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電梯用鼓式制動器的性能特點、典型故障及其預(yù)防措施

鼓式制動器、摩托車剎車圈、Drum brake、輪轂剎車圈專業(yè)生產(chǎn)廠家無錫九環(huán)2023年5月16日訊 近年來，隨著電梯保有量的增加和使用年齡的增長，電梯事故起數(shù)也在增加，電梯的安全性和可靠性逐漸成為人們關(guān)注的焦點問題。而作為應(yīng)用最早、保有量最多的一類電梯制動器——鼓式制動器的質(zhì)量問題引起社會關(guān)注。此前國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)出了對電梯鼓式制動器安全隱患專項排查治理的通知，在本文中，筆者結(jié)合TSG?T7007-2022《電梯型式試驗規(guī)則》的內(nèi)容，對鼓式制動器優(yōu)缺點、典型故障及預(yù)防措施進(jìn)行探討，讓大家對鼓式制動器有更明晰的了解。

1 鼓式制動器的優(yōu)缺點以及塊式制動器、盤式制動器的優(yōu)缺點

1.1 鼓式制動器的優(yōu)缺點

鼓式制動器的優(yōu)點有以下幾點。

(1)制動力矩可調(diào)整，在設(shè)計選型范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)范圍大，更易于匹配現(xiàn)場使用。

(2)工作行程大，對行程微動開關(guān)敏感度要求相對低，不易造成檢測信號誤報。

(3)設(shè)計的剩余行程較大，加上制動臂杠桿系數(shù)，在試車或多次緊急制動后摩擦片磨損量對剩余行程影響量相對較小；在剩余行程消失前整機(jī)上可調(diào)整，且調(diào)整方法簡便。例如在現(xiàn)場可以直接用塞尺等檢測，成本較低。

(4)安裝、調(diào)整、檢測、維修僅對現(xiàn)場維保人員有基礎(chǔ)技能要求，較為簡單方便。所有頂桿螺栓均外露，空間充足，閘皮磨損一目了然，閘瓦打開過大或過小均可直觀觀察，制動彈簧壓縮長度可直接測量。

(5)制動器輸入電壓穩(wěn)定性要求相對較低，電壓使用范圍大，電壓不穩(wěn)對功能影響相對較小。

(6)制動器動、靜銜鐵在密封殼體內(nèi)相互運動，外界異物不易進(jìn)入動、靜銜鐵之間，潛在卡阻風(fēng)險極小。

(7)制動器緩沖墊可外置，不易老化、便于更換。

鼓式制動器的缺點有以下幾點。

(1)結(jié)構(gòu)不緊湊，安裝在曳引機(jī)上端，高度需求空間大、體積大。

(2)行程大，開閘、抱閘反應(yīng)時間相對慢，噪聲相對大。

(3)成本高，多一對臂組件，制造成本高。

1.2 塊式制動器、盤式制動器的優(yōu)缺點

相比鼓式制動器，塊式制動器、盤式制動器的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、行程小、成本低。

相比鼓式制動器，塊式制動器、盤式制動器的缺點有以下幾點。

(1)制動力矩不可調(diào)整。設(shè)計選型后制動力矩已是定值，出廠后不可再次調(diào)整，現(xiàn)場使用匹配性差。

(2)工作行程小，對行程微動開關(guān)敏感度要求高，易造成檢測信號誤報。

(3)設(shè)計的剩余行程較小。摩擦片磨損后，動、靜銜鐵間隙超出額定值后在整機(jī)上不便于調(diào)整，基本上是采用一次性設(shè)計，只能通過更換來滿足曳引機(jī)全壽命周期，因此在曳引機(jī)全生命周期內(nèi)成本是高的。

(4)現(xiàn)場安裝、調(diào)整、檢測、維修困難，間隙一致性相對差，一般維修人員難以掌握，需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)人員操作。

(5)輸入電壓穩(wěn)定性要求高。電壓不穩(wěn)會導(dǎo)致銜鐵抬起異常(如偏吸)，造成帶閘運行。一般不采用降壓使用，溫升較高；熱態(tài)下，存在電磁鐵吸力不足的潛在風(fēng)險。

