电梯块式制动器制动闸瓦间隙检测技术研究

摘要：制动器作为电梯的重要安全装置，其制动性能对于确保电梯安全运行起到至关重要的作用，制动器一旦失效将会引起严重的安全事故，对乘客的生命安全造成威胁。鉴于此，基于机器视觉开展电梯块式制动器制动闸瓦间隙的检测研究。通过工业相机对电梯制动器的制动闸瓦进行拍摄，并将得到的视频数据进行处理，通过分析制动器制动闸瓦间隙的变化情况，得到制动闸瓦的开启时间、闭合时间以及制动闸瓦最大开启间隙，从而对制动性能进行判断，确保电梯安全运行。

关键词：电梯;块式制动器;制动闸瓦;间隙

中图分类号：TU857    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2022）06-0079-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.06.022

0    引言

制动器作为电梯的重要安全装置，按照工作原理可分为鼓式制动器、碟式制动器和块式制动器。无论何种类型的制动器，其安全性与可靠性都是电梯安全运行的重要保障。随着电梯使用年限的增长，制动器可能会出现机械卡阻、闸瓦过度磨损、带闸运行等问题，从而导致制动失效，引起冲顶、蹲底、溜车等安全事故，对乘客的人身安全造成严重威胁[1]。因此，非常有必要对制动器的重要参数进行检测，以确保制动器安全可靠工作。

1    块式制动器结构

现有的电梯块式制动器一般采用电磁铁双推制动闸瓦，电磁铁通电后推开制动闸瓦实现松闸，失电后制动弹簧提供制动力使制动闸瓦抱紧制动轮实现抱闸，是一种新型制动器。如图1所示，当电磁铁通电时，电磁铁产生电磁力，克服制动弹簧的弹簧力，使制动闸瓦脱离制动轮;当电磁铁断电时，制动弹簧的弹簧力使制动闸瓦压紧制动轮，实现制动，电气开关验证抱闸张开/闭合的状态。

制动器闸瓦间隙是决定制动器能否正常工作的重要参数之一。制动器闸瓦间隙过大会对制动器反应时间、释放时间等产生影响;间隙过小则会加剧闸瓦和制动轮之间的磨损，使制动力降低乃至失效。《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》（TSG T7001—2009）中规定：制动器动作灵活，制动时制动闸瓦紧密、均匀地贴合在制动轮上，电梯运行时制动闸瓦与制动轮不发生摩擦，制动闸瓦以及制动轮工作面上没有油污。

甘斌等人[2]分析了电梯制动器使用过程中的安全风险和常见失效形式。吴昊等人[3]对电梯制动器失效的原因进行了分析，并提出了相应的检验对策。针对电梯闸瓦易出现不均匀磨损故障导致电梯制动失效的问题，王逸铭等人[4]提出了一种基于热像分析的电梯闸瓦不均匀磨损检验方法。周前飞等人[5]通过将两个电涡流传感器的探头呈180°对称安装在两片闸瓦端面上，实现了制动轮与两侧闸瓦间隙的测量。胡畅等人[6]通过对传统监控方法中信号元件安装方式和检测回路的改变，实现了自动扶梯块式制动器闸瓦磨损量的可靠检测。

本文基于机器视觉开展电梯块式制动器制动闸瓦间隙的检测研究，通过工业相机对电梯制动器的制动闸瓦进行拍摄，并将得到的视频数据进行处理，通过分析制动闸瓦间隙的变化情况，得到制动闸瓦的开启时间、闭合时间以及制动闸瓦最大开启间隙，从而对制动性能进行判断，确保电梯安全运行。

2    机器视觉测量闸瓦间隙的原理

本文采用MindVision的MV-SUA33GC-T型工业相机作为拍摄工具，对电梯制动器的制动闸瓦开启和关闭过程进行拍摄，从而获取制动闸瓦开启和关闭过程的视频数据。

