电梯轿厢意外移动制停子系统结构与可靠性

王妍博

（北京市朝阳区特种设备检测所，北京 100122）

1 轿厢意外移动保护装置的产生背景与作用

轿厢意外移动事故引起了行业内的关注，欧洲标准化委员会（CEN）于2014年8 月发布了EN81—20 和EN81—50，标准中新增了包括对电梯轿厢意外移动保护（Unintended Car Movement Protection，UCMP）装置的要求在内等要求，我国的《电梯制造与安装安全规范》（GB 7588—2003）等效采用EN81的标准，因此在1 号修改单中也增加了对UCMP的相关要求。

轿厢意外移动保护装置的主要作用就是轿厢在门区未经指令而意外离开层站的运动时将轿厢可靠制停，避免事故的发生。

2 UCMP 系统的组成及各子系统的主要功能

轿厢意外移动保护装置包括3 个子系统：检测子系统、制停子系统和自监测子系统。

检测子系统的主要功能是通过传感器检测和发现轿厢的意外移动；制停子系统的主要功能是当发生轿厢意外移动的时候及时制停轿厢；自监测子系统是当轿厢意外移动保护装置使用驱动主机制动器作为制停装置时，用来监测主机制动器的动作情况与制动力矩。

3 UCMP 制停子系统的结构形式与要求

制停子系统的作用是在接受检测子系统的触发信号后，使轿厢能够按照规定的制停减速度可靠制停，确保轿厢移动不超出规定的移动范围。

3.1 UCMP 制停子系统制动装置的分类

根据触发形式不同可以分为电气触发和机械触发；根据作用部位不同，制动系统分为作用在曳引轮及与曳引轮相连的轴上的制动装置、作用在曳引绳上的制动装置以及作用在轿厢上的制动装置；按照制动器的类型又可大致分为参与电梯运行制动的主机制动器和不参与电梯运行制动的除主机制动器外的其他制动器。

3.2 各类制动装置的结构与特性

目前用于曳引电梯UCMP 制停装置的制动器主要为摩擦式制动器，有多种结构、形式，常见的制动器有以下5 种类型：

3.2.1 主机制动器

用于UCMP 主机制动装置则必须作用在曳引轮或者只有两个支撑的曳引轮轴上。主机制动器比较常见的形式有块式制动器、碟式制动器和盘式制动器，通常有冗余设计。

（1）块式制动器有制动块（衬）作用于连接在变速箱高速轴上的制动鼓或者直接作用在曳引轮上，通常由制动臂或者直接由电磁铁带动制动衬、块或者闸瓦作用于与主机变速箱高速轴或者曳引轮连接的制动轮鼓上。

（2）碟式制动器通常作用在直接连接在曳引轮上的制动碟片上，依靠弹簧力将制动钳作用于制动碟片上制停电梯。

（3）盘式制动器通常作用于电梯曳引轮轴上，制动力矩由一个定盘和一个动盘的摩擦产生，定盘被固定于主机主体上，动盘则固定在曳引轮轴上，当电磁力消失弹簧将动盘和定盘压紧制停电梯。

块试制动器有结构简单、安装调试方便、成本较低、动作可靠、双向制动力一致等优点；碟式制动器有制动可靠、制动时对轴不施加径向力，散热良好，稳定性好；盘式制动器有则有着制动平稳，动作可靠、散热良好等特点。

3.2.2 夹绳器

夹绳器通常安装于主机或者主机承重梁上，动作时依靠机械或者电气触发，释放制动弹簧，通过动静夹板与曳引钢丝绳的摩擦力实现限制电梯轿厢的上下行位移。

夹绳器有结构相对简单，可以使用多种触发形式，在有安装空间的情况下加装方便，可广泛适用于新旧电梯的布置使用等特点。

3.2.3 夹轮器

夹轮器通常使用在有减速箱的驱动主机上，通常由电气触发，电磁铁断电动作，通过摩擦片制停曳引机，其制动力直接作用于曳引轮，避免了因传动系统问题导致的制动失效。

夹轮器具有使用便捷、寿命长、安全可靠性高、适应性强等特点。

3.2.4 安全钳

安全钳分为单向安全钳和双向安全钳，安装在轿厢或者对重上，是靠楔形钳块作用在轿厢或者对重导轨及安全钳钳体斜面上对轿厢进行制停的。

3.2.5 夹轨器

夹轨器通常安装在轿厢上，其动作时依靠弹簧力将制动块压紧在导轨上，从而可靠的将轿厢制停在导轨上，与安全钳不同，夹轨器多由电气触发，无需轿厢的移动产生夹紧导轨的力，能够实现快速短距离的制停动作响应。

4 制停装置的主要失效形式与系统可靠性分析

导致制停装置失效的原因有很多，可能有人为因素、环境因素及装置本身的原因等。

如不恰当的安装、调试、调整甚至检测都可能人为导致装置失效，又如环境温度超出设计范围，环境内湿度、粉尘超出设计要求也可能导致装置失效，另外产品制造过程中因加工精度、材料等原因也可能导致装置失效。

