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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、輪轂剎車圈專業生產廠家無錫九環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，電梯事故起數也在增加，電梯的安全性和可靠性逐漸成為人們關注的焦點問題。而作為應用最早、保有量最多的一類電梯制動器——鼓式制動器的質量問題引起社會關注。此前國家市場監督管理總局發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，筆者結合TSG?T7007-2022《電梯型式試驗規則》的內容，對鼓式制動器優缺點、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 鼓式制動器的優缺點以及塊式制動器、盤式制動器的優缺點

1.1 鼓式制動器的優缺點

鼓式制動器的優點有以下幾點。

(1)制動力矩可調整，在設計選型范圍內可調節范圍大，更易于匹配現場使用。

(2)工作行程大，對行程微動開關敏感度要求相對低，不易造成檢測信號誤報。

(3)設計的剩余行程較大，加上制動臂杠桿系數，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上可調整，且調整方法簡便。例如在現場可以直接用塞尺等檢測，成本較低。

(4)安裝、調整、檢測、維修僅對現場維保人員有基礎技能要求，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)制動器輸入電壓穩定性要求相對較低，電壓使用范圍大，電壓不穩對功能影響相對較小。

(6)制動器動、靜銜鐵在密封殼體內相互運動，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)結構不緊湊，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、盤式制動器的優缺點

相比鼓式制動器，塊式制動器、盤式制動器的優點：結構緊湊、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)制動力矩不可調整。設計選型后制動力矩已是定值，出廠后不可再次調整，現場使用匹配性差。

(2)工作行程小，對行程微動開關敏感度要求高，易造成檢測信號誤報。

(3)設計的剩余行程較小。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整，基本上是采用一次性設計，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成本是高的。

(4)現場安裝、調整、檢測、維修困難，間隙一致性相對差，一般維修人員難以掌握，需要經過專業培訓人員操作。

(5)輸入電壓穩定性要求高。電壓不穩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鋁合金非導磁材料，通過內齒與碳鋼材質的滑鍵軸聯接，摩擦盤內齒極易磨損失效。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，需要從設計、制造、維保等方面共同努力解決制動器的本質安全問題。

2 鼓式制動器的典型故障及其預防措施

鼓式制動器在國內外電梯、自動扶梯領域已應用多年，其存在的制造及工藝缺點已經充分暴露。筆者結合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安全性。

2.1 松閘手柄卡阻導致制動失效的預防措施

(1)內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內置松閘手柄采用自鎖角設計，避免達到卡阻位置；②內置松閘手柄采用接觸面圓弧設計，避免多次松閘后尖角碰撞導致卡阻；③采用內置松閘后自復位設計(如采用扭簧、設計凸臺等，如圖1所示)，避免人為遺忘松閘后復位操作導致卡阻；④內置松閘手柄軸復位后的限位設計，避免復位后轉動而卡阻。

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(2)內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節第(1)款內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”設計，則必須選擇非導磁材料作為松閘手柄軸。

(3)取消內置松閘手柄，使用外部松閘機構，如圖2所示。

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2.2 減振墊老化分解的預防措施

減振墊采用外置結構，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，延緩了老化；同時不存在減振墊磨損、老化后產生的異物進入殼體內部的風險。外置減振技術的應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狀，可將噪聲有效控制在45dB(A)以內。

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2.3 因產生剩磁導致溜車的預防措施

動鐵芯、靜鐵芯采用工業純鐵材質如圖4所示，不易產生剩磁，可解決長時工作力值衰減問題。(工業純鐵材質的特點是：(1)力學性能不受熱處理的影響；(2)磁性好且穩定，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，機械設計壽命能夠達1000萬次以上；陶瓷工藝的應用可有效預防常見的卡滯現象，將目前常規的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、不結焦，并有以下特色：(1)具有優異的抗磨損性能，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定性；(3)優良的抗燃、抗氧化穩定性，極低的揮發損失；(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，制動器生產商都從設計上預留必要的剩余行程，以便在摩擦片磨損后實現自動退距。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，使摩擦片發生不同程度磨損，增大了制動器動鐵芯的工作行程。經調研，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生頂死現象。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，但彈簧力完全作用到制動器松閘機構上，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。

①鼓式制動器設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(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整。

②在維保時，現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的制動器抱閘失效的一個關鍵因素。在制動器設計、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。拉伸應力、剪切應力或彎曲應力超出允許值。(2)疲勞。周期性的、循環往復的外應力超出使用極限。(3)腐蝕。酸性雨水等化學腐蝕，高抗拉強度下的應力腐蝕。(4)氫脆。酸洗、電鍍或暴露于富氫環境下都可能發生。

前3種螺栓斷裂失效模式主要通過材料選擇、規格選型、安全余量及安裝防護技術要求來保證，而氫脆引發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，鋼鐵件在傳統電鍍工藝的酸洗、陰極除油、電鍍等過程中，都有還原態氫原子生成，使晶格變形，帶來內應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，電鍍過程務必嚴格控制工藝要求作業。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，在設計階段應選擇足夠的材料強度、規格型號，足夠的安全系數，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的鼓式制動器的結構較現有結構的主要變化點包括：

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

(2)取消內置松閘手柄。

(3)增加外置松閘功能，可選：①在制動器外部與制動臂間，通過應用杠桿原理的外置機械機構實現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外置電動松閘功能。

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

總之，TSG?T7007-2022的出臺更好地規范了制動器設計、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計、制造、維保問題。各種制動器類型有各自的優勢，電梯行業應從提升各廠家產品質量出發，不斷改進優化，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，經過優化設計的鼓式制動器仍然是一款好產品。

來源：《中國電梯》雜志

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