電梯鼓式制動器的原理及安全隱患分析

江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院鎮江分院 孫 磊

近期全國發生多起電梯制動器的失效事故，造成人員傷亡和財產損失。事故調查發現，事故主要是由兩個原因造成的：①鼓式制動器電磁鐵未定期拆解清洗，內部存在油污或者銹蝕，造成運行卡頓，導致制動器制動失效；②鼓式制動器的松閘頂桿選用了導磁材料，在長期工作中發生磁化，通電后電場會產生磁場，頂桿在磁場作用下會發生抖動，易引起制動器卡阻，導致制動器制動失效。

為減少相應事故發生，保障人民群眾財產安全，國家市場監管總局印發了隱患排查治理的通知（市監特設函〔2021〕564號）。本文重點討論通知中所提及的鼓式制動器，分析隱患，根據自己的工作經驗提出相應工作方法。

■電梯制動器

1.制動器的概念及工作原理

電梯制動器是電梯的主要安全部件，它的穩定可靠是電梯安全運行的保證。它的可靠性在TSG T7007-2016《電梯型式試驗規則》做了以下要求：電梯驅動主機制動器應進行不小于200萬次的動作試驗，且試驗期間不允許出現任何故障[1]，試驗結束后符合相關要求。常見的電梯制動器類型有鼓式和盤式，GB/T 26665-2011《制動器術語》對制動器的定義如下：

制動器（Brake）是具有使運動部件或者運動機械減速、停止或者保持停止狀態等功能的裝置[2]。

鼓式制動器（Drum Brake）如圖1所示。它是用圓柱面作為摩擦副接觸面的制動器[2]，此類制動器特點是被制動部件的制動面（制動摩擦面）是圓柱面。

圖1 鼓式制動器

盤式制動器（Disk Brake）如圖2所示。它是用圓盤的端面作為摩擦副接觸面的制動器[2]，盤式制動器是以被制動部件的端面作為制動面的制動器。

電梯制動器的工作原理如下：電梯制動器采用機電式制動器，制動器通電時打開，斷電時閉合。電梯處于平層或者靜止狀態時，制動器線圈不通電，電磁鐵不動作，制動閘瓦被制動彈簧緊緊壓在制動輪上。當電梯收到動作信號時，制動線圈通電，電磁鐵鐵芯被吸合，帶動制動臂克服制動彈簧的壓力，制動閘瓦和制動輪分開，電動機帶動曳引機運行。電梯到站停靠時，制動器斷電，制動彈簧帶動制動臂將閘瓦壓緊緊壓在制動輪上，電梯保持停止狀態。制動器提供的制動力能使裝有125%額定載荷的轎廂，在額度速度下行運行時有效制停，且其減速度不應大于安全鉗動作，或者是轎廂撞擊緩沖器產生的減速度[3]。

2.制動器失效的主要原因

電梯制動器一旦失效會造成嚴重后果，如電梯沖頂、蹲底，如果電梯在平層人員進入時失效，更會發生層門位置的剪切事故，死亡率極高。此類事故在造成人員傷亡和財產損失的同時，還會引發人們在乘坐電梯時出現恐慌和緊張的情況，負面影響很大。以下總結電梯制動器失效的原因：

