電梯曳引機制動器故障檢測方法

馬 鵬

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院，上海 200062）

0 引言

1 制動器組成和工作原理

電梯曳引機制動器的主要組成有電磁鐵、彈簧、磁軛和制動盤等，在磁鐵的電磁力和彈簧彈力這兩者的相互作用下，實現制動器的關閉或開啟：只要有電流通過線圈，磁鐵就會產生電磁力，給摩擦盤施加相應的力，摩擦盤和振動盤之間就會產生摩擦，達到制動效果；電梯需要運行時，制動器松閘，電流流過線圈，鐵芯快速實現碳化與吸合，此時磁軛會將鐵芯吸過去，制動盤由此松開[1]；電梯需要停止運行時，線圈內不再有電流通過，磁鐵將不再具有電磁力，制動盤在彈簧的反作用力的作用之下獲得一個壓力，由此實現制動功能。

2 制動器制動性能指標

2.1 彈簧彈性系數

當制動器處于制動狀態時，電磁線圈將保持一種失電的狀態，彈簧形變并將會在自身彈力的作用下恢復。在此過程中，彈簧彈性系數K 將會對其相應時間起到決定性作用：如果彈簧的彈性系數較高，那么摩擦盤在最初和制動盤之間接觸一直到壓緊的這段過程中所需要的時間會更少，響應過程所用時間也就比較短；反之，如果彈性系數比較小，其響應時間就會比較長。可見，在電梯曳引機制動器的運行過程中，彈簧的彈性系數直接影響其響應性能。

2.2 制動器間隙

制動器間隙主要是影響彈簧壓緊力，對完全壓緊情況下最大的制動力矩起到決定性作用。依照相應的原理，彈簧被壓縮或被拉伸時其彈力大小將會受到彈性系數和伸縮量這兩者乘積的影響，即Fs=KsX。其中，X 為彈簧壓縮量，制動間隙對其起到決定性作用。可見，彈簧彈性系數一定時，在制動間隙不斷增加和彈簧不斷壓緊過程中壓縮量將減小，彈力將會越來越小，而制動盤能夠獲得的彈簧壓力也會越來越小[2]。此時，制動力矩下降，制動時間會進一步延長。

2.3 制動盤間隙的均勻性

正常制動的情況下，制動器的摩擦盤和制動盤之間會有一定的間隙，如果這一間隙不夠均勻，摩擦盤和制動盤之間的接觸面積就會發生改變，摩擦因數μ 就會發生相應的變化，進而導致摩擦力、制動器制動力矩發生變化。

3 故障檢測方法

3.1 彈性系數特征量檢測

在電梯曳引機制動器中，彈簧彈性系數對其響應速度有著決定性作用，因為彈性系數會直接影響彈簧力矩加載時間，所以摩擦盤和制動盤之間從剛開始接觸一直到完全壓緊所需要的時間也會受到影響，這將不利于制動力矩的施加時間。因此，通過對制動力矩曲線進行上升斜率的觀察，就可以讓彈簧實際的彈性系數得以良好反映。

進行檢測時，應該選擇動力矩一開始上升過程中的一階段曲線，通過線性回歸方程來進行擬合，用來計算其上升的斜率。因為該斜率與彈簧實際的彈性系數存在線性關系，可以借助它來反映彈簧實際彈性系數。如果該斜率較小，則說明響應時間比較長，制動時間也就會更長，不符合實際的制動器性能需求，說明此彈簧有著比較小的彈性系數[3]。此時，為保障曳引機制動器的安全穩定運行，需要更換彈簧。

3.2 間隙特征量檢測

間隙大小將會改變彈簧的伸縮量，進而讓彈簧產生不同的彈力，而這些彈力最終都會在制動力矩上體現出來。在測量過程中，可以按照M=μdF 來判斷間隙大小。其中，μ 為摩擦副摩擦因數，d 為制動盤直徑。如果制動力間隙比較大，彈簧壓緊力則會不足，制動器就會逐漸降低制動力矩，導致無法在規定的時間內滿足實際的制動要求。

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3.3 間隙均勻特征量檢測

如果間隙不夠均勻，制動器在制動過程中的接觸面積就會發生變化，隨之改變的就是摩擦因數。假設彈簧壓力保持不變，其制動力會產生一定的波動。因此在檢測過程中，可以通過制動力矩曲線的波動情況來檢測間隙的均勻性。

