老舊電梯制動性能分析

賴愛民

摘 要：老舊電梯隨著使用年限增長，制動系統進入老化期，為保障老舊電梯的安全運行，應加強對老式制動器的原理的理解，在日常使用中加強檢查、維修、更換制動器，保障老舊電梯的安全使用。

關鍵詞：制動器；電磁線圈；鐵芯；制動力矩

中圖分類號：TU857 文獻標識碼：A

隨著城市的發展，高樓大廈逐漸增多，許多電梯開始進入老化期。筆者近幾年多次參加老舊電梯的安全性能評估，根據現場檢驗發現老舊電梯的制動性能大部分都有不同程度的下降。

電梯的機電式制動器必須是常閉式制動器，制動器主要是由以下四個部分組成：使制動器產生制動力并且具有導向功能的壓縮彈簧、能夠產生釋放力從而克服壓縮彈簧的壓力的電磁鐵裝置、在制動輪上直接施加制動力的制動閘瓦、傳動和調整裝置。制動器在不通電時，制動彈簧產生的壓力通過制動閘瓦作用在制動輪上，從而使制動輪停止轉動。當轎廂要運行時，電磁鐵通電，鐵芯吸攏，通過傳動機構克服彈簧的力將制動臂張開，使制動器與制動輪脫開，制動器釋放。

現場檢驗的老舊電梯電磁線圈和鐵芯大部分只有一套，從安全性方面考慮存在很大的隱患，電梯在長時間使用后，鐵芯部分容易磨損變形，在極端情況下可能出現以下兩種問題：

（1）電磁鐵通電后，鐵芯由于卡死無法頂開制動轉臂，導致制動瓦不能張開或間隙太小使制動瓦與制動輪摩擦。

（2）電磁鐵不通電后，鐵芯由于卡死，導致制動瓦無法可靠制停制動輪，從而發生電梯溜車。之所以會出現上述問題，我們首先要熟悉一下《電梯制造與安裝安全規范》對于相關條款的要求。

《電梯制造與安裝安全規范》分別在1987年、1995年和2003年做過修改，針對其12.4.2.1項要求：

第一點：當轎廂載有125%額定載荷并以額定速度運行時，制動器應能使曳引機停止運轉。對于這一要求三個版本的規定都是一樣，就是要求制動器提供足夠的制動力保證電梯可靠制停。

第二點：在上述情況下，轎廂的減速度不應超過安全鉗動作或轎廂落在緩沖器上產生的減速度，這點要求主要是為了保證當電梯緊急制動情況下，保障電梯內乘客的安全，防止由于減速度過大從而可能產生的失重情況。

第三點：所有參與向制動輪或盤施加制動力的制動器機械部件應分組裝設。如果一組部件不起作用，應仍有足夠的制動力使載有額定載荷以額定速度下行的轎廂減速下行。這一點，在1987、1995版中都特別注明此條可暫緩執行。因此在老舊電梯中參與向制動輪或制動盤施加制動力的制動器機械部件大部分都只有一套，從而存在很大的安全隱患，直到2003版中才明確規定機械部件必須要有獨立的兩套。而且在2003版中也明確了機械部件的界定范圍，電磁線圈的鐵芯應視為機械部件，但電磁線圈不界定為機械部件。

為了確保電梯在正常運行時能夠可靠制停，因此要求制動器要有足夠的制動力，并且能夠有一定的冗余度。為了防止由于機械卡阻等因素而導致制動失效，因此要求制動器中參與施加制動力的機械部件必須分兩組設置，萬一有任何一組失效，另一組在獨立動作時都應有足夠的制動力使裝有額定載荷并且運行于額定速度下的轎廂能夠減速下行。如果單針對電磁鐵來說，機械部件是指電磁鐵中的鐵芯，但電磁線圈本身則不是機械部件，也不要求分兩組設置。這是因為在制動器釋放后，電磁鐵的鐵芯可能由于本身生銹、異物堵塞等原因卡阻，使其帶動的制動閘瓦無法壓緊在制動輪上。因此為了避免由于制動器只設置了一套鐵芯，但是這套鐵芯卻被卡阻從而導致制動器不能正常制動，而把鐵芯歸類為機械部件要設置兩套。但線圈不同，線圈故障的情況無非是燒毀，線圈燒毀后無法形成磁場，制動器自然處于制動狀態，不會造成電梯系統的危險。

從上面三個款項可以得知由于前兩個版本對于制動器機械部件應分兩組裝設并沒強制執行而是可以暫緩執行，因此大部分電梯公司出于多種原因并沒有裝設兩套獨立的制動器機械部件。而我們在老舊電梯安全性能評估中發現單線圈、單鐵芯的制動器應用廣泛，鐵芯在導向套內卡阻的危險確實存在，而且由于這種原因導致制動器失電后鐵芯不能復位，制動臂不能抱制動輪而發生的事故在全國范圍內都有報道。

在正常工作情況下，制動器是要等到電動機轉速為零時才啟動報閘制動，其提供的機械制動力矩是等于電梯靜止狀態下的靜力矩，但在運行過程中如果突然失電，那么制動器要使轎廂可靠制停不僅僅要考慮靜力矩而且還要考慮動態力矩。若以125%額定載荷的轎廂在下行至最低端站附近制停，則靜力矩為：

