電梯轎廂意外移動制停子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與可靠性

王妍博

（北京市朝陽區(qū)特種設備檢測所，北京 100122）

1 轎廂意外移動保護裝置的產(chǎn)生背景與作用

轎廂意外移動事故引起了行業(yè)內(nèi)的關(guān)注，歐洲標準化委員會（CEN）于2014年8 月發(fā)布了EN81—20 和EN81—50，標準中新增了包括對電梯轎廂意外移動保護（Unintended Car Movement Protection，UCMP）裝置的要求在內(nèi)等要求，我國的《電梯制造與安裝安全規(guī)范》（GB 7588—2003）等效采用EN81的標準，因此在1 號修改單中也增加了對UCMP的相關(guān)要求。

轎廂意外移動保護裝置的主要作用就是轎廂在門區(qū)未經(jīng)指令而意外離開層站的運動時將轎廂可靠制停，避免事故的發(fā)生。

2 UCMP 系統(tǒng)的組成及各子系統(tǒng)的主要功能

轎廂意外移動保護裝置包括3 個子系統(tǒng)：檢測子系統(tǒng)、制停子系統(tǒng)和自監(jiān)測子系統(tǒng)。

檢測子系統(tǒng)的主要功能是通過傳感器檢測和發(fā)現(xiàn)轎廂的意外移動；制停子系統(tǒng)的主要功能是當發(fā)生轎廂意外移動的時候及時制停轎廂；自監(jiān)測子系統(tǒng)是當轎廂意外移動保護裝置使用驅(qū)動主機制動器作為制停裝置時，用來監(jiān)測主機制動器的動作情況與制動力矩。

3 UCMP 制停子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式與要求

制停子系統(tǒng)的作用是在接受檢測子系統(tǒng)的觸發(fā)信號后，使轎廂能夠按照規(guī)定的制停減速度可靠制停，確保轎廂移動不超出規(guī)定的移動范圍。

3.1 UCMP 制停子系統(tǒng)制動裝置的分類

根據(jù)觸發(fā)形式不同可以分為電氣觸發(fā)和機械觸發(fā)；根據(jù)作用部位不同，制動系統(tǒng)分為作用在曳引輪及與曳引輪相連的軸上的制動裝置、作用在曳引繩上的制動裝置以及作用在轎廂上的制動裝置；按照制動器的類型又可大致分為參與電梯運行制動的主機制動器和不參與電梯運行制動的除主機制動器外的其他制動器。

3.2 各類制動裝置的結(jié)構(gòu)與特性

目前用于曳引電梯UCMP 制停裝置的制動器主要為摩擦式制動器，有多種結(jié)構(gòu)、形式，常見的制動器有以下5 種類型：

3.2.1 主機制動器

用于UCMP 主機制動裝置則必須作用在曳引輪或者只有兩個支撐的曳引輪軸上。主機制動器比較常見的形式有塊式制動器、碟式制動器和盤式制動器，通常有冗余設計。

（1）塊式制動器有制動塊（襯）作用于連接在變速箱高速軸上的制動鼓或者直接作用在曳引輪上，通常由制動臂或者直接由電磁鐵帶動制動襯、塊或者閘瓦作用于與主機變速箱高速軸或者曳引輪連接的制動輪鼓上。

（2）碟式制動器通常作用在直接連接在曳引輪上的制動碟片上，依靠彈簧力將制動鉗作用于制動碟片上制停電梯。

（3）盤式制動器通常作用于電梯曳引輪軸上，制動力矩由一個定盤和一個動盤的摩擦產(chǎn)生，定盤被固定于主機主體上，動盤則固定在曳引輪軸上，當電磁力消失彈簧將動盤和定盤壓緊制停電梯。

塊試制動器有結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試方便、成本較低、動作可靠、雙向制動力一致等優(yōu)點；碟式制動器有制動可靠、制動時對軸不施加徑向力，散熱良好，穩(wěn)定性好；盤式制動器有則有著制動平穩(wěn)，動作可靠、散熱良好等特點。

