老旧电梯制动性能分析

赖爱民

摘 要：老旧电梯随着使用年限增长，制动系统进入老化期，为保障老旧电梯的安全运行，应加强对老式制动器的原理的理解，在日常使用中加强检查、维修、更换制动器，保障老旧电梯的安全使用。

关键词：制动器；电磁线圈；铁芯；制动力矩

中图分类号：TU857 文献标识码：A

随着城市的发展，高楼大厦逐渐增多，许多电梯开始进入老化期。笔者近几年多次参加老旧电梯的安全性能评估，根据现场检验发现老旧电梯的制动性能大部分都有不同程度的下降。

电梯的机电式制动器必须是常闭式制动器，制动器主要是由以下四个部分组成：使制动器产生制动力并且具有导向功能的压缩弹簧、能够产生释放力从而克服压缩弹簧的压力的电磁铁装置、在制动轮上直接施加制动力的制动闸瓦、传动和调整装置。制动器在不通电时，制动弹簧产生的压力通过制动闸瓦作用在制动轮上，从而使制动轮停止转动。当轿厢要运行时，电磁铁通电，铁芯吸拢，通过传动机构克服弹簧的力将制动臂张开，使制动器与制动轮脱开，制動器释放。

现场检验的老旧电梯电磁线圈和铁芯大部分只有一套，从安全性方面考虑存在很大的隐患，电梯在长时间使用后，铁芯部分容易磨损变形，在极端情况下可能出现以下两种问题：

（1）电磁铁通电后，铁芯由于卡死无法顶开制动转臂，导致制动瓦不能张开或间隙太小使制动瓦与制动轮摩擦。

（2）电磁铁不通电后，铁芯由于卡死，导致制动瓦无法可靠制停制动轮，从而发生电梯溜车。之所以会出现上述问题，我们首先要熟悉一下《电梯制造与安装安全规范》对于相关条款的要求。

《电梯制造与安装安全规范》分别在1987年、1995年和2003年做过修改，针对其12.4.2.1项要求：

第一点：当轿厢载有125%额定载荷并以额定速度运行时，制动器应能使曳引机停止运转。对于这一要求三个版本的规定都是一样，就是要求制动器提供足够的制动力保证电梯可靠制停。

第二点：在上述情况下，轿厢的减速度不应超过安全钳动作或轿厢落在缓冲器上产生的减速度，这点要求主要是为了保证当电梯紧急制动情况下，保障电梯内乘客的安全，防止由于减速度过大从而可能产生的失重情况。

第三点：所有参与向制动轮或盘施加制动力的制动器机械部件应分组装设。如果一组部件不起作用，应仍有足够的制动力使载有额定载荷以额定速度下行的轿厢减速下行。这一点，在1987、1995版中都特别注明此条可暂缓执行。因此在老旧电梯中参与向制动轮或制动盘施加制动力的制动器机械部件大部分都只有一套，从而存在很大的安全隐患，直到2003版中才明确规定机械部件必须要有独立的两套。而且在2003版中也明确了机械部件的界定范围，电磁线圈的铁芯应视为机械部件，但电磁线圈不界定为机械部件。

为了确保电梯在正常运行时能够可靠制停，因此要求制动器要有足够的制动力，并且能够有一定的冗余度。为了防止由于机械卡阻等因素而导致制动失效，因此要求制动器中参与施加制动力的机械部件必须分两组设置，万一有任何一组失效，另一组在独立动作时都应有足够的制动力使装有额定载荷并且运行于额定速度下的轿厢能够减速下行。如果单针对电磁铁来说，机械部件是指电磁铁中的铁芯，但电磁线圈本身则不是机械部件，也不要求分两组设置。这是因为在制动器释放后，电磁铁的铁芯可能由于本身生锈、异物堵塞等原因卡阻，使其带动的制动闸瓦无法压紧在制动轮上。因此为了避免由于制动器只设置了一套铁芯，但是这套铁芯却被卡阻从而导致制动器不能正常制动，而把铁芯归类为机械部件要设置两套。但线圈不同，线圈故障的情况无非是烧毁，线圈烧毁后无法形成磁场，制动器自然处于制动状态，不会造成电梯系统的危险。

从上面三个款项可以得知由于前两个版本对于制动器机械部件应分两组装设并没强制执行而是可以暂缓执行，因此大部分电梯公司出于多种原因并没有装设两套独立的制动器机械部件。而我们在老旧电梯安全性能评估中发现单线圈、单铁芯的制动器应用广泛，铁芯在导向套内卡阻的危险确实存在，而且由于这种原因导致制动器失电后铁芯不能复位，制动臂不能抱制动轮而发生的事故在全国范围内都有报道。

在正常工作情况下，制动器是要等到电动机转速为零时才启动报闸制动，其提供的机械制动力矩是等于电梯静止状态下的静力矩，但在运行过程中如果突然失电，那么制动器要使轿厢可靠制停不仅仅要考虑静力矩而且还要考虑动态力矩。若以125%额定载荷的轿厢在下行至最低端站附近制停，则静力矩为：

