電梯制動器機械裝置提起(或釋放)驗證的研究*

衛小兵，陳劍鋒，王敏星，王力峰，李寒冰

(河南省特種設備安全檢測研究院，河南 鄭州450004)

0 引言

近年來，電梯因制動器機械裝置不能正確提起(即帶閘運行)和釋放等故障引起制動力不足造成的剪切、擠壓、墜落等傷害事故頻發[1-8]，給電梯安全運行帶來了巨大威脅，造成了嚴重的社會影響和經濟損失。目前，永磁同步無齒輪曳引機在國內大量使用，電梯制造商為降低生產成本多采用工作制動器作為上行超速保護的減速元件和轎廂意外移動的制停部件[9-10]，造成制動器既承擔電梯轎廂停止的工作部件，又承擔安全保護的制動裝置。由于制動器動作頻繁，為確保制動工作穩定和可靠，應對其機械裝置的正確提起(或釋放)進行驗證。《電梯制造與安裝安全規范》國家標準第1號修改單(GB 7588-2003/XG1-2015)第9.11.3條中規定了對制動器機械裝置正確提起(或釋放)的驗證，要求如果檢測到失效，應關閉轎門和層門，并防止電梯的正常啟動，但對如何實現驗證沒有具體規定。

目前，對制動器機械裝置正確提起(或釋放)的驗證一般通過制動器檢測開關動作信號[11-12]傳輸到電梯主控板上監控實現[13-14]。然而，由于部分電梯制造單位對檢測開關接線設計或安裝維保人員檢測開關接線方法錯誤，導致檢測開關起不到應有的作用，不能檢測到制動器機械裝置的工作異常，因制動器失效和制動器制動力矩不足引發的事故時有發生[15-16]。現有的研究較多關注理論方法，對工程技術研究較少；關注檢測開關本身原因較多，根據制動器型式選擇檢測開關的接線方式的研究較少，對于正確設置制動器檢測開關作用較小。為確保電梯制動器檢測開關能檢測到電梯制動器機械裝置的工作異常，本文結合電梯制動器的型式和檢測開關的動作原理，對各種檢測開關接線方式進行分析，針對制動器的型式提出合理的檢測開關接線方式，旨在將因制動器機械裝置提起(或釋放)的異常造成的危險情況消除在初始狀態。

1 制動器型式及機械裝置的提起(或釋放)距離

電梯采用常閉式制動器，即制動線圈失電時，在機械力(即制動彈簧)的作用下制動閘瓦(制動鉗)與制動輪(制動盤)摩擦產生制動力矩，電梯停止運行，此時制動器的機械裝置處于釋放狀態；制動線圈通電時，在電磁力(即制動電磁鐵)的作用下克服機械力使制動閘瓦(制動鉗)離開制動輪(制動盤)，其間隙在不發生摩擦的情況下越小越好[17]，此時制動器的機械裝置處于提起狀態，電梯運行，因此又稱電磁制動器。

目前我國電梯上的制動器主要有塊式制動器和盤式制動器2種形式。

1.1 塊式制動器

塊式制動器分為板式制動器和鼓式制動器2大類。

1.1.1 板式制動器

1)外板式制動器通電原理如圖1所示。由圖1可知，當制動器線圈通電時，動鐵芯在制動器線圈形成的電磁力作用下帶動制動片(即制動閘瓦)，克服制動彈簧壓力，離開制動輪向外平移距離a，制動片脫離制動輪，曳引輪運轉，此時制動器的機械裝置處于提起狀態；當制動線圈失電時，靜鐵芯內的制動彈簧直接推動動鐵芯，帶動制動片壓在制動輪面上，形成制動力矩，此時制動器的機械裝置處于釋放狀態。目前使用的板式制動器動鐵芯移動距離a一般情況下小于1 mm。

圖1 外板式制動器通電原理Fig.1 Schematic diagram of plate brake electrification

2)內板式制動器的工作原理與外板式制動器基本相同，二者區分在于制動器動輪的工作面分別為外輪面和內輪面，內板式制動器在提起狀態時，制動片離開制動輪向內平移。目前，使用內板式制動器線圈通電時向內平移距離(即動鐵芯的位移距離)與板式制動器基本一致，一般情況下小于1 mm。

1.1.2 鼓式制動器

鼓式制動器是目前使用最廣泛的制動器，通電原理見圖2。從圖2可知，當制動線圈通電時，動鐵芯在制動器線圈形成的電磁力作用下，推動制動臂帶動制動片，沿偏心軸通過杠桿作用克服制動彈簧的壓力，離開制動輪，此時制動器的機械裝置處于提起狀態。如制動器動鐵芯使制動臂帶動制動片完全離開制動輪距離a的長度，制動器鐵芯的移動距離要達到b的長度，b遠大于a；當制動線圈失電時，在制動彈簧的壓力下，通過制動臂帶動制動片將制動輪抱緊，保證了電梯處于不工作的靜止狀態，此時制動器的機械裝置處于釋放狀態。目前在用鼓式制動器的電梯動鐵芯的位移距離多在2～6 mm之間。