3.2.2 夾繩器

夾繩器通常安裝于主機或者主機承重梁上，動作時依靠機械或者電氣觸發(fā)，釋放制動彈簧，通過動靜夾板與曳引鋼絲繩的摩擦力實現(xiàn)限制電梯轎廂的上下行位移。

夾繩器有結(jié)構(gòu)相對簡單，可以使用多種觸發(fā)形式，在有安裝空間的情況下加裝方便，可廣泛適用于新舊電梯的布置使用等特點。

3.2.3 夾輪器

夾輪器通常使用在有減速箱的驅(qū)動主機上，通常由電氣觸發(fā)，電磁鐵斷電動作，通過摩擦片制停曳引機，其制動力直接作用于曳引輪，避免了因傳動系統(tǒng)問題導致的制動失效。

夾輪器具有使用便捷、壽命長、安全可靠性高、適應性強等特點。

3.2.4 安全鉗

安全鉗分為單向安全鉗和雙向安全鉗，安裝在轎廂或者對重上，是靠楔形鉗塊作用在轎廂或者對重導軌及安全鉗鉗體斜面上對轎廂進行制停的。

3.2.5 夾軌器

夾軌器通常安裝在轎廂上，其動作時依靠彈簧力將制動塊壓緊在導軌上，從而可靠的將轎廂制停在導軌上，與安全鉗不同，夾軌器多由電氣觸發(fā)，無需轎廂的移動產(chǎn)生夾緊導軌的力，能夠?qū)崿F(xiàn)快速短距離的制停動作響應。

4 制停裝置的主要失效形式與系統(tǒng)可靠性分析

導致制停裝置失效的原因有很多，可能有人為因素、環(huán)境因素及裝置本身的原因等。

如不恰當?shù)陌惭b、調(diào)試、調(diào)整甚至檢測都可能人為導致裝置失效，又如環(huán)境溫度超出設計范圍，環(huán)境內(nèi)濕度、粉塵超出設計要求也可能導致裝置失效，另外產(chǎn)品制造過程中因加工精度、材料等原因也可能導致裝置失效。

4.1 主機制動器的主要失效形式與原因

主機制動器的主要失效形式通常表現(xiàn)為制動力矩不足或不能正確執(zhí)行控制系統(tǒng)的指令。主機制動器參與電梯工作制動，動作頻繁，若維保不當較易出現(xiàn)因磨損、高溫老化等原因?qū)е碌臋C械、電器故障。較為常見的原因有以下6 點：

（1）制動臂旋轉(zhuǎn)軸銷動作不靈活而導致的制動裝置失效。

（2）制動器電磁鐵鐵芯卡阻導致制動器失效。

（3）維持制動器閉合的彈簧疲勞斷裂或者性能改變致使制動裝置失效。

（4）制動襯過度磨損而導致的制動器失效。

（5）其他原因?qū)е聺櫥突蛘哂绊懼苿恿Φ姆蹓m意外進入制動面，導致摩擦系數(shù)降低而造成制動裝置失效。

（6）電氣故障導致制動器電源無法可靠接通或者切斷。

4.2 其他類型制動裝置的失效形式與原因

除主機制動器以外其他制動裝置多數(shù)制動器通常都不參與電梯正常制動工作，主要失效形式包括因執(zhí)行機構(gòu)卡阻等原因無法響應觸發(fā)裝置的觸發(fā)動作或信號、彈性部件或者制動接觸面損壞導致的制動力不足。

值得注意的是除了主機制動器以外其他形式的制動裝置不參與工作，動作后需要人工進行復位，因此經(jīng)常會因為人為錯誤復位操作導致制動裝置無法觸發(fā)動作，因此在檢驗中常發(fā)現(xiàn)的問題大多是由人為因素導致的。

