电梯鼓式制动器的原理及安全隐患分析

2021-06-23江苏省特种设备安全监督检验研究院镇江分院

机电安全 2021年12期

江苏省特种设备安全监督检验研究院镇江分院孙磊

近期全国发生多起电梯制动器的失效事故，造成人员伤亡和财产损失。事故调查发现，事故主要是由两个原因造成的：①鼓式制动器电磁铁未定期拆解清洗，内部存在油污或者锈蚀，造成运行卡顿，导致制动器制动失效；②鼓式制动器的松闸顶杆选用了导磁材料，在长期工作中发生磁化，通电后电场会产生磁场，顶杆在磁场作用下会发生抖动，易引起制动器卡阻，导致制动器制动失效。

为减少相应事故发生，保障人民群众财产安全，国家市场监管总局印发了隐患排查治理的通知（市监特设函〔2021〕564号）。本文重点讨论通知中所提及的鼓式制动器，分析隐患，根据自己的工作经验提出相应工作方法。

■电梯制动器

1.制动器的概念及工作原理

电梯制动器是电梯的主要安全部件，它的稳定可靠是电梯安全运行的保证。它的可靠性在TSG T7007-2016《电梯型式试验规则》做了以下要求：电梯驱动主机制动器应进行不小于200万次的动作试验，且试验期间不允许出现任何故障[1]，试验结束后符合相关要求。常见的电梯制动器类型有鼓式和盘式，GB/T 26665-2011《制动器术语》对制动器的定义如下：

制动器（Brake）是具有使运动部件或者运动机械减速、停止或者保持停止状态等功能的装置[2]。

鼓式制动器（Drum Brake）如图1所示。它是用圆柱面作为摩擦副接触面的制动器[2]，此类制动器特点是被制动部件的制动面（制动摩擦面）是圆柱面。

图1 鼓式制动器

盘式制动器（Disk Brake）如图2所示。它是用圆盘的端面作为摩擦副接触面的制动器[2]，盘式制动器是以被制动部件的端面作为制动面的制动器。

电梯制动器的工作原理如下：电梯制动器采用机电式制动器，制动器通电时打开，断电时闭合。电梯处于平层或者静止状态时，制动器线圈不通电，电磁铁不动作，制动闸瓦被制动弹簧紧紧压在制动轮上。当电梯收到动作信号时，制动线圈通电，电磁铁铁芯被吸合，带动制动臂克服制动弹簧的压力，制动闸瓦和制动轮分开，电动机带动曳引机运行。电梯到站停靠时，制动器断电，制动弹簧带动制动臂将闸瓦压紧紧压在制动轮上，电梯保持停止状态。制动器提供的制动力能使装有125%额定载荷的轿厢，在额度速度下行运行时有效制停，且其减速度不应大于安全钳动作，或者是轿厢撞击缓冲器产生的减速度[3]。

2.制动器失效的主要原因

电梯制动器一旦失效会造成严重后果，如电梯冲顶、蹲底，如果电梯在平层人员进入时失效，更会发生层门位置的剪切事故，死亡率极高。此类事故在造成人员伤亡和财产损失的同时，还会引发人们在乘坐电梯时出现恐慌和紧张的情况，负面影响很大。以下总结电梯制动器失效的原因：

（1）环境异物进入致使衔铁被卡阻。

（2）封闭橡胶老化脱落致使衔铁被卡阻。

（3）松闸装置设计不良或者机械加工精度不足致使两个独立的衔铁同时被卡阻。

（4）制动器的设计或制造材料有缺陷如铁芯、弹簧等重要材料选用不当，造成制动器不能可靠制停轿厢。

（5）制动臂制造缺陷，致使制动臂疲劳断裂。

（6）对制动器错误的调整使制动能力出现下降或者丧失。

（7）激励或维持电压过低致使制动器没有完全打开，引起制动摩擦片的过度磨损，使制动力下降或丧失。

（8）顶杆(拉杆)螺丝致使制动力下降。

图4 电磁铁内部结构

（9）制动器闸瓦的脱落或者磨损致使制动能力下降。

（10）制动臂销轴的锈蚀导致制动能力下降或者丧失。

（11）制动弹簧疲劳失效。

（12）钢丝绳的油、驱动主机轴承的油、减速箱的油污染了制动盘（鼓），导致制动能力不足。

（13）电机永磁铁脱落致使电机激烈振动、制动器过度磨损制动力不足。

■隐患排查要求与安全隐患分析

通知中隐患排查有以下工作内容：

（1）拆解保养鼓式制动器电磁铁。鼓式制动器由于结构原因，在长期工作中会混入灰尘等杂质形成油泥，或者磨损产生铁屑会造成制动器卡阻问题。应按照TSG T5002-2017《电梯维护保养规则》要求对其进行拆解清洗。