(6)動、靜銜鐵間隙大，各類異物易進(jìn)入動、靜銜鐵之間，潛在卡阻風(fēng)險大。

(7)緩沖墊內(nèi)置，易老化，不易更換。

(8)常用的盤式制動器的摩擦盤采用的是輕質(zhì)鋁合金非導(dǎo)磁材料，通過內(nèi)齒與碳鋼材質(zhì)的滑鍵軸聯(lián)接，摩擦盤內(nèi)齒極易磨損失效。所以，一般只能用在較低速度且較低層建筑的電梯中。

綜上，無論哪種形式的制動器均各有利弊，需要從設(shè)計、制造、維保等方面共同努力解決制動器的本質(zhì)安全問題。

2 鼓式制動器的典型故障及其預(yù)防措施

鼓式制動器在國內(nèi)外電梯、自動扶梯領(lǐng)域已應(yīng)用多年，其存在的制造及工藝缺點已經(jīng)充分暴露。筆者結(jié)合TSG?T7007-2022要求，對鼓式制動器典型故障提出預(yù)防措施，旨在提升鼓式制動器的本質(zhì)安全性。

2.1 松閘手柄卡阻導(dǎo)致制動失效的預(yù)防措施

(1)內(nèi)置松閘手柄采用導(dǎo)磁材料的預(yù)防措施(需綜合考慮采取以下措施)：①內(nèi)置松閘手柄采用自鎖角設(shè)計，避免達(dá)到卡阻位置；②內(nèi)置松閘手柄采用接觸面圓弧設(shè)計，避免多次松閘后尖角碰撞導(dǎo)致卡阻；③采用內(nèi)置松閘后自復(fù)位設(shè)計(如采用扭簧、設(shè)計凸臺等，如圖1所示)，避免人為遺忘松閘后復(fù)位操作導(dǎo)致卡阻；④內(nèi)置松閘手柄軸復(fù)位后的限位設(shè)計，避免復(fù)位后轉(zhuǎn)動而卡阻。

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(2)內(nèi)置松閘手柄采用非導(dǎo)磁材料的預(yù)防措施(需綜合考慮采取以下措施)：①同“本文第2.1節(jié)第(1)款內(nèi)置松閘手柄采用導(dǎo)磁材料的預(yù)防措施”中的①、②；②若無“復(fù)位”“限位”設(shè)計，則必須選擇非導(dǎo)磁材料作為松閘手柄軸。

(3)取消內(nèi)置松閘手柄，使用外部松閘機(jī)構(gòu)，如圖2所示。

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2.2 減振墊老化分解的預(yù)防措施

減振墊采用外置結(jié)構(gòu)，如圖3所示，減振墊外置可便于更換、操作，且使減振材料遠(yuǎn)離高溫區(qū)，延緩了老化；同時不存在減振墊磨損、老化后產(chǎn)生的異物進(jìn)入殼體內(nèi)部的風(fēng)險。外置減振技術(shù)的應(yīng)用不僅避免了隨使用年齡增加減振墊老化造成的潛在卡阻風(fēng)險，還打破了原有的鼓式制動器噪聲高于板式制動器的現(xiàn)狀，可將噪聲有效控制在45dB(A)以內(nèi)。

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2.3 因產(chǎn)生剩磁導(dǎo)致溜車的預(yù)防措施

動鐵芯、靜鐵芯采用工業(yè)純鐵材質(zhì)如圖4所示，不易產(chǎn)生剩磁，可解決長時工作力值衰減問題。(工業(yè)純鐵材質(zhì)的特點是：(1)力學(xué)性能不受熱處理的影響；(2)磁性好且穩(wěn)定，剩磁小；(3)韌性大，可塑性好。)

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2.4 動鐵芯因摩擦拉毛或生銹產(chǎn)生鐵屑造成卡阻的預(yù)防措施

動鐵芯可采用噴涂陶瓷工藝如圖5所示，陶瓷具有硬度增大，超級耐磨和耐腐的特點，機(jī)械設(shè)計壽命能夠達(dá)1000萬次以上；陶瓷工藝的應(yīng)用可有效預(yù)防常見的卡滯現(xiàn)象，將目前常規(guī)的200萬次機(jī)械壽命提升至1000萬次以上，使制動器的機(jī)械壽命跨上一個新的水平。