Ms=（+mL） （N·m）

式中：

Q——额定载重量（kg）；

G——轿厢自重（kg）；

W——对重重量（kg）；

mL——轿厢侧钢丝绳重量（kg）；

D——曳引轮节圆直径（m）；

I——减速器传动比；

——传动系统总机械效率。

动力矩：MD=J·ε= （N·m）

式中：

J——当量化到制动轮轴上所有运动零件的转动惯量（kg·）

ε——角减速度（rad/）；

m——当量化到制动轮上的全部质量（kg）；

n——制动开始时的电机转速（r/min）；

t——制停时间（s）。

制动器所需的制动力矩为静力矩与动力矩之和，即Mb= Ms+MD。 假设制动器两边所提供的制动力是相等的话，单边报闸制动力为：=Mb/2r r——制动轮半径，根据上式可知，当< Mb/2r时，如果电梯制动器只靠单边闸瓦制动，就会出现制动力不足的情况，电梯无法可靠制停。

决定制动力的因素为弹簧力、制动闸瓦与制动轮的接触面积，制动闸瓦的摩擦系数。以下几个原因会导致电梯在正常运行过程中出现制动力不足：

（1）制动弹簧压力不足

当制动弹簧在外力作用下被压缩或者拉伸时，其压力与压缩量或伸长量的关系为：F=KX（F——外力、X——压缩或拉伸量、K——弹性系数）。老旧电梯由于弹簧磨损和弹性变化，使得制动弹簧压紧力变小。当制动弹簧的压紧力变小时，可能导致制动力过小，制动轮无法可靠制停。

（2） 制动闸瓦磨损

由于老旧电梯制动器的制动闸瓦在长期使用过程中与制动轮摩擦，不管是制动闸瓦与制动轮之间的接触面积还是制动闸瓦本身的摩擦系数μ都会变小从而导致制动力过小。

（3）电梯在使用过程中存在超载现象

老旧电梯轿厢装修重量超标，轿底铺设大理石，轿壁用不锈钢材料，但是这些装修都没得到电梯制造厂商的认可从而使得电梯实际所需的制动力大于制动器正常情况下所能提供的制动力。

老旧电梯安全性能评估中要检测电梯的制动性能，可以参照TSG T7001-2009《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》8.11项下行制动试验：轿厢装载1.25倍额定载重量，以正常运行速度下行至行程下部，切断电动机与制动器供电，曳引机应当停止运转，轿厢应当完全停止。并且在上述情况下，轿厢的减速度不应超过安全钳动作或轿厢撞击缓冲器所产生的减速度。为了测量轿厢的减速度可以根据GB/T 24474-2009《电梯乘运质量测量》的要求将电梯运行品质分析仪放置在轿厢地板中心半径为100mm的圆形范围内进行测量。

查阅GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》9.8.4项安全钳减速度要求在装有额定载重量的轿厢自由下落的情况下，渐进式安全钳制动时的平均减速度为0.2-1.0。10.3项要求在装有额定载重量的轿厢自由落体并以115%额定速度撞击轿厢缓冲器时，缓冲器作用期间的平均减速度不应大于1。

电梯在进行125%额定载重量下行试验时有可能出现两种情况：（1）轿厢在较高楼层向下运行，制动器动作，轿厢在撞击缓冲器之前，制动器能够制停轿厢，因为轿厢制停时至缓冲器的距离足够长。（2）轿厢在較低楼层向下运行，制动器动作，不能制停轿厢，轿厢撞击缓冲器，因为轿厢制停时至缓冲器的距离太短。GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》没有要求最小减速度，这说明当轿厢撞击缓冲器时，主机将可能仍在运行。

在进行125%额定载重量以额定速度向下运行的制停试验，实际上也是检查电梯的曳引能力。根据GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》附录M曳引力计算中的M2.1.2紧急制动工况要求，空轿厢或装有额定载荷的轿厢在井道的不同位置的最不利情况进行紧急制动，减速度在正常情况不应小于0.5m/，笔者认为，该减速度值可作为125%额定载荷动态减速制停试验的计算参考值，我们在实际检验中可以把紧急制停减速度值控制在0.5m/-9.8 m/。

为了提高在用老旧电梯的运行安全，笔者建议有条件的使用单位可以对电梯进行改造，如暂时无法改造，也应当加强对制动器的安全检查及维修。

参考文献

[1]秦平彦.电梯与自动扶梯技术检验[M].北京：中国标准出版社，2008.

[2]朱昌明，孙立新，张晓峰，冯宏景，刘锡奎.EN81-1：1998《电梯制造与安装安全规范》解读[M].北京：中国标准出版社，2007.

[3]GB7588-1987，电梯制造与安装安全规范[S].

[4]GB7588-1995，电梯制造与安装安全规范[S].

[5]GB7588-2003，电梯制造与安装安全规范[S].

[6]TSGT 7001-2009，电梯监督检验和定期检验规范——曳引与强制驱动电梯[S].

[7]GB/T 24474-2009，电梯乘运质量测量[S].