电梯杠杆鼓式制动器失效形式及案例分析_何祖恩.pdf

第1期机电技术机电技术电梯杠杆鼓式制动器失效形式及案例分析电梯杠杆鼓式制动器失效形式及案例分析*何祖恩（福建省特种设备检验研究院，福建 福州 350008）摘要电梯制动器是保障电梯安全运行最重要的安全保护装置。文中以现有电梯制动器中占比较大的杠杆鼓式制动器为研究对象，简述了典型杠杆鼓式制动器的结构，分析了杠杆鼓式制动器三种主要失效形式，详细剖析了某一杠杆鼓式制动器失效案例。通过对制动器失效形式和失效案例的分析，以期为电梯生产单位和检验检测机构的相关人员提供参考。关键词电梯；杠杆鼓式；制动器；失效中图分类号：TU857文献标识码：A文章编号：1672-4801（2023）01-089-03DOI：10.19508/ki.1672-4801.2023.01.024*福建省市场监督管理局科技项目（FJMS2021013）作者简介：何祖恩（1982），男，高级工程师，硕士，主要从事机电类特种设备检验管理以及智能传感器和嵌入式系统研究。随着城市化规模的增长，电梯已成为人们日常生活、工作中不可缺少的垂直交通工具。截止2022年，我省电梯保有量为30余万台。电梯制动器是曳引式电梯中不可或缺的最重要安全装置，是电梯正常平层制动、紧急制动，乃至部分上行超速制动的唯一装置，电梯制动器一旦发生故障，将会造成十分严重的伤亡事故，其可靠性是决定电梯是否可以安全运行的重要因素之一。电梯制动器主要分为鼓式制动器和盘式制动器，其中杠杆鼓式制动器应用最为广泛。随着老旧电梯逐年增多，迎来电梯“老龄化”高峰期，电梯零部件老化、磨损程度愈发严重，杠杆鼓式制动器故障引起的事故频发。如：2013年5月15日深圳某大厦由于制动力矩不足发生电梯事故导致1人死亡；2014年9月14日长沙某小区由于制动器闸瓦磨损严重发生电梯事故导致1人被层门剪切致死；2015年7月 30日杭州某小区由于制动器闸瓦严重磨损导致1人死亡；2018 年 4 月 8 日香港新界某小区由于制动器铁芯卡阻发生电梯事故导致2人严重受伤；2018 年 5 月 11 日香港水名都巴黎阁由于制动器铁芯卡阻发生电梯事故导致1人死亡；2020年12月4日合肥市蜀山区某小区由于制动器铁芯偶发性卡阻发生电梯冲顶事故；2021年5月23日广东湛江某小区电梯制动器故障发生事故导致1人死亡。为此，市场监管总局下发了 市场监管总局办公厅关于开展电梯鼓式制动器安全隐患专项排查治理的通知（市监特设函2021564号）市场监管总局办公厅关于加快电梯隐患排查治理 提升应急处置能力和维保工作质量的通知 分别于2021年4月、7月针对鼓式制动器及其维保质量开展了专项的安全隐患排查。专项排查的主要内容为清洗鼓式制动器柱塞铁芯，更换导磁材料松闸顶杆等。鼓式制动器的种类繁多，制动器的拆洗和安装具有极强的专业性和针对性，不同品牌、不同型号规格的制动器其参数差异大。维保单位及其现场维保人员是制动器拆洗和安装实施的主体，但维保单位往往缺乏有效的人员培训和学习，维保质量更是良莠不齐。因此，对制动器失效形式及案例进行分析对于维保单位和检验检测机构确认鼓式制动器工作的有效性、可靠性就显得格外重要了。1杠杆鼓式制动器结构电梯杠杆鼓式制动器的典型结构如图 1 所示，其主要由柱塞式电磁铁、制动弹簧、制动臂和制动闸瓦四部分组成1。制动器制动时，电磁铁线圈失电导致电磁吸合力消失，制动臂在制动弹簧力的作用下以制动臂销为中心转动直至制动闸瓦压紧制动轮，制动闸瓦作用于制动轮上的正压力产生的摩擦力使得制动轮保持静止。制动器释放时，电磁铁线圈得电产生的电磁吸合力推动衔铁顶杆向外侧移动，当电磁吸合力892023年1月机电技术机电技术达到足够大，可克服制动弹簧力时，制动臂将以制动臂销为中心转动，远离制动轮，制动轮失去摩擦力作用开始转动。相比于直压块式制动器，杠杆鼓式制动器具有制动力大、制动行程大、动作响应时间长、制动力传递方式复杂等特点。制动杠杆调整螺栓制动臂衔铁推杆制动杆销制动轮制动闸瓦制动臂销制动弹簧制动闸瓦制动轮制动弹簧调整螺栓制动臂制动臂销电磁铁衔铁推杆a）典型结构一b）典型结构二图图1 1杠杆鼓式制动器结构杠杆鼓式制动器结构2杠杆鼓式制动器失效形式按照杠杆鼓式制动器的工作原理其主要失效形式可分为三种2：制动力矩不足、制动器不抱闸、制动器不释放。2.1制动力矩不足影响制动力矩的主要风险要素有：制动闸瓦与制动轮之间的摩擦系数f、制动弹簧的弹簧系数k、制动弹簧的压缩量等。