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電梯用鼓式制動(dòng)器的性能特點(diǎn)、典型故障及其預(yù)防措施

鼓式制動(dòng)器、摩托車(chē)剎車(chē)圈、Drum brake、輪轂剎車(chē)圈專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家無(wú)錫九環(huán)2023年5月16日訊 近年來(lái)，隨著電梯保有量的增加和使用年齡的增長(zhǎng)，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(diǎn)問(wèn)題。而作為應(yīng)用最早、保有量最多的一類(lèi)電梯制動(dòng)器——鼓式制動(dòng)器的質(zhì)量問(wèn)題引起社會(huì)關(guān)注。此前國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)出了對(duì)電梯鼓式制動(dòng)器安全隱患專(zhuān)項(xiàng)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(yàn)規(guī)則》的內(nèi)容，對(duì)鼓式制動(dòng)器優(yōu)缺點(diǎn)、典型故障及預(yù)防措施進(jìn)行探討，讓大家對(duì)鼓式制動(dòng)器有更明晰的了解。

1 鼓式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)以及塊式制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 鼓式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)

鼓式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

(1)制動(dòng)力矩可調(diào)整，在設(shè)計(jì)選型范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)范圍大，更易于匹配現(xiàn)場(chǎng)使用。

(2)工作行程大，對(duì)行程微動(dòng)開(kāi)關(guān)敏感度要求相對(duì)低，不易造成檢測(cè)信號(hào)誤報(bào)。

(3)設(shè)計(jì)的剩余行程較大，加上制動(dòng)臂杠桿系數(shù)，在試車(chē)或多次緊急制動(dòng)后摩擦片磨損量對(duì)剩余行程影響量相對(duì)較??；在剩余行程消失前整機(jī)上可調(diào)整，且調(diào)整方法簡(jiǎn)便。例如在現(xiàn)場(chǎng)可以直接用塞尺等檢測(cè)，成本較低。

(4)安裝、調(diào)整、檢測(cè)、維修僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維保人員有基礎(chǔ)技能要求，較為簡(jiǎn)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(kāi)過(guò)大或過(guò)小均可直觀(guān)觀(guān)察，制動(dòng)彈簧壓縮長(zhǎng)度可直接測(cè)量。

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

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

(7)制動(dòng)器緩沖墊可外置，不易老化、便于更換。

鼓式制動(dòng)器的缺點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

(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(kāi)閘、抱閘反應(yīng)時(shí)間相對(duì)慢，噪聲相對(duì)大。

(3)成本高，多一對(duì)臂組件，制造成本高。

1.2 塊式制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)

相比鼓式制動(dòng)器，塊式制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、行程小、成本低。

相比鼓式制動(dòng)器，塊式制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器的缺點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

(1)制動(dòng)力矩不可調(diào)整。設(shè)計(jì)選型后制動(dòng)力矩已是定值，出廠(chǎng)后不可再次調(diào)整，現(xiàn)場(chǎng)使用匹配性差。

(2)工作行程小，對(duì)行程微動(dòng)開(kāi)關(guān)敏感度要求高，易造成檢測(cè)信號(hào)誤報(bào)。

(3)設(shè)計(jì)的剩余行程較小。摩擦片磨損后，動(dòng)、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(jì)，只能通過(guò)更換來(lái)滿(mǎn)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(chǎng)安裝、調(diào)整、檢測(cè)、維修困難，間隙一致性相對(duì)差，一般維修人員難以掌握，需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)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(huì)導(dǎo)致銜鐵抬起異常(如偏吸)，造成帶閘運(yùn)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(xiǎn)。

