林源 王志剛 何新春

摘 要：在現(xiàn)代都市生活中電梯起到非常重要的作用。人們對電梯安全性、高效性、舒適性的不斷追求推動(dòng)了電梯技術(shù)的進(jìn)步。城市中的高層建筑越來越多，而室內(nèi)電梯的使用率也在不斷地增加當(dāng)中。這也就意味著，保證電梯的安全性將關(guān)系到更多居民的人身安全。故保障電梯的安全運(yùn)行，提高電梯運(yùn)行的安全可靠性非常重要。電梯制動(dòng)器是電梯曳引機(jī)的重要組成部分，制動(dòng)器的功能是在電梯停站時(shí)保持電梯轎廂的靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)電梯發(fā)生故障時(shí)使轎廂能夠緊急減速停車并保持其靜止?fàn)顟B(tài)。因此，制動(dòng)器性能的好壞直接關(guān)系到電梯的安全與否。

關(guān)鍵詞：電梯曳引機(jī);制動(dòng)器故障

1 電梯曳引機(jī)制動(dòng)器綜合參數(shù)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)臺總體方案分析

該試驗(yàn)臺主要是由加載電機(jī)來提供動(dòng)力來源，用慣性飛輪模擬實(shí)際工況下轎廂等負(fù)載的慣量。當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)行制動(dòng)器的制動(dòng)操作，來檢測出制動(dòng)器的性能參數(shù)。測量的參數(shù)包括制動(dòng)器電磁線圈電流、動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩以及轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化。整個(gè)過程能夠自動(dòng)的完成。被檢測曳引機(jī)可以自動(dòng)運(yùn)輸?shù)綑z測臺，并能實(shí)現(xiàn)其在檢測位置的準(zhǔn)確定位。

1.2 試驗(yàn)臺方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

扭矩傳感器用于檢測制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化。

上料工位用于輸送曳引機(jī)至檢測位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化上料。

壓緊工位用于在制動(dòng)過程中固定壓緊曳引機(jī)。

加載電機(jī)用于為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力來源。

由上料工位將曳引機(jī)輸送至壓緊工位，壓緊氣缸壓緊，然后加載電機(jī)加載至指定的轉(zhuǎn)速，脫開電機(jī)，電磁制動(dòng)器斷電，彈簧在彈力作用下壓緊制動(dòng)盤制動(dòng)，根據(jù)扭矩傳感器檢測出制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化曲線。

2 電梯曳引機(jī)制動(dòng)器故障檢測方法

2.1 電磁制動(dòng)器的組成及工作原理

電磁制動(dòng)器主要由彈簧、電磁鐵、制動(dòng)盤、磁軛等主要零件構(gòu)成。其核心結(jié)構(gòu)為電磁鐵產(chǎn)生的電磁力與彈簧的彈力的相互作用實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器的啟閉功能。制動(dòng)時(shí)，在線圈中通以一定的電流，電磁鐵產(chǎn)生足夠的電磁力，該電磁力使摩擦盤運(yùn)動(dòng)，與制動(dòng)盤摩擦，產(chǎn)生所需的制動(dòng)效果。設(shè)備需要工作時(shí)，需要使制動(dòng)器松閘，制動(dòng)器電感線圈繞組中通過電流，電磁鐵芯迅速磁化吸合，電磁鐵被吸向磁軛，制動(dòng)盤松開。設(shè)備需要停止，制動(dòng)器電感線圈繞組中電流截止，電磁鐵芯的磁力迅速消失，通過彈簧的反作用力，對制動(dòng)盤施加壓力，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能。

2.2 電磁制動(dòng)器的制動(dòng)性能指標(biāo)

2.2.1 彈簧的彈性系數(shù)

制動(dòng)器在制動(dòng)的時(shí)候，電磁線圈失電，彈簧由于彈力作用恢復(fù)形變，其響應(yīng)的時(shí)間由彈簧的彈性系數(shù)K來決定。當(dāng)彈性系數(shù)大時(shí)，由摩擦盤與制動(dòng)盤剛接觸到完全壓緊所需要的時(shí)間就短，其響應(yīng)自然也就快;當(dāng)彈性系數(shù)小時(shí)，其恢復(fù)形變需要的時(shí)間就長。因此彈簧的彈性系數(shù)影響了制動(dòng)器的響應(yīng)性能。

2.2.2 制動(dòng)器間隙

制動(dòng)器間隙是影響彈簧壓緊力的主要因素，因此決定了完全壓緊時(shí)的最大制動(dòng)力矩的大小。根據(jù)力學(xué)原理可知，當(dāng)彈簧處于壓縮或拉伸狀態(tài)時(shí)，彈簧產(chǎn)生的彈力必由彈簧伸縮量和彈性系數(shù)的乘積所決定。

