半岛·体育网站平台登陆 电梯鼓式制动器失效形式与防范对策

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本文刊登于《中国电梯》杂志2023年第1期

作者：范凤辉、王秀敏、刘庆福/东营市特种设备检测院

制动器作为曳引式电梯的重要安全部件，用来实现电梯的正常停止、紧急停止、上行超速保护等功能。常见的制动器类型有杠杆鼓式制动器、直压鼓式制动器（块式制动器），杠杆鼓式制动器的结构和运行机理决定了它比其他两种制动器更容易发生故障，故障的直接后果是制动力不足，导致轿厢冲底或撞顶，严重的事故甚至会造成人员伤亡。

2021年4月，国家市场监管总局发布通知，要求各地开展柱塞式电磁铁杠杆鼓式制动器（以下简称“鼓式制动器”）安全隐患专项检查治理。电梯生产企业或检验检测单位，应当对电梯鼓式制动器的安全性给予足够的重视，将故障风险降低到可以接受的范围内。本文，笔者根据自身工作经验，结合近年来发生的典型事故案例，对电梯鼓式制动器的故障模式及应对措施进行探讨。

1 电梯鼓式制动器的失效模式

鼓式制动器的主要故障部件有电磁线圈、电磁铁芯、制动弹簧、制动蹄、制动监测装置、推杆螺栓等，根据故障属性，鼓式制动器故障可分为机械故障、电气故障、失效。

1.1 机械故障

单个制动器每年工作约20万~40万次，随着工作时间的增加，制动部件不可避免地会出现磨损，甚至疲劳断裂，因此制动器的机械故障通常为磨损故障[1]，具体可分为以下几种类型。

1.1.1电磁铁铁芯卡住

鼓式制动器的电磁铁为柱塞式，因此每吸合、释放一次，动铁芯便往复运动一次。制动器频繁动作，铁芯表面的润滑油会与空气中的灰尘、磨损产生的铁屑等混合在一起，日积月累变硬，形成油泥。另外，由于铁芯频繁运动，其表面及联动件表面也会变得粗糙，如图1所示。常见的制动器铁芯卡死类型有以下几种[1]：油泥引起的卡死、制动释放扁销自锁卡死、内部易损件断裂、推杆导面磨损成台阶状引起的卡死等。

2020年12月4日，合肥某住宅小区发生电梯顶升事故；2021年2月17日，天津某住宅小区发生电梯滑落事故。这两起事故的直接原因都是电磁铁铁芯偶然出现故障，卡住导致制动器无法有效闭合，导致制动力不足，电梯轿厢意外上行。

1.1.2 制动蹄严重磨损

闸瓦作为与制动轮直接接触的部件，在制动时会产生高温，长期运行必然导致严重磨损或热衰减，影响其制动性能，另外正常制动时无法达到零速，对于带制动器的老旧电梯，闸瓦的磨损会更快。

刹车片导致的刹车失灵，往往是由于刹车片磨损严重，表面碳化所致。当刹车处于停车状态时，切断主电源，如果能轻易打开刹车，使轿厢翻车，说明刹车完好。2015年7月30日，杭州某小区发生电梯剪断事故，事故直接原因是刹车片磨损严重，导致制动力不足，电梯门打开，楼梯移动。

笔者在定期检查过程中，多次发现制动蹄片严重磨损，如图2所示。

1.1.3 螺栓断裂

顶杆螺栓和弹簧螺栓是鼓式制动器结构中两个重要的螺栓，随着电梯的长期运行，螺栓可能会发生断裂，一般是疲劳断裂或脆性断裂。

近年来，顶杆螺栓断裂事件时有发生，参考文献[2]对顶杆螺栓断裂案例进行了详细分析，2022年2月，广东省特种设备检验研究院韶关检测所对某住宅小区顶杆螺栓进行了专项排查；2022年5月12日，四川省市场监督管理局办公室下发《关于立即对电梯鼓式制动器调节螺栓断裂事件进行排查的通知》。

弹簧栓断裂的情况虽然少见，但确实偶尔会发生，2021年5月23日，广东省湛江市发生一起电梯顶升事故，事故原因之一就是制动器一侧的弹簧栓疲劳断裂，导致制动力丧失。

1.1.4制动蹄与制动轮间隙调整不当

制动蹄与制动轮之间的间隙应按电梯生产厂家的使用维护手册进行调整，若调整不当，电梯可能带闸运行或制动力不足，造成事故。

2015年3月23日，青岛某酒店发生电梯事故，事故原因是电梯制动蹄与制动轮间隙调整不当，电梯正常运行时，制动蹄与制动轮之间产生摩擦，导致制动蹄严重磨损，制动力不足。

