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電梯用鼓式制動器的性能特點、典型故障及其預防措施
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、典型故障及預防措施進行探討,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??;在剩余行程消失前整機上可調(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,外界異物不易進入動、靜銜鐵之間,潛在卡阻風險極小。
(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全壽命周期,因此在曳引機全生命周期內(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)培訓人員操作。
(5)輸入電壓穩(wěn)定性要求高。電壓不穩(wěn)會導致銜鐵抬起異常(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險。
(6)動、靜銜鐵間隙大,各類異物易進入動、靜銜鐵之間,潛在卡阻風險大。
(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 松閘手柄卡阻導致制動失效的預防措施
(1)內(nèi)置松閘手柄采用導磁材料的預防措施(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致卡阻;③采用內(nèi)置松閘后自復位設(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位操作導致卡阻;④內(nèi)置松閘手柄軸復位后的限位設(shè)計,避免復位后轉(zhuǎn)動而卡阻。

鼓式制動器,摩托車剎車圈,輪轂剎車圈,Drum brake,摩托車制動鐵套

(2)內(nèi)置松閘手柄采用非導磁材料的預防措施(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)置松閘手柄采用導磁材料的預防措施”中的①、②;②若無“復位”“限位”設(shè)計,則必須選擇非導磁材料作為松閘手柄軸。
(3)取消內(nèi)置松閘手柄,使用外部松閘機構(gòu),如圖2所示。

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2.2 減振墊老化分解的預防措施
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)生的異物進入殼體內(nèi)部的風險。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)生剩磁導致溜車的預防措施
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,機械設(shè)計壽命能夠達1000萬次以上;陶瓷工藝的應(yīng)用可有效預防常見的卡滯現(xiàn)象,將目前常規(guī)的200萬次機械壽命提升至1000萬次以上,使制動器的機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)或硬化導致卡阻的預防措施
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,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,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重。當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構(gòu)上,無法作用到制動輪上,導致制動力矩消失。
(2)剩余行程不足的預防措施。
鼓式制動器設(shè)計和制造時預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。當剩余行程消失時,無法在整機上進行調(diào)整,需要更新制動器。
綜上,安全剩余行程是預防銜鐵頂死引發(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,頂桿螺栓斷裂會導致拖閘造成制動襯墊加速磨損。這種風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)往復的外應(yīng)力超出使用極限。(3)腐蝕。酸性雨水等化學腐蝕,高抗拉強度下的應(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。氫脆對高強度鋼和彈性制件的危害特別大,電鍍過程務(wù)必嚴格控制工藝要求作業(yè)。對于機械強度要求較高的鋼鐵緊固件,0.5mm以下的薄壁件及彈性材料,電鍍后必須進行去氫處理(如恒溫200℃、4h或真空除氫等),以預防電鍍氫脆對高硬度、高強度件的影響。
2.7.2 鼓式制動器頂桿螺栓失效的預防措施
鼓式制動器頂桿螺栓機械強度要求較高,在設(shè)計階段應(yīng)選擇足夠的材料強度、規(guī)格型號,足夠的安全系數(shù),要進行防腐蝕表面處理;采用電鍍工藝時,須在電鍍后進行去氫處理;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械機構(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),不斷改進優(yōu)化,積極采取上述鼓式制動器預防措施,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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