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(dòng)器組成和工作原理

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

2 制動(dòng)器制動(dòng)性能指標(biāo)

2.1 彈簧彈性系數(shù)

當(dāng)制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電磁線圈將保持一種失電的狀態(tài)，彈簧形變并將會(huì)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(huì)對(duì)其相應(yīng)時(shí)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(dòng)盤之間接觸一直到壓緊的這段過程中所需要的時(shí)間會(huì)更少，響應(yīng)過程所用時(shí)間也就比較短；反之，如果彈性系數(shù)比較小，其響應(yīng)時(shí)間就會(huì)比較長(zhǎng)?？梢?，在電梯曳引機(jī)制動(dòng)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(dòng)器間隙

制動(dòng)器間隙主要是影響彈簧壓緊力，對(duì)完全壓緊情況下最大的制動(dòng)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(shí)其彈力大小將會(huì)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(dòng)間隙對(duì)其起到?jīng)Q定性作用?？梢姡瑥椈蓮椥韵禂?shù)一定時(shí)，在制動(dòng)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(huì)越來(lái)越小，而制動(dòng)盤能夠獲得的彈簧壓力也會(huì)越來(lái)越小[2]。此時(shí)，制動(dòng)力矩下降，制動(dòng)時(shí)間會(huì)進(jìn)一步延長(zhǎng)。

2.3 制動(dòng)盤間隙的均勻性

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

3 故障檢測(cè)方法

3.1 彈性系數(shù)特征量檢測(cè)

在電梯曳引機(jī)制動(dòng)器中，彈簧彈性系數(shù)對(duì)其響應(yīng)速度有著決定性作用，因?yàn)閺椥韵禂?shù)會(huì)直接影響彈簧力矩加載時(shí)間，所以摩擦盤和制動(dòng)盤之間從剛開始接觸一直到完全壓緊所需要的時(shí)間也會(huì)受到影響，這將不利于制動(dòng)力矩的施加時(shí)間。因此，通過對(duì)制動(dòng)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(cè)時(shí)，應(yīng)該選擇動(dòng)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(lái)進(jìn)行擬合，用來(lái)計(jì)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(lái)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(shí)間比較長(zhǎng)，制動(dòng)時(shí)間也就會(huì)更長(zhǎng)，不符合實(shí)際的制動(dòng)器性能需求，說明此彈簧有著比較小的彈性系數(shù)[3]。此時(shí)，為保障曳引機(jī)制動(dòng)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(cè)

間隙大小將會(huì)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(huì)在制動(dòng)力矩上體現(xiàn)出來(lái)。在測(cè)量過程中，可以按照M=μdF 來(lái)判斷間隙大小。其中，μ 為摩擦副摩擦因數(shù)，d 為制動(dòng)盤直徑。如果制動(dòng)力間隙比較大，彈簧壓緊力則會(huì)不足，制動(dòng)器就會(huì)逐漸降低制動(dòng)力矩，導(dǎo)致無(wú)法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)滿足實(shí)際的制動(dòng)要求。

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3.3 間隙均勻特征量檢測(cè)

如果間隙不夠均勻，制動(dòng)器在制動(dòng)過程中的接觸面積就會(huì)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(dòng)力會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)。因此在檢測(cè)過程中，可以通過制動(dòng)力矩曲線的波動(dòng)情況來(lái)檢測(cè)間隙的均勻性。

具體的檢測(cè)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(cè)過程中，可以把最大的制動(dòng)力矩差值當(dāng)做是一個(gè)表征，以此來(lái)判斷間距的一致性[4]。

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

4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析

4.1 測(cè)試步驟

對(duì)電梯曳引機(jī)制動(dòng)器進(jìn)行的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可以參照以下6 個(gè)步驟進(jìn)行。

（1）升起頂升機(jī)構(gòu)，電梯曳引機(jī)將會(huì)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(huì)向壓緊工作橫向輸送，此時(shí)的曳引機(jī)軸將會(huì)伸入聯(lián)動(dòng)軸套中。

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

（3）當(dāng)制動(dòng)器處于線圈通電松閘狀態(tài)時(shí)，應(yīng)對(duì)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(dòng)器線圈，在彈簧彈力的作用下制動(dòng)盤將會(huì)壓緊摩擦盤、實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

（5）通過彎矩傳感器對(duì)制動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)其信號(hào)進(jìn)行分析和處理，最終可獲得相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)曲線。

（6）對(duì)測(cè)量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析和處理。

4.2 測(cè)試結(jié)果分析及處理

在具體測(cè)量過程中，應(yīng)該在大量測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行對(duì)比（圖1）。其中，a1、a2、a3和a4為制動(dòng)力矩曲線，b1、b2、b3和b4為轉(zhuǎn)速曲線。

圖1 4 組制動(dòng)力矩轉(zhuǎn)速測(cè)量結(jié)果

4.2.1 數(shù)據(jù)曲線計(jì)算分析

對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行計(jì)算的過程中，首先通過線性回歸計(jì)算的方法來(lái)計(jì)算制動(dòng)力矩上升斜率：①在上升過程中，如果制動(dòng)力小于800 N·m，則可以看做線性分布，計(jì)算時(shí)可以將所有8000 N·m 以下的測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)代入線性回歸計(jì)算中進(jìn)行分析，并在曲線上對(duì)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(jì)算過程中可以將回歸函數(shù)T 作為制動(dòng)力矩M 的線型函數(shù)；③計(jì)算每一組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的乘積MT；④通過線性回歸公式進(jìn)行計(jì)算。

然后計(jì)算出電梯處于穩(wěn)定狀態(tài)下的制動(dòng)力矩平均值、最大差和方差：①計(jì)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(dòng)力矩，依然選擇轉(zhuǎn)速?gòu)?00 r/min 下降到100 r/min這一時(shí)間段內(nèi)的系列點(diǎn)，并認(rèn)為制動(dòng)盤和摩擦盤完全接觸；②計(jì)算制動(dòng)力矩；③計(jì)算最大的制動(dòng)力矩差值；④計(jì)算制動(dòng)力矩的方差。

4.2.2 具體數(shù)據(jù)分析通過計(jì)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(dòng)力矩轉(zhuǎn)的計(jì)算結(jié)果

由表1 可知：①曲線2 平均制動(dòng)力矩比較小，制動(dòng)器摩擦盤和制動(dòng)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(dòng)器彈簧的彈性系數(shù)較?。虎矍€4的最大制動(dòng)力差值和制動(dòng)力方差均較大，說明在穩(wěn)定狀態(tài)下制動(dòng)力矩的波動(dòng)較大。這說明該曳引機(jī)制動(dòng)器間隙接觸的均勻度不足。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過本次對(duì)電梯曳引機(jī)制動(dòng)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(cè)電梯曳引機(jī)制動(dòng)器故障的過程中，可以通過制動(dòng)力矩檢測(cè)的方法來(lái)直接診斷制動(dòng)器故障，并能獲得精確的診斷結(jié)果。

（2）通過對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析和驗(yàn)證，可以證實(shí)制動(dòng)力矩?cái)?shù)據(jù)測(cè)量方法對(duì)電梯曳引機(jī)制動(dòng)器故障檢測(cè)的可行性。

（3）將該方法應(yīng)用到電梯曳引機(jī)制動(dòng)器的故障檢測(cè)與診斷中，可以讓不符合要求的曳引機(jī)制動(dòng)器得到及時(shí)、有效的調(diào)整，確保電梯曳引機(jī)制動(dòng)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。