笔者在检查过程中，发现两种严重的现象：（1）在对某品牌电梯进行检查时，发现该型号电梯制动蹄与制动轮之间的间隙很难测量，其结构如图3所示。电梯生产厂家的维护手册提供了间隙的调整范围，但没有说明如何测量。通过拆解制动器发现半岛·体育中国官方网，部分电梯的制动蹄磨损严重，如图4所示。（2）制动蹄的调节螺栓调整不当，造成制动蹄上下间隙不均匀，制动器闭合时，制动蹄不能均匀贴合制动轮，如图5所示。

1.1.5 其他形式的机械故障

除以上四种机械故障外，其他常见的机械故障还有制动弹簧老化或断裂、制动臂销轴松动或卡死、制动轮表面有油污、剩余行程不足等[3]。

1.2 电气故障

1.2.1制动保护装置失效

常见的一种抱闸故障保护装置是抱闸监测开关，它可以监测抱闸是否正常抬起或释放。对于一些没有配备此功能的老旧电梯，以及手动短接电气装置的电梯，存在严重的抱闸故障，一旦抱闸出现异常，电梯就会继续运行，后果不堪设想。2016年11月，合肥市质量技术监督局通报了该市2016年度电梯维修质量监督抽查结果显示，约有20.8%的电梯存在抱闸未吸合检测开关失灵的情况。

本文1.1.3节提到的2021年5月23日发生的广东省湛江市电梯顶升事故，就是由于两组制动组件的监控功能处于失效状态，无法验证其中任意一组制动组件是否正确升起（或释放），因此无法检测到制动组件的异常运动，导致电梯停止运行。

笔者在检验中遇到的抱闸检测开关失效问题，多发生在GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》第一次修订版正式实施前（2018年1月1日前）已完成监检的电梯上。由于此项未进行监检，因此在定期检验中此项的检验结论是：无此项，但该装置处于失效状态，电梯仍存在很大危险。

1.2.2 制动控制电路缺陷

电磁铁线圈通电时产生电磁力，克服弹簧力和阻力，制动器接合；断电时电磁力消失，靠弹簧力释放。电磁铁线圈的通断由控制电路实现。电感较大，控制电路中电子元器件参数选择不合适，会影响制动器的制动性能。

文献[4]详细分析了两例由于续流装置接线不当导致制动延迟的案例。

1.2.3 接触器短路或粘连

GB/T 7588.1-2020《电梯制造与安装安全规范》要求，若采用两个独立的机电装置切断制动电流，则当电梯停止时，如果其中一个机电装置未能断开制动回路，则应阻止电梯再次运行。

文献[5]对一起电梯轿顶撞机事故进行了详细分析，事故原因是抱闸控制回路中的运行接触器短路，输出继电器烧毁、粘连。

1.2.4 其他形式的电气故障

除以上三类电气故障外，还有制动电阻器损坏[6]、因线圈“剩磁”[7]引起制动延迟、电磁铁线圈防尘部件损坏、电磁铁线圈绝缘不良等其它电气故障形式。

2 预防电梯鼓式制动器故障的对策

无论从电梯制造标准、型式试验的修订，还是对鼓式制动器的专项检查管理，都可以看出国家市场监管总局对鼓式制动器的高度重视。笔者从以下几个方面探索应对措施。

2.1制造单位对设计、制造环节的改进和更新

生产单位应严格按照相关标准和技术规范，高标准设计制动器半岛·体育中国官方网，高质量生产制动器，不得过分追求利润，使用不符合设计要求的材料。

制造单位应改进相关技术和材料，增强制动器的安全性。文献[8]基于可靠性理论，提出了一种在不增加或减少制动器零部件数量的前提下，对制动器零部件工作组合进行优化的方法，形成更加可靠的“并联-串联系统”，从而提高制动器的可靠性。文献[2]对顶杆螺栓的结构设计提出了优化方案，改善其受力状况。