工业相机拍摄到的制动闸瓦间隙如图2所示。

整个制动闸瓦由两片方形闸瓦组成，拍摄时需要至少一片方形闸瓦的宽度在整个相机视野范围内作为参考宽度。使用测量工具测量制动器一片闸瓦的实际宽度，记作d。从图像中可以提取到制动闸瓦左边部分的宽度沿图像水平方向所跨过的像素数d1、制动闸瓦间隙沿图像水平方向跨过的像素数d2以及边缘轮廓与水平方向的夹角θ。因此，制动闸瓦的实际间隙计算如下：

以时间为横坐标，以制动闸瓦间隙为纵坐标，可以绘制闸瓦间隙—时间曲线，曲线上升为闸瓦打开过程，曲线下降为闸瓦合拢过程。记录闸瓦打开过程中开始和结束的时间，即可得到制动器的打开时间。类似地，记录闸瓦合拢的开始时间和结束时间，即可得到制动器的合拢时间。

3    检测过程

图3所示为制动器现场图。该测量方法实施的具体操作步骤如下：

（1）选择合适的位置固定工业相机，使制动闸瓦尽量位于相机视野中央，调整相机焦距，保证其中一片闸瓦图像清晰。

（2）调整相机，选择合适的帧率和画质，并使用直流光源补光。

（3）从闸瓦打开的状态开始录制，录制过程中，使闸瓦合拢，等待稳定后，再使闸瓦打开。继续等待闸瓦稳定后，结束录制。

（4）对视频进行处理，获取每帧的闸瓦间隙，并绘制闸瓦间隙—时间曲线。

（5）记录并计算闸瓦最大稳定间隙、闸瓦打开时间和闸瓦合拢时间。

4    检测结果

经过上述测量实验，对视频进行处理后，得到的间隙—时间图像如图4所示。可以清晰地看出，制动闸瓦在30 s左右的时刻发生一次合拢，然后在40 s左右又打开。

对制动闸瓦的合拢过程曲线（下降曲线）进行局部放大，得到图5所示曲线，记录曲线开始下降的时刻为30.46 s，曲线下降结束的时刻为30.52 s。

对制动闸瓦的打开过程进行局部放大，得到图6所示闸瓦打开过程曲线，开始打开的时刻为41.81 s，结束打开的时刻为41.88 s。

对0～30.46 s的闸瓦间隙取平均值，对30.52～41.81 s的闸瓦间隙取平均值，再用前者减后者，得到闸瓦最大平均间隙0.668 mm。

对上述步骤获取的数据进行分析和汇总，最终得到表1所示检测结果。

5    结语

针对电梯块式制动器制动闸瓦间隙检测问题，本文基于机器视觉开展检测的方法具有识别准确、响应迅速的特点，可实现对制动闸瓦间隙无接触、长期在线检测。

[参考文献]

[1] 欧阳惠卿，舒文华，薛季爱.基于可靠性分析的电梯制动器设计方案优化方法[J].机械制造与自动化，2020，49（4）：199-201.

[2] 甘斌，徐胜军，侯少毅.電梯制动器失效风险分析及其防范措施探讨[J].中国电梯，2021，32（20）：65-67.

[3] 吴昊，冯双昌.电梯制动失效原因分析及检验对策[J].机电工程技术，2013，42（12）：103-105.

[4] 王逸铭，吴尽，胡建中，等.基于热图像分析的电梯闸皮不均匀磨损检验方法研究[J].机电工程，2018，35（11）：1210-1213.

[5] 周前飞，丁树庆，冯月贵，等.基于支持向量机的电梯制动器智能监测预警系统[J].中国特种设备安全，2018，34（5）：22-27.

[6] 胡畅，王志强，黄晓亮.一种用于自动扶梯的块式制动器的制动闸瓦磨损的监控方法[J].中国电梯，2020，31（13）：67-69.

收稿日期：2021-12-08

作者简介：冯双昌（1982—），男，山东聊城人，博士，高级工程师，主要从事机电一体化，尤其是电梯、起重机械等机电类特种设备检验技术研究和相关标准的制修订工作。