谈电梯制动器的检测及安全分析

陈伟森

（广州市特种机电设备检测研究院，广东广州 510180）

0 引言

将人或货物及时准确地运送到建筑物内预定的楼层，而且在轿厢准确平层的条件下，使电梯轿厢能够安全可靠地停站是电梯的作用。曳引机作为电梯运动的动力，当轿厢到站时，它必须将电机转速降到零，电梯制动器实现“零速”刹车。为了使轿厢可以准确平层，电梯一般不会采用电动机的电气制动方法，一旦采用这个方法，电梯就会在惯性的作用下，无法立刻停止。所以通常会选择用制动器（抱闸）来停车，这种方法是电梯到站时曳引电机的转速降到零，抱闸通过机械结构实现零速刹车。无论电梯运行时发生制动器不抱闸还是制动失控，都会造成严重的安全后果。下面通过对电梯出现的溜车现象进行深入分析探讨，希望可在电梯的检验和维修保证过程中找到发生这些问题的根本原因，同时还期望可找到能够完全解决这类问题的有效方法。

1 电梯溜车事故案例

有一台原来运行正常的电梯，当其按指令运行至10楼平层开门时，在开门的瞬间，电梯发生向下溜车的现象，当电梯滑行到7楼时，电梯限速器带动安全钳动作紧急刹车，在此突发事故过程中幸无人员伤亡。事后经检查，造成此次溜车的原因是因为电梯制动器在停站时未能正常动作刹住电梯。下面对电梯制动器在停站时未能正常动作的原因进行分析，寻找出预防及解决类似问题的方法。

2 造成电梯溜车的原因分析

2.1 电梯制动器制动力分析

在电梯运行过程中，当发生以下两种情况时，电梯的制动器会主动将电梯制停：①轿厢在层站的位置保持静止；②当紧急情况发生时。通过分析轿厢的运动状态可以知道，轿厢在运行的过程中，会受到4 个力的影响，即为：①曳引机的曳引力；②轿厢自重及载荷的重力；③对重的重量产生的重力；④运行时井道内风及轿厢、对重与导轨摩擦所产生的阻力（此阻力在此暂且忽略不计）。电梯在正常运行情况下，制动器在电梯平层时“零速”动作，使电梯在指定楼层准确停靠，这个时候就会存在制动器的制动力矩等于电梯轿厢与对重产生的静力矩的情况。

若电梯在运行过程中突然停电，电梯要在制动器的作用下安全地制停轿厢，就必须考虑轿厢与对重两侧动力矩大小的影响。此时电梯处于突然失去曳引力而紧急刹车状态，电梯就会同时受到2 个力的影响：①制动器的制动力；②轿厢和对重的重力。不难看出，以上两种情况的制动方式不同主要是因为制停时的减速度a 的大小不一样。当电梯处于正常运行靠站停车，电梯停车的减速度a 小于0.65 m/s2，而紧急制动时的减速度a在2 ～9.8 m/s2之间。而减速度是加速度的一种情形，它是受物体质量（m）以及产生减速度的力（F）所影响的。同时，电梯无法对这两种工况的负荷作正确的选择，而电梯紧急刹车时的最小减速度amin＞2 m/s2，这个减速度是正常停车时的减速度的三倍〔1〕。由此可见：电梯要同时满足紧急刹车情况下和正常制动工况下的减速度要求是十分困难的。按照GB7588－2003《电梯制造与安装安全规范》对制动器的规定，制动器设计时必须满足紧急制动工况下减速度的要求〔2〕。即假设轿厢以125%额定载荷的下行至最低站附近电梯断电时能可靠制停，则会有：

静力矩为：

其中：Q 为额定载重量（kg）；G 为轿厢自重（kg）；W 为对重重量（kg）；i 为钢丝绳倍率；ML为轿厢侧钢丝绳重量（kg）；D为曳引轮节圆直径（m）；I 为减速器传动比；η为传动系数总机械效率。

动力矩为：Md=J·ε=m·D2·n1/38.2tb（N·m），

其中：J 为当量化到制动轮轴上所有运动零件的转动惯量（kg·m2）；ε为角减速度（rad/s2）；m 为当量化到制动轮上的全部质量（kg）；n1为制动开始时的电机转速（r/min）；tb为制停时间（s）。

制动器所需的制动力矩等于静力矩加上动力矩之和，即Mb=MS＋Md。如果制动器两侧的机械装置的制动力相等，则要求制动器单边的制动力：F1=Mb÷2r，r为制动轮的半径。

2.2 电梯制动器失效的原因分析

综上所述，若制动器F1＜（Mb÷2r）时，电梯制动器将无法安全地使电梯制停，这时就会发生刹不住车的问题。电梯制动器结构图如图1所示。

图1 电梯制动器结构图

从制动器的结构可以清楚知道，制动弹簧压力N 的大小由两个条件决定：①刹车皮与制动轮的接触面积；②刹车皮的摩擦系数μ。因此制动器制动力不足，将给电梯安全运行带来严重隐患。