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2.5 因潤滑脂形成油脂泥膠結(jié)或硬化導(dǎo)致卡阻的預(yù)防措施

采用二硫化鉬(MoS2)潤滑脂，提升潤滑可靠性。

MoS2潤滑脂在高溫下不滴油、不結(jié)焦，并有以下特色：(1)具有優(yōu)異的抗磨損性能，粘性強(qiáng)，潤滑降噪效果良好；(2)極佳的高溫性能，在高溫下具有長久的使用壽命和穩(wěn)定性；(3)優(yōu)良的抗燃、抗氧化穩(wěn)定性，極低的揮發(fā)損失；(4)良好的抗水性，在接觸水工況下，不易流失，不易乳化。

2.6 剩余行程不足造成無法上閘的預(yù)防措施

(1)剩余行程不足的原因及危害如下。

①不論大批量在用電梯使用的是鼓式制動器，還是當(dāng)前及未來市場推廣的盤式制動器、塊式制動器，制動器生產(chǎn)商都從設(shè)計上預(yù)留必要的剩余行程，以便在摩擦片磨損后實現(xiàn)自動退距。如圖6所示，鼓式制動器的剩余行程是指制動器上閘后(摩擦片緊貼制動輪)，動鐵芯仍能活動的距離，X 即是剩余行程。圖7所示是一種比較常用的塊式制動器，制動器上閘后銜鐵與松閘螺栓之間的余量X 即是剩余行程。

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②電梯安裝調(diào)試、定期檢驗、制動力測試等試驗及后期使用過程中，隨著電梯運行進(jìn)行了多次制動抱閘的，使摩擦片發(fā)生不同程度磨損，增大了制動器動鐵芯的工作行程。經(jīng)調(diào)研，在許多工況下，特別是使用5年以上的制動器摩擦片實際磨損較為嚴(yán)重。當(dāng)摩擦片磨損量超過允用剩余行程后，逐漸貼近制動輪的過程中會發(fā)生頂死現(xiàn)象。雖然制動器的電磁力和制動彈簧的彈簧力都保持良好狀態(tài)，但彈簧力完全作用到制動器松閘機(jī)構(gòu)上，無法作用到制動輪上，導(dǎo)致制動力矩消失。

(2)剩余行程不足的預(yù)防措施。

①鼓式制動器設(shè)計和制造時預(yù)留剩余行程安全余量，且余量較大，一般在3mm左右，加上制動臂杠桿系數(shù)(取值為0～1)的存在，摩擦片磨損量對剩余行程影響量相對較小，且在剩余行程不足前可作調(diào)整。

②在維保時，現(xiàn)場可以直接用塞尺檢測及判定剩余行程是否滿足要求。鼓式制動器斷電上閘后(制動襯墊緊貼制動輪)，動鐵芯向里推至極限，用塞尺檢查制動器(動鐵芯)與制動螺栓間的間隙，即為剩余行程(見圖6)。剩余行程的調(diào)整方法參照各制動器廠家的使用說明書。

③相對于鼓式制動器，塊式制動器設(shè)計的剩余行程較小，摩擦片磨損量對剩余行程變小影響大。當(dāng)剩余行程消失時，無法在整機(jī)上進(jìn)行調(diào)整，需要更新制動器。

綜上，安全剩余行程是預(yù)防銜鐵頂死引發(fā)的制動器抱閘失效的一個關(guān)鍵因素。在制動器設(shè)計、制造過程中，要預(yù)留及保證合理的剩余行程；在電梯維保和檢修過程中，要檢測和調(diào)整剩余行程余量，這是保證制動器可靠性的重中之重。

2.7 頂桿螺栓斷裂的預(yù)防措施

鼓式制動器頂桿螺栓裂紋、斷裂的情況時有發(fā)生，頂桿螺栓斷裂會導(dǎo)致拖閘造成制動襯墊加速磨損。這種風(fēng)險引起了電梯安全監(jiān)察部門的重視。