(6)動(dòng)、靜銜鐵間隙大，各類(lèi)異物易進(jìn)入動(dòng)、靜銜鐵之間，潛在卡阻風(fēng)險(xiǎn)大。

(7)緩沖墊內(nèi)置，易老化，不易更換。

(8)常用的盤(pán)式制動(dòng)器的摩擦盤(pán)采用的是輕質(zhì)鋁合金非導(dǎo)磁材料，通過(guò)內(nèi)齒與碳鋼材質(zhì)的滑鍵軸聯(lián)接，摩擦盤(pán)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(wú)論哪種形式的制動(dòng)器均各有利弊，需要從設(shè)計(jì)、制造、維保等方面共同努力解決制動(dòng)器的本質(zhì)安全問(wèn)題。

2 鼓式制動(dòng)器的典型故障及其預(yù)防措施

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

2.1 松閘手柄卡阻導(dǎo)致制動(dòng)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(jì)，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(jì)，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(jì)(如采用扭簧、設(shè)計(jì)凸臺(tái)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(jì)，避免復(fù)位后轉(zhuǎn)動(dòng)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(wú)“復(fù)位”“限位”設(shè)計(jì)，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(shí)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(xiǎn)。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(xiǎn)，還打破了原有的鼓式制動(dòng)器噪聲高于板式制動(dòng)器的現(xiàn)狀，可將噪聲有效控制在45dB(A)以?xún)?nèi)。

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2.3 因產(chǎn)生剩磁導(dǎo)致溜車(chē)的預(yù)防措施

動(dòng)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(zhǎng)時(shí)工作力值衰減問(wèn)題。(工業(yè)純鐵材質(zhì)的特點(diǎn)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??；(3)韌性大，可塑性好。)

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2.4 動(dòng)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(dòng)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(jí)耐磨和耐腐的特點(diǎn)，機(jī)械設(shè)計(jì)壽命能夠達(dá)1000萬(wàn)次以上；陶瓷工藝的應(yīng)用可有效預(yù)防常見(jiàn)的卡滯現(xiàn)象，將目前常規(guī)的200萬(wàn)次機(jī)械壽命提升至1000萬(wàn)次以上，使制動(dòng)器的機(jī)械壽命跨上一個(gè)新的水平。

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2.5 因潤(rùn)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(rùn)滑脂，提升潤(rùn)滑可靠性。

MoS2潤(rùn)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(rùn)滑降噪效果良好；(2)極佳的高溫性能，在高溫下具有長(zhǎng)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(wú)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(dòng)器，還是當(dāng)前及未來(lái)市場(chǎng)推廣的盤(pán)式制動(dòng)器、塊式制動(dòng)器，制動(dòng)器生產(chǎn)商都從設(shè)計(jì)上預(yù)留必要的剩余行程，以便在摩擦片磨損后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)退距。如圖6所示，鼓式制動(dòng)器的剩余行程是指制動(dòng)器上閘后(摩擦片緊貼制動(dòng)輪)，動(dòng)鐵芯仍能活動(dòng)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(dòng)器，制動(dòng)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(yàn)、制動(dòng)力測(cè)試等試驗(yàn)及后期使用過(guò)程中，隨著電梯運(yùn)行進(jìn)行了多次制動(dòng)抱閘的，使摩擦片發(fā)生不同程度磨損，增大了制動(dòng)器動(dòng)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(dòng)器摩擦片實(shí)際磨損較為嚴(yán)重。當(dāng)摩擦片磨損量超過(guò)允用剩余行程后，逐漸貼近制動(dòng)輪的過(guò)程中會(huì)發(fā)生頂死現(xiàn)象。雖然制動(dòng)器的電磁力和制動(dòng)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(dòng)器松閘機(jī)構(gòu)上，無(wú)法作用到制動(dòng)輪上，導(dǎo)致制動(dòng)力矩消失。

(2)剩余行程不足的預(yù)防措施。

①鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì)和制造時(shí)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(dòng)臂杠桿系數(shù)(取值為0～1)的存在，摩擦片磨損量對(duì)剩余行程影響量相對(duì)較小，且在剩余行程不足前可作調(diào)整。

