馬 鵬

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200062）

0 引言

1 制動器組成和工作原理

電梯曳引機(jī)制動器的主要組成有電磁鐵、彈簧、磁軛和制動盤等，在磁鐵的電磁力和彈簧彈力這兩者的相互作用下，實(shí)現(xiàn)制動器的關(guān)閉或開啟：只要有電流通過線圈，磁鐵就會產(chǎn)生電磁力，給摩擦盤施加相應(yīng)的力，摩擦盤和振動盤之間就會產(chǎn)生摩擦，達(dá)到制動效果；電梯需要運(yùn)行時，制動器松閘，電流流過線圈，鐵芯快速實(shí)現(xiàn)碳化與吸合，此時磁軛會將鐵芯吸過去，制動盤由此松開[1]；電梯需要停止運(yùn)行時，線圈內(nèi)不再有電流通過，磁鐵將不再具有電磁力，制動盤在彈簧的反作用力的作用之下獲得一個壓力，由此實(shí)現(xiàn)制動功能。

2 制動器制動性能指標(biāo)

2.1 彈簧彈性系數(shù)

當(dāng)制動器處于制動狀態(tài)時，電磁線圈將保持一種失電的狀態(tài)，彈簧形變并將會在自身彈力的作用下恢復(fù)。在此過程中，彈簧彈性系數(shù)K 將會對其相應(yīng)時間起到?jīng)Q定性作用：如果彈簧的彈性系數(shù)較高，那么摩擦盤在最初和制動盤之間接觸一直到壓緊的這段過程中所需要的時間會更少，響應(yīng)過程所用時間也就比較短；反之，如果彈性系數(shù)比較小，其響應(yīng)時間就會比較長?？梢姡陔娞菀芬龣C(jī)制動器的運(yùn)行過程中，彈簧的彈性系數(shù)直接影響其響應(yīng)性能。

2.2 制動器間隙

制動器間隙主要是影響彈簧壓緊力，對完全壓緊情況下最大的制動力矩起到?jīng)Q定性作用。依照相應(yīng)的原理，彈簧被壓縮或被拉伸時其彈力大小將會受到彈性系數(shù)和伸縮量這兩者乘積的影響，即Fs=KsX。其中，X 為彈簧壓縮量，制動間隙對其起到?jīng)Q定性作用。可見，彈簧彈性系數(shù)一定時，在制動間隙不斷增加和彈簧不斷壓緊過程中壓縮量將減小，彈力將會越來越小，而制動盤能夠獲得的彈簧壓力也會越來越小[2]。此時，制動力矩下降，制動時間會進(jìn)一步延長。

2.3 制動盤間隙的均勻性

正常制動的情況下，制動器的摩擦盤和制動盤之間會有一定的間隙，如果這一間隙不夠均勻，摩擦盤和制動盤之間的接觸面積就會發(fā)生改變，摩擦因數(shù)μ 就會發(fā)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而導(dǎo)致摩擦力、制動器制動力矩發(fā)生變化。

3 故障檢測方法

3.1 彈性系數(shù)特征量檢測

在電梯曳引機(jī)制動器中，彈簧彈性系數(shù)對其響應(yīng)速度有著決定性作用，因?yàn)閺椥韵禂?shù)會直接影響彈簧力矩加載時間，所以摩擦盤和制動盤之間從剛開始接觸一直到完全壓緊所需要的時間也會受到影響，這將不利于制動力矩的施加時間。因此，通過對制動力矩曲線進(jìn)行上升斜率的觀察，就可以讓彈簧實(shí)際的彈性系數(shù)得以良好反映。

進(jìn)行檢測時，應(yīng)該選擇動力矩一開始上升過程中的一階段曲線，通過線性回歸方程來進(jìn)行擬合，用來計算其上升的斜率。因?yàn)樵撔甭逝c彈簧實(shí)際的彈性系數(shù)存在線性關(guān)系，可以借助它來反映彈簧實(shí)際彈性系數(shù)。如果該斜率較小，則說明響應(yīng)時間比較長，制動時間也就會更長，不符合實(shí)際的制動器性能需求，說明此彈簧有著比較小的彈性系數(shù)[3]。此時，為保障曳引機(jī)制動器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要更換彈簧。

3.2 間隙特征量檢測

間隙大小將會改變彈簧的伸縮量，進(jìn)而讓彈簧產(chǎn)生不同的彈力，而這些彈力最終都會在制動力矩上體現(xiàn)出來。在測量過程中，可以按照M=μdF 來判斷間隙大小。其中，μ 為摩擦副摩擦因數(shù)，d 為制動盤直徑。如果制動力間隙比較大，彈簧壓緊力則會不足，制動器就會逐漸降低制動力矩，導(dǎo)致無法在規(guī)定的時間內(nèi)滿足實(shí)際的制動要求。

在家長有了對親子繪樂課堂的初步了解，掌握了基本的技能技巧之后，還需要激發(fā)家長主動開展的意識和興趣。因此，每次活動之前，我們可以先組織一些熱心家長對活動的主題、內(nèi)容進(jìn)行討論，征求意見，教師提供建議，引導(dǎo)家長開始準(zhǔn)備工作。在活動中，家長們各顯神通、各司其職，有的擔(dān)任主持，有的制作學(xué)具，有的負(fù)責(zé)采購……發(fā)揮自己的特長，從而讓繪樂課堂煥發(fā)生命的活力。