1）摩擦系数f：一是制动次数的增加造成闸瓦表面发生氧化、硬化乃至失去弹性，从而导致摩擦系数的下降；二是制动轮上的油污等附着物导致摩擦系数骤然下降。2）弹簧系数k：一是使用环境不佳导致弹簧非正常性的锈蚀；二是弹簧压缩次数的增加造成弹簧疲劳，从而导致弹簧系数的下降。3）弹簧的压缩量：一是调整螺栓调节不当，压缩量不足；二是随着制动次数的增加，制动闸瓦磨损导致弹簧压缩量的减小。2.2制动器不抱闸影响制动器抱闸有效动作的主要风险要素有：控制接触器未有效断开、机械部件的运动卡阻等。1）控制接触器未有效断开：用于切断制动器电磁铁线圈电源的两个独立的控制接触器同时发生粘连而无法有效断开，此时即使控制系统发出切断线圈电源指令也无法使制动器下闸。2）机械部件的运动卡阻：机械部件运动卡阻主要包括电磁铁衔铁的移动卡阻、制动杠杆的销轴转动卡阻、制动臂销轴的转动卡阻。其中，电磁铁铁芯组件润滑不佳导致衔铁或铁芯磨损，必然造成衔铁接触面的摩擦系数上升，进一步将导致衔铁相对运动的静摩擦力增大而无法正常移动；制动杠杆或制动臂转动销轴因长期润滑不佳或生锈等原因必然造成接触面的摩擦系数增大，进一步地可能导致销轴对制动杠杆或制动臂的阻力矩超过制动弹簧的作用力矩。2.3制动器不释放影响制动器正常释放的主要风险要素有：机械部件的运动卡阻、电磁吸合力减小、电磁铁线圈电源回路故障等。1）机械部件的运动卡阻：与上述制动器不抱闸风险类似。2）电磁吸合力减小：一是电磁铁线圈发热引起的热阻上升造成的线圈电流减小；二是电磁铁线圈供电电源电压的下降导致的线圈电流减小；三是制动器释放初始状态下的衔铁工作气隙变大造成的电磁吸合力下降3。如调整螺栓调整不恰当、闸瓦的过度磨损均会引起工作气隙的变化。3）电磁线圈电源回路故障：一是线圈发热烧毁；二是切断线圈电流的接触器故障无法正常吸合等。3失效案例分析3.1现场勘察主要情况某曳引式电梯的工作制动器失效导致轿厢发生向上意外移动，制动器的结构如图1a所示。现场勘察主要情况如下：1）检修运行时，发现一侧制动臂轻微转动，另一侧制动臂未见转动。2）轿厢空载且制动器未释放情况下，使用盘车手轮可轻松盘动轿厢上行。3）制动器电磁铁衔铁位置异常，上端面位置高于轴套外缘9 mm，如图2所示。4）电磁铁衔铁滑动部位表面磨损严重，制动杠杆和制动销轴锈蚀。5）制动闸瓦磨损严重，闸瓦表面硬化无弹性且可见密集横向贯通裂纹，如图3所示。90第1期图图2 2电磁铁衔铁位置异常电磁铁衔铁位置异常图图3 3制动器闸瓦制动器闸瓦3.2失效原因分析制动器的电磁铁如图4所示，线圈得电时，在电磁吸合力的作用下衔铁向下运动，运动行程（工柱塞式衔铁铁芯组件线圈衔铁推杆铜套行程行程图图4 4电磁铁结构电磁铁结构图图5 5左侧制动杠杆调整左侧制动杠杆调整至极限位置示意图至极限位置示意图作气隙）为。衔铁推杆推动制动杠杆向下转动，制动杠杆通过调整螺栓推动制动臂向外侧转动。根据现场勘察情况，综合分析失效原因如下：1）机械部件的运动卡阻：电磁铁衔铁滑动部位表面磨损严重造成其与铜套接触面的摩擦系数增大，制动杠杆和制动销轴锈蚀造成销轴对制动杠杆或制动臂的阻力矩增大。2）电磁吸合力降低：由于维保单位对制动器的错误调整，左侧制动杠杆被调整至极限位置如图5所示，衔铁运动行程显著增大，达到10 mm。查询制动器的维护保养手册可知该类型制动器标准衔铁运动行程为 1.52.5 mm。显然，行程的 增大必然导致电磁吸合力的下降。3）制动闸瓦磨损：制动闸瓦磨损严重，闸瓦表面硬化无弹性，制动闸瓦与制动轮接触面的摩擦系数严重下降。综上，制动器机械部件运行卡阻、制动杠杆错误调整、制动闸瓦严重磨损是导致制动器失效的直接原因。维保单位未对制动器进行有效保养，是导致本次事件的间接原因。4结束语目前老旧电梯配置的工作制动器的型式大多为杠杆鼓式，随着使用年限的增加，近年由于其故障导致人员剪切、轿厢蹲底或冲顶等事故时有发生，其安全问题已引起了全社会的共同关注。本文分析了典型杠杆鼓式制动器的基本结构和工作原理，对其失效形式和失效案例展开了深入的研究。通过对失效案例的分析，可知电梯维护保养作业人员的专业性对于能否正确调整制动器至关重要，未及时清洗润滑制动器运动部件、未及时更换制动器闸瓦、衔铁运动行程调整不当均会造成制动器失效。参考文献：1 贺德明，肖伟平.电梯结构与原理M.广州：中山大学出版社，2012：148-172.2 许海刚.基于故障树的鼓式制动器故障诊断专家系统研究D.杭州：浙江理工大学，2017.3 曹云东.电器学原理M.北京：机械工业出版社，2012.何祖恩：电梯杠杆鼓式制动器失效形式及案例分析91