②在維保時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)可以直接用塞尺檢測(cè)及判定剩余行程是否滿(mǎn)足要求。鼓式制動(dòng)器斷電上閘后(制動(dòng)襯墊緊貼制動(dòng)輪)，動(dòng)鐵芯向里推至極限，用塞尺檢查制動(dòng)器(動(dòng)鐵芯)與制動(dòng)螺栓間的間隙，即為剩余行程(見(jiàn)圖6)。剩余行程的調(diào)整方法參照各制動(dòng)器廠(chǎng)家的使用說(shuō)明書(shū)。

③相對(duì)于鼓式制動(dòng)器，塊式制動(dòng)器設(shè)計(jì)的剩余行程較小，摩擦片磨損量對(duì)剩余行程變小影響大。當(dāng)剩余行程消失時(shí)，無(wú)法在整機(jī)上進(jìn)行調(diào)整，需要更新制動(dòng)器。

綜上，安全剩余行程是預(yù)防銜鐵頂死引發(fā)的制動(dòng)器抱閘失效的一個(gè)關(guān)鍵因素。在制動(dòng)器設(shè)計(jì)、制造過(guò)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(guò)程中，要檢測(cè)和調(diào)整剩余行程余量，這是保證制動(dòng)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(dòng)器頂桿螺栓裂紋、斷裂的情況時(shí)有發(fā)生，頂桿螺栓斷裂會(huì)導(dǎo)致拖閘造成制動(dòng)襯墊加速磨損。這種風(fēng)險(xiǎn)引起了電梯安全監(jiān)察部門(mén)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(guò)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(guò)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(lái)保證，而氫脆引發(fā)的螺栓斷裂是通過(guò)表面處理工藝來(lái)保證的。

目前市場(chǎng)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(guò)程中，都有還原態(tài)氫原子生成，使晶格變形，帶來(lái)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(duì)高強(qiáng)度鋼和彈性制件的危害特別大，電鍍過(guò)程務(wù)必嚴(yán)格控制工藝要求作業(yè)。對(duì)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(duì)高硬度、高強(qiáng)度件的影響。

2.7.2 鼓式制動(dòng)器頂桿螺栓失效的預(yù)防措施

鼓式制動(dòng)器頂桿螺栓機(jī)械強(qiáng)度要求較高，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)選擇足夠的材料強(qiáng)度、規(guī)格型號(hào)，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(shí)，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(guò)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(mǎn)足TSG T7007-2022的鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì)方案

目前常見(jiàn)的鼓式制動(dòng)器包括的主要零部件如圖8所示。制動(dòng)器通、斷電時(shí)，動(dòng)鐵芯與靜鐵芯之間是存在往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的。

如圖9所示，滿(mǎn)足TSG?T7007-2022的鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)較現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的主要變化點(diǎn)包括：

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(1)兩組結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立空間。用隔板、螺栓連接，將原一體腔體分隔兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的空間，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器兩組結(jié)構(gòu)均有各自獨(dú)立運(yùn)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(dòng)器外部與制動(dòng)臂間，通過(guò)應(yīng)用杠桿原理的外置機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器外部松閘功能；②通過(guò)在電梯控制柜端外接電路實(shí)現(xiàn)外置電動(dòng)松閘功能。

滿(mǎn)足TSG?T7007-2022的鼓式制動(dòng)器不涉及驅(qū)動(dòng)主機(jī)外形和制動(dòng)臂變化。

總之，TSG?T7007-2022的出臺(tái)更好地規(guī)范了制動(dòng)器設(shè)計(jì)、制造及檢測(cè)要求，以解決目前市場(chǎng)上某些廠(chǎng)家的制動(dòng)器的設(shè)計(jì)、制造、維保問(wèn)題。各種制動(dòng)器類(lèi)型有各自的優(yōu)勢(shì)，電梯行業(yè)應(yīng)從提升各廠(chǎng)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(dòng)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(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的鼓式制動(dòng)器仍然是一款好產(chǎn)品。

來(lái)源：《中國(guó)電梯》雜志

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