电梯鼓式制动器失效形式与防范对策
本文刊登于《中国电梯》杂志2023年第1期作者：范峰辉，王秀民，刘庆福 / 东营市特种设备检验研究院
制动器作为曳引驱动电梯的涉及安全的重要部件，其功能是实现电梯的正常制停、紧急制停、上行超速保护等功能。制动器常见的类型有杠杆鼓式制动器、直压鼓式制动器(块式制动器)、盘式制动器。杠杆鼓式制动器的结构及运行机理，决定了其相比其他两种类型的制动器更容易失效，失效的直接结果就是导致制动力不足，造成轿厢蹾底或者冲顶，严重的甚至出现人员伤亡事故。
2021年4月，市场监管总局发布通知，要求各地开展柱塞式电磁铁型式的杠杆鼓式制动器(以下简称“鼓式制动器”)安全隐患专项排查治理。因此，不论是使用单位、维保单位，还是检验检测单位，都应对电梯鼓式制动器的安全性给予足够的重视，并把失效的风险降低到可接受的范围。在本文中，笔者根据自身的工作经验，结合近几年典型的事故案例，对电梯鼓式制动器的失效形式及对策进行探究。
1 电梯鼓式制动器的失效形式
鼓式制动器主要的失效部件为电磁线圈、电磁铁芯、制动弹簧、制动闸瓦、制动器监测装置、顶杆螺栓等。按照失效的属性分类，鼓式制动器失效可分为机械失效、电气失效。
1.1 机械失效
单个制动器每年动作大约20万～40万次。随着工作时间的增长，制动器各零部件必然出现耗损，甚至出现疲劳断裂。因此，制动器机械失效通常为耗损失效，具体可分为以下几种类型。
1.1.1 电磁铁铁芯卡阻
鼓式制动器的电磁铁为柱塞式，因此其每次吸合、释放，动铁芯往复运动一次。制动器频繁动作，铁芯表面的润滑剂会与空气中的灰尘、磨损产生的铁屑混合，长期积累并且硬化形成油泥。另外，由于铁芯频繁运动，其表面以及联动部件表面也会变得粗糙，如图1所示。常见的制动器铁芯卡阻主要有以下几种：油泥卡阻、松闸扁销自锁卡阻、内部易损零件破碎造成卡阻、顶杆导向面磨损成台阶造成卡阻等。
2020年12月4日，合肥市某住宅小区发生一起电梯冲顶事故；2021年2月17日，天津市某住宅小区发生一起电梯溜梯事故。这两起事故的直接原因是电磁铁铁芯偶发性卡阻，导致制动器不能有效地闭闸，制动力不足，电梯轿厢发生意外移动上行。
1.1.2 制动闸瓦严重磨损
制动闸瓦作为直接接触制动轮的部件，参与制动时会产生高温，长时间运行必然导致磨损严重或者热衰退，影响其制动性能。另外，对于正常制停时不能做到零速抱闸的老旧电梯，制动闸瓦磨损的速度会更快。
在因制动闸瓦导致的制动器失效案例中，制动闸瓦往往磨损严重，表面碳化。在制动器处于制停状态时，切断主电源，若能够较为轻易地带闸盘车，则说明其制动性能已经不符合要求。2015年7月30日，杭州市某住宅小区发生一起电梯剪切事故，该事故的直接原因是制动闸瓦磨损严重，导致制动力不足，电梯开门走梯。
笔者在平时的定期检验中，多次发现制动闸瓦磨损严重的情况，如图2所示。
1.1.3 螺栓断裂
顶杆螺栓、弹簧螺栓是鼓式制动器结构组成中两种重要的螺栓。随着电梯的长时间运行，螺栓可能会发生断裂，一般多为疲劳断裂或脆性断裂。
近几年，顶杆螺栓断裂的情况时有发生，文献详细分析了顶杆螺栓断裂的案例。2022年2月，广东省特种设备检测研究院韶关检测院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发布《关于立即排查电梯鼓式制动器调节螺栓断裂情况的通知》。
弹簧螺栓断裂的情况虽然较少，但也偶有发生。2021年5月23日，广东省湛江市发生一起电梯冲顶事故，事故的原因之一是制动器一侧的弹簧螺栓疲劳断裂，导致制动力丧失。
1.1.4 制动闸瓦与制动轮间隙调整不当
制动闸瓦与制动轮的间隙应按照电梯制造单位的维护保养手册调整。如果调整不当，可能会导致电梯带闸运行或者制动力不足，造成事故。
2015年3月23日，青岛市某酒店发生一起电梯事故，事故的原因是制动闸瓦与制动轮之间的间隙调整不当，电梯正常运行时制动闸瓦与制动轮发生摩擦，造成制动闸瓦严重磨损，制动力不足。
笔者在检验过程中发现两类现象比较严重：(1)在检验某品牌电梯时发现，该型号的电梯制动闸瓦与制动轮的间隙难以测量，其结构如图3所示。虽然从电梯制造单位的维护保养手册能查到间隙的调整范围，但是对如何测量没有说明。通过对制动器的拆解，发现部分电梯的制动闸瓦已经严重磨损，如图4所示。(2)制动闸瓦的调节螺栓调整不到位，造成制动闸瓦的上下两侧的间隙不均匀。制动器闭闸时，制动闸瓦不能均匀地贴合制动轮，如图5所示。
1.1.5 其他形式的机械失效
除以上4种形式的机械失效，常见的还有制动弹簧老化或者断裂，制动臂销轴松脱或者卡阻，制动轮表面有油污，剩余行程不足等机械失效形式。
1.2 电气失效
1.2.1 制动器故障保护装置失效
制动器故障保护装置常见的形式为抱闸监测开关，该开关能够监测到制动器的提起或者释放是否正常。对于未配置该功能的部分老旧电梯，以及人为短接该电气装置的电梯，都存在严重的风险。一旦制动器动作异常，电梯仍会继续运行，后果不堪设想。2016年11月，合肥市质量技术监督局通报的全市2016年度电梯维保质量监督抽查结果显示，约20.8%的电梯制动器抱闸检测开关失效。
本文第1.1.3节中提到的2021年5月23日发生的广东省湛江市电梯冲顶事故，其直接原因是两个制动部件的监测功能都处于无效状态，无法验证任一组制动部件正确提起(或释放)动作，因而无法监测到制动部件的动作异常，使电梯停止运行。