（2）更换鼓式制动器松闸顶杆。部分松闸顶杆使用了导磁材料，在长期工作下发生磁化，通电后电场会产生磁场，松闸顶杆在磁场作用下会发生抖动，制动器有发生卡阻的风险,结构如图3和图4所示。电梯制造厂需要提供非导磁材料的松闸顶杆（如铜质材料等）并指导相关单位施工更换。

图3 鼓式制动器（双铁芯）

工作内容的第一点让笔者想起2017年部分企业对其生产的存在缺陷的制动器进行主动召回，其隐患及原因和本次类似。我们通过上次召回及质检特函中的结果对鼓式制动器的风险进行分析。质检特函〔2017〕19号中对其鼓式制动器的故障描述如下：制动器电磁铁动作50万次～150万次期间，存在柱塞被内部油泥阻滞的风险；当制动器电磁铁动作约200万次时，其柱塞轴杆会因磨损而出现明显台阶，使柱塞冲程受限，存在制动器不能正确制动的风险[4]。原电梯制造厂认为使用原来问题型号制动器的电梯，对维护保养有较高的要求，如维护保养单位未能按照技术要求对制动器进行清洗或更换相应配件，这批电梯在使用中存在极大风险，易造成电梯事故。电磁铁锈蚀如图5[4]所示，电磁铁油污如图6[4]所示。

图5 电磁铁锈蚀

图6 电磁铁油污

对于问题鼓式制动器同型号产品实验室内测试结果表明：该型制动器电磁铁对维护保养有很高的要求。制动器每次制动时，其柱塞会撞击封闭的电磁铁壳体内的缓冲垫，而且会带动释放杆转动，因此，在日常保养中需要严格按照养护规程进行定期调整保养，密切注意检查并拆解电磁铁，更换密封圈和缓冲垫，对柱塞进行清洁、打磨、润滑，当磨损达到一定程度时需要整体更换制动器电磁铁。同时制动器减震垫属于橡胶类产品，受长期撞击工作，会失效（噪声变大），减振垫、铁芯、端盖表面有污浊，会使其（上电开闸时）局部因空气被挤出；当失电合闸时局部形成“负压”，铁芯因“负压”导致复位延迟。综上所述，依据质检特函〔2017〕19号，企业对所有问题制动器的电磁铁进行了免费更换消除隐患。

TSG-T5001《电梯使用管理与维护保养规则》对制动器维护保养有以下要求：维保单位应当每年对制动器铁芯（柱塞）进行清洗、润滑、检查，如果磨损量超过制造单位要求应进行更换[5]。由于维保保养不及时，会导致制动器铁芯（柱塞）锈蚀、卡阻；由于维护保养不当，会导致制动铁芯（柱塞）安装不正确，长期运行会造成推杆弯折等，该问题在鼓式制动器尤其突出。

工作内容的第二点要求是更换鼓式制动器松闸顶杆。部分制动器的松闸顶杆使用了导磁材料，在长期工作下发生磁化，通电后电场会产生磁场，松闸顶杆在磁场作用下会发生抖动，制动器有发生卡阻的风险。维保单位可以通过使用磁铁测试松闸顶杆是否为导磁材料，对使用导磁材料的制动器，电梯制造厂需提供新的松闸顶杆（材料应为非导磁材料，如铜质材料等）并指导相关单位施工更换。施工类别为一般修理，施工前应去属地的特种设备管理部门办理开工告知。

■隐患排查工作进度与要求

根据总局文件要求，隐患排查分三个阶段。

第一阶段为自查准备阶段，特种设备的使用单位（此处指电梯使用单位）要落实企业安全的主体责任，积极与维保单位联系并配合，对使用单位内的电梯进行排查并制定整改计划。电梯制造厂需对销售的电梯进行统计梳理，针对通知的要求公开排查整治方案，与相关使用单位或维保单位联系，为其制动器维护清理提供技术支持（提供维护保养说明或者是提供拆解演示视频）。

第二阶段为集中整改阶段,电梯的使用单位应联系维护保养单位根据电梯制造单位提供的拆解和清洗方法，对在用电梯的制动器电磁铁进行拆解和清洗，如果松闸顶杆使用铁质等导磁材料的，应对松闸顶杆进行更换（更换的顶杆由厂家提供，并由厂家指导更换）。对于厂家明确免拆解的，厂家需进行一次免费的现场检查。使用单位应注意保存见证资料，资料可以是视频或者照片（不限于这两类）。

第三阶段为现场查验阶段，检验检测单位应发挥其技术把关和支撑作用，根据安全技术规范要求对拆解清洗过的制动器进行查验（包括更换松闸顶杆的制动器），验证其安全性能是否符合要求，并将查验结果按季度向属地分管特种设备的管理部门汇总报送。对于已经进行电梯检验检测试点的地区，由相应的检验或检测单位按要求执行上述工作。

需要补充的是，对于在2021年7月～2022年9月期间未进行定期检验或者是检测的电梯(在排查治理范围表内)，应由当地的监察机构组织技术机构进行查验。