另外因為除主機制動器外的其他制動器因不參與工作也常成為維保行為盲區(qū)，導致機械和電氣部件失靈，造成制停裝置失效。

4.3 制停子系統(tǒng)的可靠性分析

當采用除主機制動器以外的其他制動裝置作為UCMP 制停子系統(tǒng)的制停裝置時，這些制停裝置在電梯工作時通常不動作，僅當檢測裝置檢測到系統(tǒng)存在問題或者出現(xiàn)危險時才被觸發(fā)動作，其動作頻度較主機制動器要低很多，因此發(fā)生磨損、疲勞現(xiàn)象的可能性很小，在安裝、調(diào)整、維保到位的情況下有著較高的動作可靠性。

當采用主機制停裝置作為UCMP 制停子系統(tǒng)的制停裝置時，其動作可靠性受主機制動器可靠性影響，而制動器失效又是導致轎廂意外移動的重要原因，因此GB 7588—2003 第1 號修改單對使用主機制動器作為UCMP 制停裝置的情況提出了特殊的要求，即“在使用主機制動器的情況下，自監(jiān)測包括對機械裝置正確提起（或釋放）的驗證和（或）對制動力的驗證”，其中包括3 種情況：

（1）對于采用對機械裝置正確提起（或釋放）驗證和對制動力驗證的，制動力監(jiān)測的周期不應大于15 d。

（2）對于僅采用機械裝置正確提起（或釋放）驗證的，則在定期維護保養(yǎng)時應檢測制動力。

（3）對于僅采用對制動力驗證的，則制動力自監(jiān)測周期不應大于24 h。

按照GB 7588—2003 制造的電梯制動器機械和電器裝置均有冗余設計，能夠在制動裝置部分機電部件失效的情況下確保電梯的安全。且增加了對制動器狀態(tài)的監(jiān)測后能夠及時的發(fā)現(xiàn)并提示維修人員處理失效的制動器部件，從而避免了冗余的制動器部件相繼失效造成的制動裝置失效。

對制動裝置監(jiān)測有3 個要求，對可靠性影響的分析如下：

（1）對機械裝置正確提起（或釋放）的驗證，可以及時發(fā)現(xiàn)制動器的動作異常，當任何一套制動裝置機械動作不正常時都會防止轎廂的再次啟動，讓發(fā)生故障的裝置及時得到修復，避免兩套裝置相繼失效造成危險，但檢測機械動作的方法并不能發(fā)現(xiàn)制動力的變化，因此對僅采用檢測機械裝置的方法規(guī)定了電梯維保時應檢測制動力。

（2）對制動力的驗證是將當前制動力矩與出廠設置的制動力矩相比較，任何制動器制停效果的不利改變都可以被制動力矩監(jiān)測所發(fā)現(xiàn)，因此當冗余制動裝置中的任何性能改變導致制動力異常都會被及時發(fā)現(xiàn)并修復，可以有效避免制動性能改變造成制動力不足而發(fā)生危險，因為造成制動力改變的因素較多，其中包括性能改變較快的機械部件，故自監(jiān)測周期為24 h。

（3）對于同時監(jiān)測機械動作且監(jiān)測制動力矩的方法，其效果非常接近僅檢測制動器機械裝置動作的方法，只是由自動監(jiān)測功能替代維保時的人工檢測制動力矩，按照目前技術(shù)規(guī)范對維保周期的要求是每月2 次，而自監(jiān)測制動力矩的周期則是15 d，自監(jiān)測裝置與人工檢測制動力矩等效。

制動器在設計時本身就有冗余設計，兩套以上高可靠性的制動器在同一個時間段內(nèi)發(fā)生故障的概率極低，而分析以上三種情況，通過監(jiān)測系統(tǒng)可有效避免兩套制動裝置相繼失效。

5 結(jié)束語

綜上所述，采用除主機制動器以外設置其他制停裝置作為UCMP 制停裝置時，在安裝、調(diào)整、維保到位的情況下有著較高的動作可靠性；而采用主機制動器作為制停裝置時，增加了對制動器的監(jiān)測，有著較高的可靠性。經(jīng)分析得出使用主機制動器作為UCMP 制停裝置時，使用符合GB 7588—2003 第1 號修改單的要求的各類制停裝置作為UCMP的制停裝置均能達到較高的可靠性。