2.7.1 頂桿螺栓斷裂失效模式及預(yù)防措施

頂桿螺栓斷裂失效模式主要有以下幾種：(1)過載。拉伸應(yīng)力、剪切應(yīng)力或彎曲應(yīng)力超出允許值。(2)疲勞。周期性的、循環(huán)往復(fù)的外應(yīng)力超出使用極限。(3)腐蝕。酸性雨水等化學(xué)腐蝕，高抗拉強(qiáng)度下的應(yīng)力腐蝕。(4)氫脆。酸洗、電鍍或暴露于富氫環(huán)境下都可能發(fā)生。

前3種螺栓斷裂失效模式主要通過材料選擇、規(guī)格選型、安全余量及安裝防護(hù)技術(shù)要求來保證，而氫脆引發(fā)的螺栓斷裂是通過表面處理工藝來保證的。

目前市場上常用的緊固件、壓縮彈簧的表面處理多為電鍍處理，鋼鐵件在傳統(tǒng)電鍍工藝的酸洗、陰極除油、電鍍等過程中，都有還原態(tài)氫原子生成，使晶格變形，帶來內(nèi)應(yīng)力或使基體或鍍層局部硬度增加，造成脆性。氫脆對高強(qiáng)度鋼和彈性制件的危害特別大，電鍍過程務(wù)必嚴(yán)格控制工藝要求作業(yè)。對于機(jī)械強(qiáng)度要求較高的鋼鐵緊固件，0.5mm以下的薄壁件及彈性材料，電鍍后必須進(jìn)行去氫處理(如恒溫200℃、4h或真空除氫等)，以預(yù)防電鍍氫脆對高硬度、高強(qiáng)度件的影響。

2.7.2 鼓式制動器頂桿螺栓失效的預(yù)防措施

鼓式制動器頂桿螺栓機(jī)械強(qiáng)度要求較高，在設(shè)計階段應(yīng)選擇足夠的材料強(qiáng)度、規(guī)格型號，足夠的安全系數(shù)，要進(jìn)行防腐蝕表面處理；采用電鍍工藝時，須在電鍍后進(jìn)行去氫處理；此外，也可以考慮采用非酸洗、非電鍍的其他工藝(如噴塑工藝)方案。要保證頂桿螺栓不發(fā)生過載、疲勞、腐蝕及氫脆等失效模式，確保頂桿螺栓的可靠性。

3 滿足TSG T7007-2022的鼓式制動器設(shè)計方案

目前常見的鼓式制動器包括的主要零部件如圖8所示。制動器通、斷電時，動鐵芯與靜鐵芯之間是存在往復(fù)相對運動的。

如圖9所示，滿足TSG?T7007-2022的鼓式制動器的結(jié)構(gòu)較現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的主要變化點包括：

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(1)兩組結(jié)構(gòu)具有獨立空間。用隔板、螺栓連接，將原一體腔體分隔兩個相對獨立的空間，實現(xiàn)制動器兩組結(jié)構(gòu)均有各自獨立運行空間。

(2)取消內(nèi)置松閘手柄。

(3)增加外置松閘功能，可選：①在制動器外部與制動臂間，通過應(yīng)用杠桿原理的外置機(jī)械機(jī)構(gòu)實現(xiàn)制動器外部松閘功能；②通過在電梯控制柜端外接電路實現(xiàn)外置電動松閘功能。

滿足TSG?T7007-2022的鼓式制動器不涉及驅(qū)動主機(jī)外形和制動臂變化。

總之，TSG?T7007-2022的出臺更好地規(guī)范了制動器設(shè)計、制造及檢測要求，以解決目前市場上某些廠家的制動器的設(shè)計、制造、維保問題。各種制動器類型有各自的優(yōu)勢，電梯行業(yè)應(yīng)從提升各廠家產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)，不斷改進(jìn)優(yōu)化，積極采取上述鼓式制動器預(yù)防措施，并積極貫徹TSG?T7007-2022提出的新要求。筆者相信，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的鼓式制動器仍然是一款好產(chǎn)品。

來源：《中國電梯》雜志

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