制造单位应加强新材料的研发和使用，如利用具有高硬度、耐高温等优点的陶瓷基材料作为制动蹄片、动铁心表面的摩擦材料。

2.2加强制动器性能监测与故障诊断

性能监测与故障诊断技术在工业生产过程中得到广泛应用，近年来随着大数据、物联网技术的发展，以及按需维修的逐步推进，制动器性能监测与故障诊断成为电梯行业研究的重点和热点问题。由于国内制动器大多参考国外产品，对其动态特性、失效机理研究尚不深入，单纯依靠维修无法从根本上判断制动器的安全状态和安全裕度。另外，对于大量老旧电梯的安全评估，评估制动器的安全状态尤为重要。因此应加强制动器的性能监测与故障诊断工作，实现方法如图6所示。

文献[9]以鼓式制动器为研究对象，对制动器的动态特性及故障机理进行了深入研究，通过建立机理模型来表征制动器性能与各零部件相关参数之间的内在联系，开发了故障树来表征制动器的工作状态与其零部件基本故障之间的逻辑关系，构建了基于诊断知识库和数据驱动分析的故障专家系统。

文献[10]研究了制动器的性能监测方法，通过监测制动器的响应时间、制动蹄与制动轮之间的间隙、制动力矩、制动距离、制动器的振动与噪声、制动器的温升等状态来衡量制动器的性能；文献[11]研究了基于数据-知识混合驱动的电梯制动性能动态监测与诊断系统。

参考文献[12]提出了一种基于长短期记忆网络自动编码器的无监督深度迁移学习方法来预测实际工作环境中电梯制动器的寿命。

2.3电梯使用单位、维护保养单位、检测检验单位应加大力度

电梯使用单位应当严格履行《中华人民共和国特种设备安全法》等法律法规规定的责任和义务，落实电梯安全管理制度，及时处理乘客反映的各类电梯问题。电梯配件或者二手配件，对更换下来的配件应当做好记录并公示。

电梯维保单位应严格遵守TSG T5002-2017《电梯维护保养规程》，按照制造厂的安装维护说明书进行维护保养，完善鼓式制动器故障应急救援预案，同时操作人员应注重专业知识和技能的学习和积累，提高维保质量。

检验检测单位应严格按照检验规程对鼓式制动器进行试验检测，如空载上行制动试验、125%额定载荷下行制动试验等；同时应认真检查鼓式制动器各部件工作是否正常。老旧电梯安全性评估可引入本文2.2节介绍的制动器性能监测与故障诊断技术，对制动器的可靠性进行综合评估。

3 结论

在本文中，作者对鼓式制动器的故障模式及预防措施进行了探讨，结合事故案例及作者近几年的工作经历，详细分析了鼓式制动器的故障模式，即机械故障和电气故障；从制造角度阐述了如何降低鼓式制动器的故障风险、提高鼓式制动器的安全性，并介绍了鼓式制动器的性能监测与故障诊断。

参考

[1]梁光池.电梯制动器机械磨损与失效引起机械卡阻及运动监测研究[J].中国电梯，2022,33(1):25-31.

[2]谢然,陈建国,王万军,等.电梯制动器推杆螺栓断裂失效分析与研究[J].中国特种设备安全,2021,37(5):105-110。

[3]刘春燕,马飞舟,韩正芳.电梯制动器残余行程的作用及检测[J].中国电梯,2021,32(23):32-34.

[4] 石宝海. 电梯鼓式制动器控制电路缺陷引起制动延迟案例分析[J]. 中国电梯，2022,33(9):70-72.

[5]彭浪操,黄震,徐灿,等. 一起电梯轿顶碰撞事故分析[J]. 中国电梯,2021,32(15):48-51.

[6]陈英芳.电梯制动器故障模式研究[J].机电工程技术，2021,50(12):271-273。

[7]张建华.电梯制动器故障分析及检查对策[J].中国电梯，2021,32(7):63-64.

[8] 欧阳惠清, 舒文华, 薛佳. 基于可靠性分析的电梯制动器设计优化方法[J]. 机械制造与自动化, 2020, 49(4): 199-201.

[9] 徐海刚.基于故障树的鼓式制动器故障诊断专家系统研究[D].杭州:浙江科技学院,2018.

[10]周叶平,秦志军,王友涛,等.电梯制动器安全性能监测方法综述[J].机电工程技术,2020,49(12):123-125.

[11]陈洪国.基于数据-知识混合驱动的电梯制动性能动态监测与诊断系统研究[J].中国电梯，2020,31(21):21-25.

[12] 蒋宇迪, 胡晖, 尹月红. 基于无监督迁移学习的电梯制动器剩余寿命预测[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(11): 1 408-1 416.