圖2 鼓式制動器通電原理Fig.2 Schematic diagram of drum brake electrification

1.2 盤式制動器

盤式制動器的工作原理與板式制動器基本相同，其通電原理如圖3所示，當制動器線圈通電時，動鐵芯在制動器線圈形成的電磁力作用下帶動制動片(即制動鉗)，克服制動彈簧壓力，離開制動盤向外平移距離a，制動片脫離制動盤，曳引輪運轉，此時制動器的機械裝置處于提起狀態；當制動線圈失電時，靜鐵芯內的制動彈簧直接推動動鐵芯帶動制動片壓在制動盤面上，形成制動力矩，此時制動器的機械裝置處于釋放狀態。目前使用的盤式制動器距離a一般情況下小于1 mm。

圖3 盤式制動器通電原理Fig.3 Schematic diagram of disc brake electrification

通過對塊式制動器和盤式制動器動鐵芯推動機械裝置提起(或釋放)分析，把制動片在動鐵芯的作用下水平移動的板式制動器、盤式制動器稱為直壓式制動器；把制動片在動鐵芯的作用下沿偏心軸的中心做杠桿運動的鼓式制動器稱為杠桿式鼓式制動器。

2 制動器檢測開關監控原理

1)制動器機械裝置的提起(或釋放)是靠制動器的動鐵芯位移來實現的，采用檢測開關對動鐵芯位移進行驗證，就會實現對制動器機械裝置提起(或釋放)的驗證。在通電或失電情況下，直壓式制動器動鐵芯的移動距離較小，一般情況下都小于1 mm；杠桿式鼓式制動器動鐵芯的移動距離較大，大都在2～6 mm之間。

2)制動器檢測開關一般使用微動開關，電梯檢測開關的通斷瞬間距離遠小于1 mm。直壓式制動器動鐵芯移動距離較小，與微動開關特性相符，故可采用只有1個通斷狀態的檢測開關來對機械裝置的提起(或釋放)進行驗證。杠桿式鼓式制動器機械裝置的提起(或釋放)移動距離在2～6 mm之間，遠大于1 mm，如果檢測開關在制動器機械裝置完全提起時動作，檢測開關無法正確監測制動器機械裝置是否完全釋放；如果檢測開關在制動器機械裝置完全釋放時動作，檢測開關無法正確監測制動器機械裝置是否完全提起，因此，需要用同時具備2個通斷狀態的檢測開關來進行驗證。

3)《電梯制造與安裝安全規范》(GB 7588-2003)第12.4.2.1項和《電梯曳引機》(GB/T 24478-2009)第4.2.2.2項規定，所有參與向制動輪或盤施加制動力的制動器機械部件分2組裝設，因此每1組機械部件都應有檢測開關進行驗證。

4)制動器上檢測開關的作用是利用制動器線圈通電或失電時制動器鐵芯產生的位移觸動檢測開關的通斷，通過正確的檢測開關接線方式反映到主板上，從而判斷制動閘瓦(制動鉗)的打開或閉合。其動作原理如圖4～5所示。

圖4 電梯運行時制動器上檢測開關動作原理Fig.4 Schematic diagram of detecting switch action on brake during elevator operation

圖5 電梯停止時制動器上檢測開關動作原理Fig.5 Schematic diagram of detecting switch action on brake when elevator stops

3 制動器檢測開關的接線方式分析

3.1 1個通斷狀態的檢測開關

1)制動器上2個檢測開關(制動器機械裝置每組1個)為常開并聯或常閉串聯，見圖6 。從圖中可以看出，當制動器通電，機械裝置提起后，如果出現1組制動閘瓦(制動鉗)沒有提起或沒有正確提起，會造成1個檢測開關沒有動作(常開并聯為沒有閉合，常閉串聯為沒有打開)，但主控制板上的監控點已發生變化，故不能檢測其中1組機械裝置沒有提起引起的帶閘運行。

圖6 檢測開關為常開并聯和常閉串聯Fig.6 Normally open in parallel and normally closed in series of detection switch

2)制動器上2個檢測開關(制動器機械裝置每組1個)為常閉并聯或常開串聯，見圖7。從圖中可以看出，當制動器失電機械裝置釋放后，如果出現1組制動閘瓦(制動鉗)沒有正確閉合時，會造成1個檢測開關沒有動作(常閉并聯為沒有閉合，常開串聯為沒有打開)，但主控制板上的監控點已發生變化，故不能檢測其中1組機械裝置沒有釋放引起制動力不足，而程序卻認為電梯處于正常狀態，使電梯的再次運行安全無法得到保證。