4.1 主机制动器的主要失效形式与原因

主机制动器的主要失效形式通常表现为制动力矩不足或不能正确执行控制系统的指令。主机制动器参与电梯工作制动，动作频繁，若维保不当较易出现因磨损、高温老化等原因导致的机械、电器故障。较为常见的原因有以下6 点：

（1）制动臂旋转轴销动作不灵活而导致的制动装置失效。

（2）制动器电磁铁铁芯卡阻导致制动器失效。

（3）维持制动器闭合的弹簧疲劳断裂或者性能改变致使制动装置失效。

（4）制动衬过度磨损而导致的制动器失效。

（5）其他原因导致润滑油或者影响制动力的粉尘意外进入制动面，导致摩擦系数降低而造成制动装置失效。

（6）电气故障导致制动器电源无法可靠接通或者切断。

4.2 其他类型制动装置的失效形式与原因

除主机制动器以外其他制动装置多数制动器通常都不参与电梯正常制动工作，主要失效形式包括因执行机构卡阻等原因无法响应触发装置的触发动作或信号、弹性部件或者制动接触面损坏导致的制动力不足。

值得注意的是除了主机制动器以外其他形式的制动装置不参与工作，动作后需要人工进行复位，因此经常会因为人为错误复位操作导致制动装置无法触发动作，因此在检验中常发现的问题大多是由人为因素导致的。

另外因为除主机制动器外的其他制动器因不参与工作也常成为维保行为盲区，导致机械和电气部件失灵，造成制停装置失效。

4.3 制停子系统的可靠性分析

当采用除主机制动器以外的其他制动装置作为UCMP 制停子系统的制停装置时，这些制停装置在电梯工作时通常不动作，仅当检测装置检测到系统存在问题或者出现危险时才被触发动作，其动作频度较主机制动器要低很多，因此发生磨损、疲劳现象的可能性很小，在安装、调整、维保到位的情况下有着较高的动作可靠性。

当采用主机制停装置作为UCMP 制停子系统的制停装置时，其动作可靠性受主机制动器可靠性影响，而制动器失效又是导致轿厢意外移动的重要原因，因此GB 7588—2003 第1 号修改单对使用主机制动器作为UCMP 制停装置的情况提出了特殊的要求，即“在使用主机制动器的情况下，自监测包括对机械装置正确提起（或释放）的验证和（或）对制动力的验证”，其中包括3 种情况：

（1）对于采用对机械装置正确提起（或释放）验证和对制动力验证的，制动力监测的周期不应大于15 d。

（2）对于仅采用机械装置正确提起（或释放）验证的，则在定期维护保养时应检测制动力。

（3）对于仅采用对制动力验证的，则制动力自监测周期不应大于24 h。

按照GB 7588—2003 制造的电梯制动器机械和电器装置均有冗余设计，能够在制动装置部分机电部件失效的情况下确保电梯的安全。且增加了对制动器状态的监测后能够及时的发现并提示维修人员处理失效的制动器部件，从而避免了冗余的制动器部件相继失效造成的制动装置失效。

对制动装置监测有3 个要求，对可靠性影响的分析如下：

（1）对机械装置正确提起（或释放）的验证，可以及时发现制动器的动作异常，当任何一套制动装置机械动作不正常时都会防止轿厢的再次启动，让发生故障的装置及时得到修复，避免两套装置相继失效造成危险，但检测机械动作的方法并不能发现制动力的变化，因此对仅采用检测机械装置的方法规定了电梯维保时应检测制动力。

（2）对制动力的验证是将当前制动力矩与出厂设置的制动力矩相比较，任何制动器制停效果的不利改变都可以被制动力矩监测所发现，因此当冗余制动装置中的任何性能改变导致制动力异常都会被及时发现并修复，可以有效避免制动性能改变造成制动力不足而发生危险，因为造成制动力改变的因素较多，其中包括性能改变较快的机械部件，故自监测周期为24 h。

（3）对于同时监测机械动作且监测制动力矩的方法，其效果非常接近仅检测制动器机械装置动作的方法，只是由自动监测功能替代维保时的人工检测制动力矩，按照目前技术规范对维保周期的要求是每月2 次，而自监测制动力矩的周期则是15 d，自监测装置与人工检测制动力矩等效。

制动器在设计时本身就有冗余设计，两套以上高可靠性的制动器在同一个时间段内发生故障的概率极低，而分析以上三种情况，通过监测系统可有效避免两套制动装置相继失效。

5 结束语

综上所述，采用除主机制动器以外设置其他制停装置作为UCMP 制停装置时，在安装、调整、维保到位的情况下有着较高的动作可靠性；而采用主机制动器作为制停装置时，增加了对制动器的监测，有着较高的可靠性。经分析得出使用主机制动器作为UCMP 制停装置时，使用符合GB 7588—2003 第1 号修改单的要求的各类制停装置作为UCMP的制停装置均能达到较高的可靠性。