（1）環境異物進入致使銜鐵被卡阻。

（2）封閉橡膠老化脫落致使銜鐵被卡阻。

（3）松閘裝置設計不良或者機械加工精度不足致使兩個獨立的銜鐵同時被卡阻。

（4）制動器的設計或制造材料有缺陷如鐵芯、彈簧等重要材料選用不當，造成制動器不能可靠制停轎廂。

（5）制動臂制造缺陷，致使制動臂疲勞斷裂。

（6）對制動器錯誤的調整使制動能力出現下降或者喪失。

（7）激勵或維持電壓過低致使制動器沒有完全打開，引起制動摩擦片的過度磨損，使制動力下降或喪失。

（8）頂桿(拉桿)螺絲致使制動力下降。

圖4 電磁鐵內部結構

（9）制動器閘瓦的脫落或者磨損致使制動能力下降。

（10）制動臂銷軸的銹蝕導致制動能力下降或者喪失。

（11）制動彈簧疲勞失效。

（12）鋼絲繩的油、驅動主機軸承的油、減速箱的油污染了制動盤（鼓），導致制動能力不足。

（13）電機永磁鐵脫落致使電機激烈振動、制動器過度磨損制動力不足。

■隱患排查要求與安全隱患分析

通知中隱患排查有以下工作內容：

（1）拆解保養鼓式制動器電磁鐵。鼓式制動器由于結構原因，在長期工作中會混入灰塵等雜質形成油泥，或者磨損產生鐵屑會造成制動器卡阻問題。應按照TSG T5002-2017《電梯維護保養規則》要求對其進行拆解清洗。

（2）更換鼓式制動器松閘頂桿。部分松閘頂桿使用了導磁材料，在長期工作下發生磁化，通電后電場會產生磁場，松閘頂桿在磁場作用下會發生抖動，制動器有發生卡阻的風險,結構如圖3和圖4所示。電梯制造廠需要提供非導磁材料的松閘頂桿（如銅質材料等）并指導相關單位施工更換。

圖3 鼓式制動器（雙鐵芯）

工作內容的第一點讓筆者想起2017年部分企業對其生產的存在缺陷的制動器進行主動召回，其隱患及原因和本次類似。我們通過上次召回及質檢特函中的結果對鼓式制動器的風險進行分析。質檢特函〔2017〕19號中對其鼓式制動器的故障描述如下：制動器電磁鐵動作50萬次～150萬次期間，存在柱塞被內部油泥阻滯的風險；當制動器電磁鐵動作約200萬次時，其柱塞軸桿會因磨損而出現明顯臺階，使柱塞沖程受限，存在制動器不能正確制動的風險[4]。原電梯制造廠認為使用原來問題型號制動器的電梯，對維護保養有較高的要求，如維護保養單位未能按照技術要求對制動器進行清洗或更換相應配件，這批電梯在使用中存在極大風險，易造成電梯事故。電磁鐵銹蝕如圖5[4]所示，電磁鐵油污如圖6[4]所示。

圖5 電磁鐵銹蝕

圖6 電磁鐵油污

對于問題鼓式制動器同型號產品實驗室內測試結果表明：該型制動器電磁鐵對維護保養有很高的要求。制動器每次制動時，其柱塞會撞擊封閉的電磁鐵殼體內的緩沖墊，而且會帶動釋放桿轉動，因此，在日常保養中需要嚴格按照養護規程進行定期調整保養，密切注意檢查并拆解電磁鐵，更換密封圈和緩沖墊，對柱塞進行清潔、打磨、潤滑，當磨損達到一定程度時需要整體更換制動器電磁鐵。同時制動器減震墊屬于橡膠類產品，受長期撞擊工作，會失效（噪聲變大），減振墊、鐵芯、端蓋表面有污濁，會使其（上電開閘時）局部因空氣被擠出；當失電合閘時局部形成“負壓”，鐵芯因“負壓”導致復位延遲。綜上所述，依據質檢特函〔2017〕19號，企業對所有問題制動器的電磁鐵進行了免費更換消除隱患。

TSG-T5001《電梯使用管理與維護保養規則》對制動器維護保養有以下要求：維保單位應當每年對制動器鐵芯（柱塞）進行清洗、潤滑、檢查，如果磨損量超過制造單位要求應進行更換[5]。由于維保保養不及時，會導致制動器鐵芯（柱塞）銹蝕、卡阻；由于維護保養不當，會導致制動鐵芯（柱塞）安裝不正確，長期運行會造成推桿彎折等，該問題在鼓式制動器尤其突出。