圖7 檢測開關為常閉并聯和常開串聯Fig.7 Normally closed in parallel and normally open in series of detection switch

3)電梯控制系統上有2個檢測信號點的，制動器上2個檢測開關(制動器機械裝置每組1個)無論常開還是常閉，都可以對制動器機械裝置的提起(或釋放)進行監控，見圖8。

圖8 主控制板上2個檢測信號點Fig.8 Two detection signal points on the main control board

通過上面對接線方法進行分析可以看出，圖6無法檢測到制動器帶閘運行，圖7無法檢測到電梯只有1組制動閘瓦(制動鉗)制動的情況，只有圖8能同時對制動器帶閘運行和電梯出現1組或2組制動閘瓦(制動鉗)沒有制動的情況進行監控，但這種接線方式只能用于制動器鐵芯移動距離小于1 mm的直壓式制動器，而不適用于杠桿式鼓式制動器。

3.2 2個通斷狀態的檢測開關

對杠桿式鼓式制動器必須用具備2個通斷狀態的檢測開關對其進行驗證。根據控制系統上檢測信號點的不同，分別設計了2種接線方法，主控制板上有2個檢測點的接線方法如圖9所示，主控制板上有1個檢測點的接線方法如圖10所示。

圖9 2個通斷狀態的檢測開關和2個信號點Fig.9 Two on-off state detection switches and two signal points

圖10 2個通斷狀態的檢測開關和1個信號點Fig.10 Two on-off state detection switches and one signal points

3.2.1 控制系統上2個檢測點

BSR1和BSL1為制動器閉合時的檢測開關，常開狀態時應并聯，常閉狀態時應串聯；BSR2和BSL2為制動器打開時的檢測開關，常閉狀態時應并聯，常開狀態時應串聯。

1)由于常開并聯或常閉串聯檢測的是制動器機械裝置的釋放，在電梯停止時，如果出現1組制動器的機械裝置沒有正確閉合時，會造成1個常開并聯檢測開關沒有打開(或常閉串聯檢測開關沒有閉合)，電梯在停止時程序可判斷檢測信號不正確，電梯處于故障狀態，不能再次運行。

2)由于常閉并聯或常開串聯檢測的是制動器機械裝置的提起，在電梯啟動后，如果出現1組制動的機械裝置沒有正確打開時，會造成1個常閉并聯檢測開關沒有打開(或常開串聯檢測開關沒有閉合)，電梯在運行時程序可判斷檢測信號不正確，電梯會因故障停止。

3)BSR1和BSL1為制動器打開時的檢測開關，常開狀態時并聯，常閉時串聯，不能檢測其中1組機械裝置因沒有提起引起的帶閘運行；BSR2和BSL2為制動器閉合時的檢測開關，常閉狀態時并聯，常開時串聯，不能檢測其中1組機械裝置因沒有釋放引起的制動力不足。

3.2.2 控制系統上1個檢測點

從圖10可以看出，此接線方式的控制原理與3.2.1基本一致，但增加制動器接觸器LB的輔助觸點LB1和LB2來確保檢測信號燈X20維持1種信號不亮的狀態。如果檢測信號燈X20亮，則出現制動器機械裝置提起(或釋放)不正常，電梯處于故障狀態。制動器失電時，制動器機械裝置閉合，制動器接觸器斷開帶動輔助觸點動作，如圖10(a)所示的LB1閉合、LB2斷開以及如圖10(b)所示的LB1斷開、LB2閉合。BSR1和BSL1為制動器閉合時的檢測開關，常開狀態時應并聯，常閉狀態時應串聯；BSR2和BSL2為制動器打開時的檢測開關，常閉狀態時應并聯，常開狀態時應串聯。

4 結論

1)分析了制動器型式及機械裝置的提起(或釋放)距離，對鐵芯移動距離小于1 mm的直壓式制動器，用1個通斷狀態的檢測開關對其機械裝置的提起(或釋放)進行驗證；對鐵芯移動距離在2～6 mm之間的杠桿式鼓式制動器，用具備2個通斷狀態的檢測開關對其機械裝置的提起(或釋放)進行驗證。

2)對于1個通斷狀態的檢測開關驗證制動器機械裝置的提起(或釋放)的接線方式，應在電梯的主控板上設置2個檢測點，不論與檢測點連接的檢測開關常開或常閉都可以檢測到制動器的機械裝置是否正確提起(或釋放)，主要用于直壓式制動器。

3)對于2個通斷狀態的檢測開關驗證制動器機械裝置的提起(或釋放)的接線方式，應采用常開并聯或常閉串聯的方式檢測制動器機械裝置的釋放，采用常閉并聯和常開串聯的方式檢測制動器機械裝置的提起，主要用于杠桿式鼓式制動器。