3.3 間隙均勻特征量檢測

如果間隙不夠均勻，制動器在制動過程中的接觸面積就會發(fā)生變化，隨之改變的就是摩擦因數(shù)。假設(shè)彈簧壓力保持不變，其制動力會產(chǎn)生一定的波動。因此在檢測過程中，可以通過制動力矩曲線的波動情況來檢測間隙的均勻性。

具體的檢測過程中，為保障選取點(diǎn)彈簧力一定，即保障彈簧處在完全壓緊狀態(tài)，可以選取轉(zhuǎn)速由600 r/min 下降到100 r/min的這一區(qū)間段進(jìn)行。在此過程中，彈簧應(yīng)該一直保持全部伸出的狀態(tài)，因此可以認(rèn)為彈簧壓力未發(fā)生變化。檢測過程中，可以把最大的制動力矩差值當(dāng)做是一個表征，以此來判斷間距的一致性[4]。

如果檢測到制動力矩波動過大，則表明存在接觸不均勻的情況，需要對其進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試分析

4.1 測試步驟

對電梯曳引機(jī)制動器進(jìn)行的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試，可以參照以下6 個步驟進(jìn)行。

（1）升起頂升機(jī)構(gòu)，電梯曳引機(jī)將會向頂升機(jī)構(gòu)縱向輸送。落下頂升機(jī)構(gòu)，曳引機(jī)將會向壓緊工作橫向輸送，此時的曳引機(jī)軸將會伸入聯(lián)動軸套中。

（2）伸出壓緊機(jī)構(gòu)中的壓緊氣缸，將需要測試的曳引機(jī)固定并壓緊。

（3）當(dāng)制動器處于線圈通電松閘狀態(tài)時，應(yīng)對加載電機(jī)內(nèi)部的慣性飛輪進(jìn)行調(diào)整，并將轉(zhuǎn)速調(diào)整為規(guī)定的800 r/min。

（4）斷開制動器線圈，在彈簧彈力的作用下制動盤將會壓緊摩擦盤、實(shí)現(xiàn)制動。

（5）通過彎矩傳感器對制動力矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，并對其信號進(jìn)行分析和處理，最終可獲得相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)曲線。

（6）對測量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析和處理。

4.2 測試結(jié)果分析及處理

在具體測量過程中，應(yīng)該在大量測量數(shù)據(jù)中選擇幾組較為經(jīng)典的進(jìn)行分析和處理。本次分析選擇了4 組測量數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行對比（圖1）。其中，a1、a2、a3和a4為制動力矩曲線，b1、b2、b3和b4為轉(zhuǎn)速曲線。

圖1 4 組制動力矩轉(zhuǎn)速測量結(jié)果

4.2.1 數(shù)據(jù)曲線計算分析

對測量數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行計算的過程中，首先通過線性回歸計算的方法來計算制動力矩上升斜率：①在上升過程中，如果制動力小于800 N·m，則可以看做線性分布，計算時可以將所有8000 N·m 以下的測量點(diǎn)數(shù)據(jù)代入線性回歸計算中進(jìn)行分析，并在曲線上對這些線段散點(diǎn)進(jìn)行挑選[5]；②通過分析散點(diǎn)可知，在計算過程中可以將回歸函數(shù)T 作為制動力矩M 的線型函數(shù)；③計算每一組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的乘積MT；④通過線性回歸公式進(jìn)行計算。

然后計算出電梯處于穩(wěn)定狀態(tài)下的制動力矩平均值、最大差和方差：①計算穩(wěn)定狀態(tài)之下（即彈簧處于完全壓緊狀態(tài)下）的制動力矩，依然選擇轉(zhuǎn)速從600 r/min 下降到100 r/min這一時間段內(nèi)的系列點(diǎn)，并認(rèn)為制動盤和摩擦盤完全接觸；②計算制動力矩；③計算最大的制動力矩差值；④計算制動力矩的方差。

4.2.2 具體數(shù)據(jù)分析通過計算，可以得到曲線1～曲線4 的相關(guān)數(shù)據(jù)（表1）。

表1 4 組制動力矩轉(zhuǎn)的計算結(jié)果

由表1 可知：①曲線2 平均制動力矩比較小，制動器摩擦盤和制動盤之間很可能存在間距過大的情況；②曲線3 上升的斜率比較低，說明該制動器彈簧的彈性系數(shù)較小；③曲線4的最大制動力差值和制動力方差均較大，說明在穩(wěn)定狀態(tài)下制動力矩的波動較大。這說明該曳引機(jī)制動器間隙接觸的均勻度不足。

5 結(jié)束語

通過本次對電梯曳引機(jī)制動力矩和電梯故障原因之間關(guān)系所進(jìn)行的理論研究得出了如下結(jié)論：

（1）在檢測電梯曳引機(jī)制動器故障的過程中，可以通過制動力矩檢測的方法來直接診斷制動器故障，并能獲得精確的診斷結(jié)果。

（2）通過對檢測數(shù)據(jù)的分析和驗(yàn)證，可以證實(shí)制動力矩數(shù)據(jù)測量方法對電梯曳引機(jī)制動器故障檢測的可行性。

（3）將該方法應(yīng)用到電梯曳引機(jī)制動器的故障檢測與診斷中，可以讓不符合要求的曳引機(jī)制動器得到及時、有效的調(diào)整，確保電梯曳引機(jī)制動器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而全面保障電梯運(yùn)行的安全性。