工作內容的第二點要求是更換鼓式制動器松閘頂桿。部分制動器的松閘頂桿使用了導磁材料，在長期工作下發生磁化，通電后電場會產生磁場，松閘頂桿在磁場作用下會發生抖動，制動器有發生卡阻的風險。維保單位可以通過使用磁鐵測試松閘頂桿是否為導磁材料，對使用導磁材料的制動器，電梯制造廠需提供新的松閘頂桿（材料應為非導磁材料，如銅質材料等）并指導相關單位施工更換。施工類別為一般修理，施工前應去屬地的特種設備管理部門辦理開工告知。

■隱患排查工作進度與要求

根據總局文件要求，隱患排查分三個階段。

第一階段為自查準備階段，特種設備的使用單位（此處指電梯使用單位）要落實企業安全的主體責任，積極與維保單位聯系并配合，對使用單位內的電梯進行排查并制定整改計劃。電梯制造廠需對銷售的電梯進行統計梳理，針對通知的要求公開排查整治方案，與相關使用單位或維保單位聯系，為其制動器維護清理提供技術支持（提供維護保養說明或者是提供拆解演示視頻）。

第二階段為集中整改階段,電梯的使用單位應聯系維護保養單位根據電梯制造單位提供的拆解和清洗方法，對在用電梯的制動器電磁鐵進行拆解和清洗，如果松閘頂桿使用鐵質等導磁材料的，應對松閘頂桿進行更換（更換的頂桿由廠家提供，并由廠家指導更換）。對于廠家明確免拆解的，廠家需進行一次免費的現場檢查。使用單位應注意保存見證資料，資料可以是視頻或者照片（不限于這兩類）。

第三階段為現場查驗階段，檢驗檢測單位應發揮其技術把關和支撐作用，根據安全技術規范要求對拆解清洗過的制動器進行查驗（包括更換松閘頂桿的制動器），驗證其安全性能是否符合要求，并將查驗結果按季度向屬地分管特種設備的管理部門匯總報送。對于已經進行電梯檢驗檢測試點的地區，由相應的檢驗或檢測單位按要求執行上述工作。

需要補充的是，對于在2021年7月～2022年9月期間未進行定期檢驗或者是檢測的電梯(在排查治理范圍表內)，應由當地的監察機構組織技術機構進行查驗。

■鼓式制動器的拆解清洗

本次專項排查治理的結果好壞取決于相關鼓式制動器的拆解和清洗的質量，針對制動器的清洗，筆者提供一個大致的流程供參考，實際操作以電梯制造單位（改造單位）、驅動主機制造單位或拆解清潔的修理單位的作業指導書為準。

鼓式制動器拆解清洗流程：

（1）通知使用單位，停用即將清洗的電梯，做好安全防護（如在基站和工作層放置護欄等），將電梯運行到頂層，檢修運行電梯轎廂，使電梯在受控情況下溜車至對重完全壓在緩沖器上，切斷電源。

（2）測量壓縮彈簧并記錄，在制動臂上卸下開關連接板，拆前做相應標記以便組裝時按原有標記調整。完全松脫制動彈簧調節螺栓，操作前測量彈簧長度并進行相應標記，以便安裝時按原位置調整。拆卸關聯件，讓制動臂松開。進行機械部件的檢查、潤滑、閘瓦的檢查。

（3）拆解、清理電磁線圈的銅套、鐵芯，必要時更換松閘頂桿。

（4）按照與拆解相反的順序組裝電磁鐵，組裝時需要確認制動器柱塞與松閘桿的靈活性，檢查電磁線圈、動作檢測裝置和機械部分位置正常。

（5）上電，試驗電磁線圈的動作情況，慢車情況下檢查電磁線圈和機械部位的動作情況，并確認制動器的制動能力是否正常。

（6）確認電梯完全恢復正常，完成現場拆解清洗過程的記錄，移除作業護欄等，將電梯交付使用單位。

（7）拆解和清洗更換的過程，維保單位需嚴格記錄過程信息，留有見證文件（照片或視頻等）以便追溯。

■結束語

本文介紹了制動器的原理，總結了其失效原因，對鼓式制動器安全隱患排查中的隱患風險做了分析，并提出筆者的見解和解決方法，最后梳理隱患排查三個階段的主要工作，并介紹鼓式制動器的拆解流程。