彈簧力：Fs=Ks·X

式中：X為彈簧的壓縮量，由制動(dòng)器間隙來決定，為彈簧的彈性系數(shù)。

由上式可知，如果已知彈性系數(shù)為定值時(shí)，當(dāng)制動(dòng)器間隙變大時(shí)，彈簧壓緊時(shí)的壓縮量減小，則彈簧力減小，對制動(dòng)盤的壓力減小。這樣會造成制動(dòng)力矩相應(yīng)降低，使制動(dòng)時(shí)間增長。

2.2.3 制動(dòng)盤間隙是否均勻

電梯曳引機(jī)制動(dòng)器在正常的制動(dòng)過程中，由于摩擦盤與制動(dòng)盤之間產(chǎn)生間隙性摩擦，如果其間隙不均勻接觸的話，會使摩擦盤與制動(dòng)盤的接觸面積發(fā)生改變，進(jìn)而會導(dǎo)致該摩擦副的摩擦因數(shù)μ產(chǎn)生相應(yīng)的改變，從而使摩擦力產(chǎn)生改變，使制動(dòng)器的制動(dòng)力矩造成波動(dòng)。

2.3 電磁制動(dòng)器性能檢測的方法

根據(jù)上述制動(dòng)器的制動(dòng)性能指標(biāo)可知，可以通過檢測電磁制動(dòng)器摩擦盤與制動(dòng)盤的間隙及其均勻程度和彈簧的彈性系數(shù)來反應(yīng)制動(dòng)器的性能。該節(jié)介紹選取特征量來反應(yīng)上述的幾項(xiàng)性能指標(biāo)，以及特征量的計(jì)算方法，介紹如何利用獲取的特征量來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器性能的檢測。

2.3.1 彈性系數(shù)的特征量

上面說過，彈簧的彈性系數(shù)決定了響應(yīng)的快慢。彈性系數(shù)影響了彈簧力的加載時(shí)間，從摩擦盤與制動(dòng)盤剛接觸到完全壓緊的時(shí)間也會不同，進(jìn)而就影響了制動(dòng)力矩的施加時(shí)間。所以其制動(dòng)力矩曲線的上升斜率能夠反映出彈簧的彈性系數(shù)該項(xiàng)指標(biāo)。

取制動(dòng)力矩曲線開始時(shí)候的一段上升曲線，用線性回歸方法擬合出其回歸方程，計(jì)算出其上升斜率。其斜率和彈性系數(shù)成線性關(guān)系，所以能夠反映出其彈性系數(shù)。

當(dāng)斜率較小時(shí)，響應(yīng)時(shí)間較長，增加了制動(dòng)時(shí)間，不能滿足制動(dòng)器的性能要求，說明其彈簧的彈性系數(shù)較小，所以需要更換合適的彈簧。

2.3.2 間隙的特征量

上面說過，間隙的大小導(dǎo)致了彈簧伸縮量的改變，進(jìn)而會導(dǎo)致彈簧力的不同，最終會反映在制動(dòng)力矩上。可以根據(jù)制動(dòng)力矩來判斷間隙的大小。

制動(dòng)力矩：M=μd Fs

式中：μ為摩擦副的摩擦因數(shù);d為制動(dòng)盤的直徑。

當(dāng)制動(dòng)器的間隙較大時(shí)，就會導(dǎo)致彈簧的壓緊力不夠，從而將會造成制動(dòng)器的制動(dòng)力矩減小，無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)正常制動(dòng)。

2.3.3 間隙是否均勻的特征量

由于間隙的不均勻，導(dǎo)致制動(dòng)時(shí)接觸面積的變化，摩擦因數(shù)因之改變，假設(shè)彈簧壓力不變的話，其制動(dòng)力矩必然發(fā)生一定范圍內(nèi)的波動(dòng)。故可以從其制動(dòng)力矩曲線的波動(dòng)情況來反應(yīng)間隙是否均勻這一特征。

為了保證所取點(diǎn)的彈簧力是一定的，也就是說保證是在完全壓緊的狀態(tài)。取其轉(zhuǎn)速從600 r/min降到100 r/min的一段區(qū)間，其間彈簧都處于完全伸出的狀態(tài)，其彈簧壓力可以看作是不變的。其間制動(dòng)力矩的最大差值及其方差，可以作為間隙是否均勻的一個(gè)表征。

當(dāng)其波動(dòng)過大時(shí)，說明是不均勻接觸，需要做出相應(yīng)的調(diào)整。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)過理論分析了制動(dòng)力矩與故障原因的對應(yīng)關(guān)系，提出了一種新的故障檢測的方法。

（2）該方法用制動(dòng)力矩來進(jìn)行分析，更為直接，所以其診斷亦更為準(zhǔn)確。

（3）經(jīng)過試驗(yàn)分析驗(yàn)證，證實(shí)了該方法的切實(shí)可行。對于不滿足要求的制動(dòng)器的調(diào)整具有指導(dǎo)意義。

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