电梯曳引机制动器故障检测方法探究

林源 王志刚 何新春

摘 要：在现代都市生活中电梯起到非常重要的作用。人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。城市中的高层建筑越来越多，而室内电梯的使用率也在不断地增加当中。这也就意味着，保证电梯的安全性将关系到更多居民的人身安全。故保障电梯的安全运行，提高电梯运行的安全可靠性非常重要。电梯制动器是电梯曳引机的重要组成部分，制动器的功能是在电梯停站时保持电梯轿厢的静止状态，当电梯发生故障时使轿厢能够紧急减速停车并保持其静止状态。因此，制动器性能的好坏直接关系到电梯的安全与否。

关键词：电梯曳引机;制动器故障

1 电梯曳引机制动器综合参数检测系统结构设计

1.1 试验台总体方案分析

该试验台主要是由加载电机来提供动力来源，用惯性飞轮模拟实际工况下轿厢等负载的惯量。当达到额定转速时，进行制动器的制动操作，来检测出制动器的性能参数。测量的参数包括制动器电磁线圈电流、动态制动力矩以及转速随时间的变化。整个过程能够自动的完成。被检测曳引机可以自动运输到检测台，并能实现其在检测位置的准确定位。

1.2 试验台方案结构设计

扭矩传感器用于检测制动器制动时的制动力矩和转速随时间的变化。

上料工位用于输送曳引机至检测位置，实现自动化上料。

压紧工位用于在制动过程中固定压紧曳引机。

加载电机用于为整个系统提供动力来源。

由上料工位將曳引机输送至压紧工位，压紧气缸压紧，然后加载电机加载至指定的转速，脱开电机，电磁制动器断电，弹簧在弹力作用下压紧制动盘制动，根据扭矩传感器检测出制动力矩与转速随时间的变化曲线。

2 电梯曳引机制动器故障检测方法

2.1 电磁制动器的组成及工作原理

电磁制动器主要由弹簧、电磁铁、制动盘、磁轭等主要零件构成。其核心结构为电磁铁产生的电磁力与弹簧的弹力的相互作用实现制动器的启闭功能。制动时，在线圈中通以一定的电流，电磁铁产生足够的电磁力，该电磁力使摩擦盘运动，与制动盘摩擦，产生所需的制动效果。设备需要工作时，需要使制动器松闸，制动器电感线圈绕组中通过电流，电磁铁芯迅速磁化吸合，电磁铁被吸向磁轭，制动盘松开。设备需要停止，制动器电感线圈绕组中电流截止，电磁铁芯的磁力迅速消失，通过弹簧的反作用力，对制动盘施加压力，实现制动功能。

2.2 电磁制动器的制动性能指标

2.2.1 弹簧的弹性系数

制动器在制动的时候，电磁线圈失电，弹簧由于弹力作用恢复形变，其响应的时间由弹簧的弹性系数K来决定。当弹性系数大时，由摩擦盘与制动盘刚接触到完全压紧所需要的时间就短，其响应自然也就快;当弹性系数小时，其恢复形变需要的时间就长。因此弹簧的弹性系数影响了制动器的响应性能。

2.2.2 制动器间隙

制动器间隙是影响弹簧压紧力的主要因素，因此决定了完全压紧时的最大制动力矩的大小。根据力学原理可知，当弹簧处于压缩或拉伸状态时，弹簧产生的弹力必由弹簧伸缩量和弹性系数的乘积所决定。

弹簧力：Fs=Ks·X

式中：X为弹簧的压缩量，由制动器间隙来决定，为弹簧的弹性系数。

由上式可知，如果已知弹性系数为定值时，当制动器间隙变大时，弹簧压紧时的压缩量减小，则弹簧力减小，对制动盘的压力减小。这样会造成制动力矩相应降低，使制动时间增长。

2.2.3 制动盘间隙是否均匀

电梯曳引机制动器在正常的制动过程中，由于摩擦盘与制动盘之间产生间隙性摩擦，如果其间隙不均匀接触的话，会使摩擦盘与制动盘的接触面积发生改变，进而会导致该摩擦副的摩擦因数μ产生相应的改变，从而使摩擦力产生改变，使制动器的制动力矩造成波动。

2.3 电磁制动器性能检测的方法

根据上述制动器的制动性能指标可知，可以通过检测电磁制动器摩擦盘与制动盘的间隙及其均匀程度和弹簧的弹性系数来反应制动器的性能。该节介绍选取特征量来反应上述的几项性能指标，以及特征量的计算方法，介绍如何利用获取的特征量来实现制动器性能的检测。

2.3.1 弹性系数的特征量

上面说过，弹簧的弹性系数决定了响应的快慢。弹性系数影响了弹簧力的加载时间，从摩擦盘与制动盘刚接触到完全压紧的时间也会不同，进而就影响了制动力矩的施加时间。所以其制动力矩曲线的上升斜率能够反映出弹簧的弹性系数该项指标。

取制动力矩曲线开始时候的一段上升曲线，用线性回归方法拟合出其回归方程，计算出其上升斜率。其斜率和弹性系数成线性关系，所以能够反映出其弹性系数。

当斜率较小时，响应时间较长，增加了制动时间，不能满足制动器的性能要求，说明其弹簧的弹性系数较小，所以需要更换合适的弹簧。

2.3.2 间隙的特征量

上面说过，间隙的大小导致了弹簧伸缩量的改变，进而会导致弹簧力的不同，最终会反映在制动力矩上。可以根据制动力矩来判断间隙的大小。

制动力矩：M=μd Fs

式中：μ为摩擦副的摩擦因数;d为制动盘的直径。

当制动器的间隙较大时，就会导致弹簧的压紧力不够，从而将会造成制动器的制动力矩减小，无法在规定时间内正常制动。

2.3.3 间隙是否均匀的特征量

由于间隙的不均匀，导致制动时接触面积的变化，摩擦因数因之改变，假设弹簧压力不变的话，其制动力矩必然发生一定范围内的波动。故可以从其制动力矩曲线的波动情况来反应间隙是否均匀这一特征。

为了保证所取点的弹簧力是一定的，也就是说保证是在完全压紧的状态。取其转速从600 r/min降到100 r/min的一段区间，其间弹簧都处于完全伸出的状态，其弹簧压力可以看作是不变的。其间制动力矩的最大差值及其方差，可以作为间隙是否均匀的一个表征。

当其波动过大时，说明是不均匀接触，需要做出相应的调整。

3 结论

（1）经过理论分析了制动力矩与故障原因的对应关系，提出了一种新的故障检测的方法。

（2）该方法用制动力矩来进行分析，更为直接，所以其诊断亦更为准确。

（3）经过试验分析验证，证实了该方法的切实可行。对于不满足要求的制动器的调整具有指导意义。

参考文献

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