建筑井道曳引式升降机制动故障检测方法

宋彦霖

摘要：为实现对建筑井道曳引式升降机制动故障的精准检测，开展对其检测方法的设计研究。为实现自动化检测，设计曳引式升降机制动检测装置结构，通过机器操作实现检测。根据曳引式升降机的制动特点，选择将弹簧的弹性系数和制动器间隙作为制动性能指标。根据制动特征量测定结果，实现对曳引式升降机制动故障的判定。通过实例证明，新的检测方法在实际应用中可以实现对制动故障的检测，并可根据制动力矩实现对故障具体原因的说明。

关键词：建筑；曳引式；制动；故障检测；升降机；井道

0   引言

在建筑施工项目中，层数较高或建筑高度较高时，通常都会设置井道结构，以便应用曳引式升降机实现施工中的上下运行。建筑井道曳引式升降机是建设施工现场主要的危险源之一，由于保护不当而造成的安全事故频频发生[1]。

当前，针对建筑井道曳引式升降机的保护措施形式复杂多样，但缺少了定型化和工具化的要求，且保护措施的严密性和可靠性都不理想。为此根据不同曳引式升降机水平保护的实际需要，针对其制度故障问题的检测，成为了当前该领域重点研究的内容。

制动性能的好坏，会直接影响到建筑井道曳引式升降机的使用安全。曳引式升降机的制动功能在升降机停站时，用于保持升降机处于静止状态[2]。而当升降机出现故障问题时，要使其紧急减速并停车，确保其始终保持相对静止状态。为实现对建筑井道曳引式升降机制动故障的精准检测，本文开展对其检测方法的设计研究。

1   曳引式升降机制动检测装置结构设计

本文设计了一种基于转矩传感器的曳引式升降机制动检测装置。曳引式升降机制动检测装置以加载马达为主要动力源，利用惯性飞轮，来模拟曳引式升降机在真实情况下的转动惯量[3]。在到达设定速度后，执行制动动作，测试制动的各项指标。

1.1   检测装置的功用

该装置主要用于测试制动线圈的电流、制动扭矩和制动速度的动态变化。通过该装置的设计，可以实现对制动检测的自动化，避免人为因素对检测结果造成的干扰[4]。被测升降机可由传送带自行运送至检测装置上，并实现对被检测位置的准确定位。

1.2   结构组成与工作原理

图1为曳引式升降机制动检测装置结构。其中的惯性飞轮A是一种储存能源的机构，它可以在加速时对制动装置进行吸能，在减速时对制动装置进行卸载。上料工位是将曳引机送到所需的检测位置，可实现自动进料。在制动过程中，压紧工位用来保持压力曳引装置的稳定[5]。

除此之外，在该装置上还增加了加载马达结构，用于给整个装置供电。上料工位开始运行后，将曳引机输送到压紧工位，对其进行压紧。之后加载马达把它加载到设定的速度，然后将其松开。此时，磁铁制动装置就失去动力，而弹簧会受到弹性的作用，对曳引式升降机的制动装置进行挤压[6]。

利用扭矩传感器采集检测数据，对制动力矩检测数据与转速随时间的变化进行分析，即可为后续故障检测提供依据。

2   制动性能指标选择

根据曳引式升降机制动条件，选择将弹簧弹性系数、制动器间隙作为制动性能指标。在制动器运行过程中，电磁线被切断时，弹簧受弹力的影响而发生变形，其反应的时间取决于弹簧的弹性系数。

在弹性系数较大时，从摩擦片和制动盘从接触到充分压缩所需的时间较短，反应速度也较快；在弹性系数较小时，变形恢复所需的时间较长[7]。所以，弹簧的弹性系数对制动的反应特性有很大的影响。

在充分压缩时，制动片的间隙对弹簧的压缩力有很大影响，从而决定了最大制动力矩。从力学的角度分析，在弹簧受压或受拉时，其所产生的弹力，一定是由其伸缩量与其弹性系数之积确定。弹簧力可用下述公式表示：

FS=KS·X（1）

式中：FS表示弹簧力；KS表示弹性系数；X表示弹簧的压缩量。

从上述公式可以看出，在弹性系数一定的情况下，随着制动间隙增大，弹簧受压时的压缩量减少，在制动盘上的弹力就会减少，制动盘上的压力也会减少。这便会引起制动力矩相应降低，制动时间相应增加。

3   制动特征量测定与制动故障判定

通過上述论述可知，弹簧的回弹系数是制动响应速度的重要因素。弹性系数对弹簧力的加载时间有一定影响，从摩擦盘与制动盘刚接触，到被完全压紧的时间也有一定不同，进而对制动力矩的作用时间产生一定影响。

取制动力矩曲线起点的一段上升曲线，采用线性回归法，对其进行拟合，并计算出其下降坡度。坡度与弹性系数呈线性关系，从而反映出其弹性系数。如果坡度过小，则反应速度过快，制动时间过长，无法达到制动的性能指标，表明其弹簧弹性系数过低[8]，须对其进行更换。

