电梯曳引机制动器故障检测方法

马 鹏

（上海市特种设备监督检验技术研究院，上海 200062）

0 引言

1 制动器组成和工作原理

电梯曳引机制动器的主要组成有电磁铁、弹簧、磁轭和制动盘等，在磁铁的电磁力和弹簧弹力这两者的相互作用下，实现制动器的关闭或开启：只要有电流通过线圈，磁铁就会产生电磁力，给摩擦盘施加相应的力，摩擦盘和振动盘之间就会产生摩擦，达到制动效果；电梯需要运行时，制动器松闸，电流流过线圈，铁芯快速实现碳化与吸合，此时磁轭会将铁芯吸过去，制动盘由此松开[1]；电梯需要停止运行时，线圈内不再有电流通过，磁铁将不再具有电磁力，制动盘在弹簧的反作用力的作用之下获得一个压力，由此实现制动功能。

2 制动器制动性能指标

2.1 弹簧弹性系数

当制动器处于制动状态时，电磁线圈将保持一种失电的状态，弹簧形变并将会在自身弹力的作用下恢复。在此过程中，弹簧弹性系数K 将会对其相应时间起到决定性作用：如果弹簧的弹性系数较高，那么摩擦盘在最初和制动盘之间接触一直到压紧的这段过程中所需要的时间会更少，响应过程所用时间也就比较短；反之，如果弹性系数比较小，其响应时间就会比较长。可见，在电梯曳引机制动器的运行过程中，弹簧的弹性系数直接影响其响应性能。

2.2 制动器间隙

制动器间隙主要是影响弹簧压紧力，对完全压紧情况下最大的制动力矩起到决定性作用。依照相应的原理，弹簧被压缩或被拉伸时其弹力大小将会受到弹性系数和伸缩量这两者乘积的影响，即Fs=KsX。其中，X 为弹簧压缩量，制动间隙对其起到决定性作用。可见，弹簧弹性系数一定时，在制动间隙不断增加和弹簧不断压紧过程中压缩量将减小，弹力将会越来越小，而制动盘能够获得的弹簧压力也会越来越小[2]。此时，制动力矩下降，制动时间会进一步延长。

2.3 制动盘间隙的均匀性

正常制动的情况下，制动器的摩擦盘和制动盘之间会有一定的间隙，如果这一间隙不够均匀，摩擦盘和制动盘之间的接触面积就会发生改变，摩擦因数μ 就会发生相应的变化，进而导致摩擦力、制动器制动力矩发生变化。

3 故障检测方法

3.1 弹性系数特征量检测

在电梯曳引机制动器中，弹簧弹性系数对其响应速度有着决定性作用，因为弹性系数会直接影响弹簧力矩加载时间，所以摩擦盘和制动盘之间从刚开始接触一直到完全压紧所需要的时间也会受到影响，这将不利于制动力矩的施加时间。因此，通过对制动力矩曲线进行上升斜率的观察，就可以让弹簧实际的弹性系数得以良好反映。

进行检测时，应该选择动力矩一开始上升过程中的一阶段曲线，通过线性回归方程来进行拟合，用来计算其上升的斜率。因为该斜率与弹簧实际的弹性系数存在线性关系，可以借助它来反映弹簧实际弹性系数。如果该斜率较小，则说明响应时间比较长，制动时间也就会更长，不符合实际的制动器性能需求，说明此弹簧有着比较小的弹性系数[3]。此时，为保障曳引机制动器的安全稳定运行，需要更换弹簧。

3.2 间隙特征量检测

间隙大小将会改变弹簧的伸缩量，进而让弹簧产生不同的弹力，而这些弹力最终都会在制动力矩上体现出来。在测量过程中，可以按照M=μdF 来判断间隙大小。其中，μ 为摩擦副摩擦因数，d 为制动盘直径。如果制动力间隙比较大，弹簧压紧力则会不足，制动器就会逐渐降低制动力矩，导致无法在规定的时间内满足实际的制动要求。