笔者在检验中遇到的抱闸检测开关无效的情况更多的是出现在GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》第1号修改单正式实施之前(2018年1月1日之前)已经完成监督检验的电梯。由于未对该项目实施监督检验，因此定期检验中该项目的检验结论为无此项，但是该装置处于无效状态，电梯依旧存在较大的风险。
1.2.2 制动器控制电路缺陷
电磁铁线圈在通电时产生电磁力，克服弹簧力及阻力，制动器吸合；在断电时电磁力消失，依靠弹簧力释放。电磁铁线圈的通电、断电由控制电路实现，由于电磁铁线圈的电感量较大，如果控制电路中电子元件的参数选择不合适，将会影响制动器的制动性能。
文献详细分析了两例续流装置接线不当导致抱闸延时的案例。
1.2.3 接触器短接或者粘连
GB/T 7588.1-2020《电梯制造与安装安全规范》要求，如果切断制动器电流采用两个独立的机电装置，那么当电梯停止时其中一个机电装置没有断开制动回路，应防止电梯再运行。
文献详细分析了一起电梯轿厢冲顶事故，事故的原因是制动器控制电路中运行接触器短接、输出继电器烧蚀粘连。
1.2.4 其他形式的电气失效
除以上3种形式的电气失效，还有制动电阻故障、因线圈问题“剩磁”导致抱闸延时、电磁铁线圈防尘件破损、电磁铁线圈绝缘性差等电气失效形式。
2 防范电梯鼓式制动器失效的对策
不论从电梯制造标准、型式试验的修订，还是针对鼓式制动器的专项排查治理，都可以看出国家市场监管总局对鼓式制动器十分重视。笔者从以下几个方面进行了对策探究。
2.1 制造单位对设计、制造环节的改进及更新
制造单位应严格按照相关的标准及技术规范，对制动器进行高标准的设计并做到高质量的生产，不应当过分追求利润而使用不符合设计要求的材料。
制造单位应改进相关技术以及材料，提升制动器的安全性。文献基于可靠性理论，提出一种在不增加和减少制动器零部件的条件下，对制动器零部件的工作组合方式进行优化，形成了可靠性更高的“并联-串联系统”，从而提高了制动器的可靠性。文献提出了一种对顶杆螺栓结构设计的优化方案，从而改善其受力情况。
制造单位应加强对新材料的研发和使用，比如将具有硬度高、耐高温等优点的陶瓷基材料作为摩擦材料，用于制动闸瓦、动铁芯表面。
2.2 加强制动器性能监控及故障诊断
性能监控及故障诊断技术已经在工业生产过程中被广泛应用。近年来，随着大数据、物联网技术的发展，按需维保的逐步推进，制动器的性能监控及故障诊断成为电梯行业研究的一个热点。由于国产制动器大多参考国外产品，对其动态特性及故障机理并没有深入研究，仅依靠维护保养，不能从根本上确定制动器的安全状态及安全裕量。另外，对于大量的在用老旧电梯的安全评估，评估制动器的安全状态也尤为重要。因此，应加强制动器的性能监控及故障诊断，其实施方法如图6所示。
文献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，通过建立机理模型表征制动器性能与各零部件相关参数之间的内部联系，制定了故障树表征制动器运行状态及其零部件基本故障之间的逻辑关系，搭建了以诊断知识库和数据驱动分析的故障专家系统。
文献研究了制动器的性能监控方法，通过监测制动器的状态，如制动器响应时间、制动闸瓦与制动轮的间隙、制动力矩、制停距离、制动器振动及噪声、制动器温升等，衡量制动器的性能。文献研究了基于数据-知识混合驱动的电梯制动性能动态监测诊断系统。
文献提出了一种基于长短期记忆网络自编码器的无监督深度迁移学习方法，对电梯制动器在真实工作环境下的寿命进行预测。
2.3 电梯使用单位、维保单位、检验检测单位多点发力
电梯使用单位应严格履行《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，落实好电梯安全管理制度，对于乘客反映的各类电梯问题应及时处理。禁止购买“三无”电梯配件或者二手配件，并且对更换的配件予以记录、公示。
电梯维保单位应严格遵守TSG T5002-2017《电梯维护保养规则》，按照制造单位的安装使用维护说明书进行保养，完善鼓式制动器失效的应急救援预案。同时，作业人员应注重专业知识和技能的学习和积累，提升维保质量。
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和检验，如空载上行制动试验、125%额定载重下行制动试验；同时要详细检查鼓式制动器各部件工作是否正常。对于在用老旧电梯的安全评估，可以引入本文第2.2节中介绍的制动器性能监控及故障诊断技术，对制动器的可靠性做一个全面的评估。
3 结语
在本文中，笔者对鼓式制动器的失效形式及防范对策进行了探究，通过事故案例以及笔者近几年的工作经验，详细分析了鼓式制动器的失效形式，即机械失效和电气失效；从制造单位、使用单位、维保单位、检验检测单位多个环节，阐述如何降低鼓式制动器失效的风险，提升鼓式制动器的安全性，并对鼓式制动器的性能监控及故障诊断进行了介绍。
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来源：《中国电梯》杂志
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