制动力矩的计算公式如下：

M=mdFS（2）

式中：M表示制动力矩；m表示摩擦因子；d表示制动装置的直径。

如果制动的间隙过大，会造成弹簧的压紧力不足，从而使制动力矩降低，不能在规定的时间内正常制动，此时既可判定升降机的制动出现故障问题。如果在制动过程中，由于间隙的非均匀性，造成摩擦系数发生了变化，那么制动扭矩将会产生一个很大波动。所有的弹簧均为充分伸展，其弹簧压力可视为不变。中间制动力矩的差异和变化，可以用来描述中间制动力矩的变化情况。

4   实例应用分析

为对本文提出的检测方法应用适应性进行检验，以某建筑施工项目为依托，针对该项目中建筑井道结构中的曳引式升降机制动是否存在故障问题进行检测。

4.1   建筑井道曳引式升降机结构

建筑井道曳引式升降机可调节的导管主要是由三部分组成，即中间套管，伸缩导管，调节螺丝组成。使用无缝管制成，两个端部的伸缩管直径略小于中间套，插入中间套的凹槽内，可进行伸缩量调整（调整精度为50mm），并通过插脚进行定位。主楞一端配有微调螺杆，套在伸缩管的凹槽内，用于螺纹调整，调节间距为50mm。

4.2   制动故障检测流程

在明确建筑井道内曳引式升降机与其他结构的基本组成后，利用本文上述提出的检测方法，按照下述大致流程实现对该曳引式升降机制动故障的检测。

首先，将曳引式升降机升起，使曳引机垂直于升降机。在升降机下降的同时，将曳引机轴横移，并将其插入连杆套管内。

其次，制动线圈被电释放，让负载马达带动惯性飞轮运转到800r/min的规定速度。

再次，将电磁式制动线圈拆下，使制动片在弹簧的作用下，将制动片挤压到摩擦片制动装置上。

最后，采用转矩传感器对制动力矩和速度进行检测，并对检测结果进行分析和处理。曳引式升降机制动故障检测结果曲线如图2所示。

4.3   制动力矩相关参数计算

4.4   检测结果分析

结合上述检测结果曲线与表1中的内容，对4条曲线对应的曳引式升降机制动故障检测结果进行分析。

曲线A为曳引式升降机在制动正常情况下产生的制动力矩曲线，通过计算得出的各项数值，均在标准范围内，对应的升降机制动性能正常。

曲线B与曲线A相比，平均制动力矩值过低，因此说明该曲线对应的曳引式升降机制动存在摩擦盘与制动盘之间间隙较大的问题。

曲线C与曲线A相比，其上升斜率较低，值和值也普遍偏低，因此说明该曲线对应的曳引式升降机制动弹簧弹性系数较小，需要更换弹簧结构；

曲线D与曲线A相比，其值和值都过大，说明该曲线对应的曳引式升降机制动力矩波动较大，制动装置的间隙存在接触不均匀的问题。

通过上述对检测结果进一步分析得出，曲线B、曲线C和曲线D对应的曳引式升降机制动性能，均存在不同程度的问题，需要对其进行维护和维修处理。

将本文提出的检测方法应用实际，不仅可以实现对曳引式升降机制动是否存在故障问题的判定，同时能够根据检测结果得出产生故障的具体原因，对于建筑井道曳引式升降机的调整具有十分重要的指导意义。

5   结束语

本文以建筑井道曳引式升降机为研究对象，提出了一种全新的制动故障检测方法，并通过实例应用的方式完成了对该检测方法应用可行性验证。

在实际应用中，可以通过本文提出的检测方法直接判定曳引式升降机的故障，并得到精准的检测结果，实现对具体故障类型的诊断。

根据检测结果，对不符合要求的曳引式升降机进行及时、有效地调整，有利于确保曳引机制动的安全性和稳定性，保障建筑井道曳引式升降机的安全运行。

参考文献

[1] 陈国栋，林愉翔，赵志峰，等.基于改进YOLO v3的施工升降机螺栓状态检测研究[J].贵州大学学报（自然科学版），2022，39（6）：81-86+124.

[2] 李晓英，杨曦，杨柳，等.位于后澆带上方钢结构施工升降机基础施工技术[J].建筑技术开发，2022，49（22）：55-57.

[3] 夏顺俊，赵俊，张仁强，等.基于有限元方法的500 kV江阴长江第二跨越塔组塔倾斜式升降机运输吊笼结构校核[J]. 能源与环保，2022，44（5）：293-297+305.

[4] 赵俊，张仁强，夏顺俊，等.特大型输电线路大跨越塔组塔倾斜式升降机导轨结构快速校核[J].能源与环保，2022，44（4）：251-257.

[5] 陈希，方万刚，赵乐，等.高层住宅建筑施工用施工升降机防护与通道翻板一体化施工技术[J].建筑技术开发，2021，48（21）：33-35.

[6] 赵秉鑫，卢宁，鹿开旭，等.基于模糊PID的升降机层门联动装置建模与仿真研究[J].机电工程，2021，38（8）：1038-1044.

[7] 孙战强，王治江.一起电梯曳引钢丝绳脱槽断股故障原因分析[J]. 特种设备安全技术，2021（3）：28-29.

[8] 叶亮.电梯曳引机制动力矩在线检测台的研制[J].中国特种设备安全，2021，37（8）：10-12+16.