（1）制动弹簧压力不足

根据力学原理可知道，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，即：F=Kx（其中：F 为弹力，x 为伸缩量，K 为弹性系数）。对刚刚安装的电梯来说，制动器的结构参数已为定值，不管轿厢负荷怎样变化，制动力都不会再改变。然而电梯在正常运行的过程中，弹簧必然会产生一定程度的磨损或者弹簧弹性模量产生改变，制动器的压紧弹簧力也相应地发生着变化，因而导致制动力大小随之发生变化。

（2）制动器刹车皮长期使用引起磨损

电梯制动器的刹车皮在正常的使用中，由于刹车皮与制动轮之间长期产生间隙性摩擦，因而会使刹车皮与制动轮的接触面积发生不同程度的改变，还可能会导致刹车皮的摩擦系数μ产生相应的改变，从而使摩擦力产生改变，因而使制动器制动力变小，造成制动力小于设计要求。

（3）电梯载荷超出额定载荷

如果电梯出现超载情况，则由于超载产生的作用于电梯制动器上的力F2＞制动力F（常况），此时若这个作用力远远大于电梯所设计的制动力，电梯将发生溜车现象。

（4）存在附加的打开制动器抱闸的力

一旦控制柜中的工作坏境有太多的灰尘或者湿度过大，这时接触器触点很容易会发生打火（短路），严重的还会使接触器触点被粘连。与此同时，若出现以下3 种情况，就会导致电梯制动器出现不抱闸情况：①电梯设计电路中控制制动器的电流接触器没有防粘连措施；②控制制动器的电流接触器数量少于两个[3]；③制动系统中发生卡阻现象。卡阻由以下两种因素造成：一是制动器电磁铁产生的电磁力过大；二是电磁铁的铁芯出现卡阻状况。而电磁铁的铁芯出现卡阻状况主要是因为下面的两种情况：一是铁芯中有杂质；二是铁芯出现剩磁。

3 预防电梯发生溜车现象的方法

3.1 加强日常巡检及维保工作

制动器的制动轮与刹车皮产生的间隙性摩擦不会使制动系统马上失效，但如果没有及时消除这种情况，就会降低制动刹车皮摩擦系数，导致摩擦力减小，容易发生电梯溜车事故。要想避免这种情况，可以加强日常检查，电梯除了每月两次以上的维修检查保养，还必须定期对相关设备进行清洁，一旦发现问题要马上调整处理。在本文案例中，定期对电梯超载开关进行检查，只有保证超载开关有效，才能确保电梯可靠运行。要做到这一点，只能依靠维保单位及时对电梯进行相关的检查验证。这就要求维保单位应该认真确切履行工作职责，尽最大可能去避免因为维修不到位而引发的各类电梯事故的发生。因此，定期地对电梯进行检查是避免电梯事故发生的重要解决办法之一[1]。

3.2 定期对电梯进行修理

由于电梯是特种设备，所以要确保其可以安全无误地运行，电梯进行定期维修是有必要的。很多企事单位不太重视电梯的定期检查维修，认为这是费时、费力、费钱的事情。另外，维保人员在日常检查中若只对制动器外部进行保养是不能保证它能正常工作的，只有定期拆开制动器铁芯外壳，检查制动器内部各部件的工作状况，进行细致的维护，才能保证它的最佳工作状态。因此，电梯使用单位和维保单位应严格按照电梯的使用情况进行定期检查维修，防患于未然。

3.3 电梯必须定期进行检测

新《特种设备安全监察条例》要求，电梯每个年度必须进行定期检验，而且电梯在进行改造或重大维修后，要通过监督验收检验，经验收合格后，电梯才可以继续使用（4）。从本文案例中可以知道，若一些问题未能及时得到使用单位的重视，再加上平时若缺乏维修保养工作，电梯必将会存在严重安全隐患，甚至造成安全事故。

3.4 随着新国标的实施，应及时对在用电梯进行改造，以满足新的规范

由上面所提及的案例分析可知，电梯一旦出现轿厢面积超出相关规定，此时若轿厢内超载，则有可能造成溜车事故。因为电梯各部件的设计是以电梯的额定载重量为依据，按照电梯安全监督规程的有关规定，要求乘客电梯轿厢面积不能高出额定面积的5%，若超出此值则应重新对电梯各部件进行校核选型，以适应实际轿厢面积〔2〕。另外，GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》对制动器等安全部件赋予新的要求，应严格执行。

4 结束语

电梯制动系统是确保电梯安全运行的重要条件，如果设计时制动器的制动力矩的值取得不合适，很可能造成电梯溜车事故。电梯的安全运行，离不开制动系统的可靠动作。如果制动器发生故障，电梯将发生严重的安全事故。因此，制动器是电梯最为关键的安全部件之一。在熟悉电梯的结构和电梯的工作原理后，定期对电梯进行安全检查，及时更换不符合相关标准的电梯安全部件，才能保证电梯安全可靠运行。

［1］陈建新.电梯的技术检验［M］.北京：科学出版社，2009.

［2］GB 7588-2003.电梯制造与安装安全规范［S］.

［3］TSG T7001-2009.电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯［S］.

［4］赵晓光，刘兆彬，陈钢.新《特种设备安全监察条例》释义［M］.北京：中国法制出版社，2010.