現象。卡阻由以下兩種因素造成：一是制動器電磁鐵產生的電磁力過大；二是電磁鐵的鐵芯出現卡阻狀況。而電磁鐵的鐵芯出現卡阻狀況主要是因為下面的兩種情況：一是鐵芯中有雜質；二是鐵芯出現剩磁。

3 預防電梯發生溜車現象的方法

3.1 加強日常巡檢及維保工作

制動器的制動輪與剎車皮產生的間隙性摩擦不會使制動系統馬上失效，但如果沒有及時消除這種情況，就會降低制動剎車皮摩擦系數，導致摩擦力減小，容易發生電梯溜車事故。要想避免這種情況，可以加強日常檢查，電梯除了每月兩次以上的維修檢查保養，還必須定期對相關設備進行清潔，一旦發現問題要馬上調整處理。在本文案例中，定期對電梯超載開關進行檢查，只有保證超載開關有效，才能確保電梯可靠運行。要做到這一點，只能依靠維保單位及時對電梯進行相關的檢查驗證。這就要求維保單位應該認真確切履行工作職責，盡最大可能去避免因為維修不到位而引發的各類電梯事故的發生。因此，定期地對電梯進行檢查是避免電梯事故發生的重要解決辦法之一[1]。

3.2 定期對電梯進行修理

由于電梯是特種設備，所以要確保其可以安全無誤地運行，電梯進行定期維修是有必要的。很多企事單位不太重視電梯的定期檢查維修，認為這是費時、費力、費錢的事情。另外，維保人員在日常檢查中若只對制動器外部進行保養是不能保證它能正常工作的，只有定期拆開制動器鐵芯外殼，檢查制動器內部各部件的工作狀況，進行細致的維護，才能保證它的最佳工作狀態。因此，電梯使用單位和維保單位應嚴格按照電梯的使用情況進行定期檢查維修，防患于未然。

3.3 電梯必須定期進行檢測

新《特種設備安全監察條例》要求，電梯每個年度必須進行定期檢驗，而且電梯在進行改造或重大維修后，要通過監督驗收檢驗，經驗收合格后，電梯才可以繼續使用（4）。從本文案例中可以知道，若一些問題未能及時得到使用單位的重視，再加上平時若缺乏維修保養工作，電梯必將會存在嚴重安全隱患，甚至造成安全事故。

3.4 隨著新國標的實施，應及時對在用電梯進行改造，以滿足新的規范

由上面所提及的案例分析可知，電梯一旦出現轎廂面積超出相關規定，此時若轎廂內超載，則有可能造成溜車事故。因為電梯各部件的設計是以電梯的額定載重量為依據，按照電梯安全監督規程的有關規定，要求乘客電梯轎廂面積不能高出額定面積的5%，若超出此值則應重新對電梯各部件進行校核選型，以適應實際轎廂面積〔2〕。另外，GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》對制動器等安全部件賦予新的要求，應嚴格執行。

4 結束語

電梯制動系統是確保電梯安全運行的重要條件，如果設計時制動器的制動力矩的值取得不合適，很可能造成電梯溜車事故。電梯的安全運行，離不開制動系統的可靠動作。如果制動器發生故障，電梯將發生嚴重的安全事故。因此，制動器是電梯最為關鍵的安全部件之一。在熟悉電梯的結構和電梯的工作原理后，定期對電梯進行安全檢查，及時更換不符合相關標準的電梯安全部件，才能保證電梯安全可靠運行。

［1］陳建新.電梯的技術檢驗［M］.北京：科學出版社，2009.

［2］GB 7588-2003.電梯制造與安裝安全規范［S］.

［3］TSG T7001-2009.電梯監督檢驗和定期檢驗規則——曳引與強制驅動電梯［S］.

［4］趙曉光，劉兆彬，陳鋼.新《特種設備安全監察條例》釋義［M］.北京：中國法制出版社，2010.