具體的檢測過程中，為保障選取點彈簧力一定，即保障彈簧處在完全壓緊狀態，可以選取轉速由600 r/min 下降到100 r/min的這一區間段進行。在此過程中，彈簧應該一直保持全部伸出的狀態，因此可以認為彈簧壓力未發生變化。檢測過程中，可以把最大的制動力矩差值當做是一個表征，以此來判斷間距的一致性[4]。

如果檢測到制動力矩波動過大，則表明存在接觸不均勻的情況，需要對其進行相應調整。

4 系統實驗測試分析

4.1 測試步驟

對電梯曳引機制動器進行的系統實驗測試，可以參照以下6 個步驟進行。

（1）升起頂升機構，電梯曳引機將會向頂升機構縱向輸送。落下頂升機構，曳引機將會向壓緊工作橫向輸送，此時的曳引機軸將會伸入聯動軸套中。

（2）伸出壓緊機構中的壓緊氣缸，將需要測試的曳引機固定并壓緊。

（3）當制動器處于線圈通電松閘狀態時，應對加載電機內部的慣性飛輪進行調整，并將轉速調整為規定的800 r/min。

（4）斷開制動器線圈，在彈簧彈力的作用下制動盤將會壓緊摩擦盤、實現制動。

（5）通過彎矩傳感器對制動力矩和轉速進行測量，并對其信號進行分析和處理，最終可獲得相應的測量數據曲線。

（6）對測量所得數據進行科學的分析和處理。

4.2 測試結果分析及處理

在具體測量過程中，應該在大量測量數據中選擇幾組較為經典的進行分析和處理。本次分析選擇了4 組測量數據曲線進行對比（圖1）。其中，a1、a2、a3和a4為制動力矩曲線，b1、b2、b3和b4為轉速曲線。

圖1 4 組制動力矩轉速測量結果

4.2.1 數據曲線計算分析

對測量數據曲線進行計算的過程中，首先通過線性回歸計算的方法來計算制動力矩上升斜率：①在上升過程中，如果制動力小于800 N·m，則可以看做線性分布，計算時可以將所有8000 N·m 以下的測量點數據代入線性回歸計算中進行分析，并在曲線上對這些線段散點進行挑選[5]；②通過分析散點可知，在計算過程中可以將回歸函數T 作為制動力矩M 的線型函數；③計算每一組數據所對應的乘積MT；④通過線性回歸公式進行計算。

然后計算出電梯處于穩定狀態下的制動力矩平均值、最大差和方差：①計算穩定狀態之下（即彈簧處于完全壓緊狀態下）的制動力矩，依然選擇轉速從600 r/min 下降到100 r/min這一時間段內的系列點，并認為制動盤和摩擦盤完全接觸；②計算制動力矩；③計算最大的制動力矩差值；④計算制動力矩的方差。

4.2.2 具體數據分析通過計算，可以得到曲線1～曲線4 的相關數據（表1）。

表1 4 組制動力矩轉的計算結果

由表1 可知：①曲線2 平均制動力矩比較小，制動器摩擦盤和制動盤之間很可能存在間距過大的情況；②曲線3 上升的斜率比較低，說明該制動器彈簧的彈性系數較小；③曲線4的最大制動力差值和制動力方差均較大，說明在穩定狀態下制動力矩的波動較大。這說明該曳引機制動器間隙接觸的均勻度不足。

5 結束語

通過本次對電梯曳引機制動力矩和電梯故障原因之間關系所進行的理論研究得出了如下結論：

（1）在檢測電梯曳引機制動器故障的過程中，可以通過制動力矩檢測的方法來直接診斷制動器故障，并能獲得精確的診斷結果。

（2）通過對檢測數據的分析和驗證，可以證實制動力矩數據測量方法對電梯曳引機制動器故障檢測的可行性。

（3）將該方法應用到電梯曳引機制動器的故障檢測與診斷中，可以讓不符合要求的曳引機制動器得到及時、有效的調整，確保電梯曳引機制動器的安全穩定運行，進而全面保障電梯運行的安全性。