Ms=（+mL） （N·m）

式中：

Q——額定載重量（kg）；

G——轎廂自重（kg）；

W——對重重量（kg）；

mL——轎廂側鋼絲繩重量（kg）；

D——曳引輪節圓直徑（m）；

I——減速器傳動比；

——傳動系統總機械效率。

動力矩：MD=J·ε= （N·m）

式中：

J——當量化到制動輪軸上所有運動零件的轉動慣量（kg·）

ε——角減速度（rad/）；

m——當量化到制動輪上的全部質量（kg）；

n——制動開始時的電機轉速（r/min）；

t——制停時間（s）。

制動器所需的制動力矩為靜力矩與動力矩之和，即Mb= Ms+MD。 假設制動器兩邊所提供的制動力是相等的話，單邊報閘制動力為：=Mb/2r r——制動輪半徑，根據上式可知，當< Mb/2r時，如果電梯制動器只靠單邊閘瓦制動，就會出現制動力不足的情況，電梯無法可靠制停。

決定制動力的因素為彈簧力、制動閘瓦與制動輪的接觸面積，制動閘瓦的摩擦系數。以下幾個原因會導致電梯在正常運行過程中出現制動力不足：

（1）制動彈簧壓力不足

當制動彈簧在外力作用下被壓縮或者拉伸時，其壓力與壓縮量或伸長量的關系為：F=KX（F——外力、X——壓縮或拉伸量、K——彈性系數）。老舊電梯由于彈簧磨損和彈性變化，使得制動彈簧壓緊力變小。當制動彈簧的壓緊力變小時，可能導致制動力過小，制動輪無法可靠制停。

（2） 制動閘瓦磨損

由于老舊電梯制動器的制動閘瓦在長期使用過程中與制動輪摩擦，不管是制動閘瓦與制動輪之間的接觸面積還是制動閘瓦本身的摩擦系數μ都會變小從而導致制動力過小。

（3）電梯在使用過程中存在超載現象

老舊電梯轎廂裝修重量超標，轎底鋪設大理石，轎壁用不銹鋼材料，但是這些裝修都沒得到電梯制造廠商的認可從而使得電梯實際所需的制動力大于制動器正常情況下所能提供的制動力。

老舊電梯安全性能評估中要檢測電梯的制動性能，可以參照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》8.11項下行制動試驗：轎廂裝載1.25倍額定載重量，以正常運行速度下行至行程下部，切斷電動機與制動器供電，曳引機應當停止運轉，轎廂應當完全停止。并且在上述情況下，轎廂的減速度不應超過安全鉗動作或轎廂撞擊緩沖器所產生的減速度。為了測量轎廂的減速度可以根據GB/T 24474-2009《電梯乘運質量測量》的要求將電梯運行品質分析儀放置在轎廂地板中心半徑為100mm的圓形范圍內進行測量。

查閱GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》9.8.4項安全鉗減速度要求在裝有額定載重量的轎廂自由下落的情況下，漸進式安全鉗制動時的平均減速度為0.2-1.0。10.3項要求在裝有額定載重量的轎廂自由落體并以115%額定速度撞擊轎廂緩沖器時，緩沖器作用期間的平均減速度不應大于1。

電梯在進行125%額定載重量下行試驗時有可能出現兩種情況：（1）轎廂在較高樓層向下運行，制動器動作，轎廂在撞擊緩沖器之前，制動器能夠制停轎廂，因為轎廂制停時至緩沖器的距離足夠長。（2）轎廂在較低樓層向下運行，制動器動作，不能制停轎廂，轎廂撞擊緩沖器，因為轎廂制停時至緩沖器的距離太短。GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》沒有要求最小減速度，這說明當轎廂撞擊緩沖器時，主機將可能仍在運行。

在進行125%額定載重量以額定速度向下運行的制停試驗，實際上也是檢查電梯的曳引能力。根據GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》附錄M曳引力計算中的M2.1.2緊急制動工況要求，空轎廂或裝有額定載荷的轎廂在井道的不同位置的最不利情況進行緊急制動，減速度在正常情況不應小于0.5m/，筆者認為，該減速度值可作為125%額定載荷動態減速制停試驗的計算參考值，我們在實際檢驗中可以把緊急制停減速度值控制在0.5m/-9.8 m/。

為了提高在用老舊電梯的運行安全，筆者建議有條件的使用單位可以對電梯進行改造，如暫時無法改造，也應當加強對制動器的安全檢查及維修。

參考文獻

[1]秦平彥.電梯與自動扶梯技術檢驗[M].北京：中國標準出版社，2008.

[2]朱昌明，孫立新，張曉峰，馮宏景，劉錫奎.EN81-1：1998《電梯制造與安裝安全規范》解讀[M].北京：中國標準出版社，2007.

[3]GB7588-1987，電梯制造與安裝安全規范[S].

[4]GB7588-1995，電梯制造與安裝安全規范[S].

[5]GB7588-2003，電梯制造與安裝安全規范[S].

[6]TSGT 7001-2009，電梯監督檢驗和定期檢驗規范——曳引與強制驅動電梯[S].

[7]GB/T 24474-2009，電梯乘運質量測量[S].