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3.3 间隙均匀特征量检测

如果间隙不够均匀，制动器在制动过程中的接触面积就会发生变化，随之改变的就是摩擦因数。假设弹簧压力保持不变，其制动力会产生一定的波动。因此在检测过程中，可以通过制动力矩曲线的波动情况来检测间隙的均匀性。

具体的检测过程中，为保障选取点弹簧力一定，即保障弹簧处在完全压紧状态，可以选取转速由600 r/min 下降到100 r/min的这一区间段进行。在此过程中，弹簧应该一直保持全部伸出的状态，因此可以认为弹簧压力未发生变化。检测过程中，可以把最大的制动力矩差值当做是一个表征，以此来判断间距的一致性[4]。

如果检测到制动力矩波动过大，则表明存在接触不均匀的情况，需要对其进行相应调整。

4 系统实验测试分析

4.1 测试步骤

对电梯曳引机制动器进行的系统实验测试，可以参照以下6 个步骤进行。

（1）升起顶升机构，电梯曳引机将会向顶升机构纵向输送。落下顶升机构，曳引机将会向压紧工作横向输送，此时的曳引机轴将会伸入联动轴套中。

（2）伸出压紧机构中的压紧气缸，将需要测试的曳引机固定并压紧。

（3）当制动器处于线圈通电松闸状态时，应对加载电机内部的惯性飞轮进行调整，并将转速调整为规定的800 r/min。

（4）断开制动器线圈，在弹簧弹力的作用下制动盘将会压紧摩擦盘、实现制动。

（5）通过弯矩传感器对制动力矩和转速进行测量，并对其信号进行分析和处理，最终可获得相应的测量数据曲线。

（6）对测量所得数据进行科学的分析和处理。

4.2 测试结果分析及处理

在具体测量过程中，应该在大量测量数据中选择几组较为经典的进行分析和处理。本次分析选择了4 组测量数据曲线进行对比（图1）。其中，a1、a2、a3和a4为制动力矩曲线，b1、b2、b3和b4为转速曲线。

图1 4 组制动力矩转速测量结果

4.2.1 数据曲线计算分析

对测量数据曲线进行计算的过程中，首先通过线性回归计算的方法来计算制动力矩上升斜率：①在上升过程中，如果制动力小于800 N·m，则可以看做线性分布，计算时可以将所有8000 N·m 以下的测量点数据代入线性回归计算中进行分析，并在曲线上对这些线段散点进行挑选[5]；②通过分析散点可知，在计算过程中可以将回归函数T 作为制动力矩M 的线型函数；③计算每一组数据所对应的乘积MT；④通过线性回归公式进行计算。

然后计算出电梯处于稳定状态下的制动力矩平均值、最大差和方差：①计算稳定状态之下（即弹簧处于完全压紧状态下）的制动力矩，依然选择转速从600 r/min 下降到100 r/min这一时间段内的系列点，并认为制动盘和摩擦盘完全接触；②计算制动力矩；③计算最大的制动力矩差值；④计算制动力矩的方差。

4.2.2 具体数据分析通过计算，可以得到曲线1～曲线4 的相关数据（表1）。

表1 4 组制动力矩转的计算结果

由表1 可知：①曲线2 平均制动力矩比较小，制动器摩擦盘和制动盘之间很可能存在间距过大的情况；②曲线3 上升的斜率比较低，说明该制动器弹簧的弹性系数较小；③曲线4的最大制动力差值和制动力方差均较大，说明在稳定状态下制动力矩的波动较大。这说明该曳引机制动器间隙接触的均匀度不足。

5 结束语

通过本次对电梯曳引机制动力矩和电梯故障原因之间关系所进行的理论研究得出了如下结论：

（1）在检测电梯曳引机制动器故障的过程中，可以通过制动力矩检测的方法来直接诊断制动器故障，并能获得精确的诊断结果。

（2）通过对检测数据的分析和验证，可以证实制动力矩数据测量方法对电梯曳引机制动器故障检测的可行性。

（3）将该方法应用到电梯曳引机制动器的故障检测与诊断中，可以让不符合要求的曳引机制动器得到及时、有效的调整，确保电梯曳引机制动器的安全稳定运行，进而全面保障电梯运行的安全性。