何然 王保卫
深圳市特种设备安全检验研究院 广东深圳 518000
摘要：随着社会的发展电梯已经成为我们日常生活中不可或缺的重要工具。为我们的生活与工作带来便利与效率。因此，电梯的使用安全备受关注，而其中最为重要的就是制动器的安全性。本文通过对电梯制动器失效形式的分析与实例相结合，从提升电梯制动器安全性的角度给出几点建议。
关键词：电梯制动器；制动器失效形式；安全性
电梯在我们现代生活中扮演着越来越重要的角色，它在为我们的生活带来便利的同时，它的安全性也越来越受到社会的关注。电梯是一个复杂的机电系统，制动器是电梯最为重要的安全部件之一，它的可靠与否直接影响电梯的安全性，若电梯制动器故障可能导致电梯溜车、冲顶或蹲底等严重后果，从而导致人身伤害事故的发生。近年来，虽然通过相关标准的改进对电梯制动器增加了电气保护与监测装置，但由于制动器失效而引起的事故还是时有发生。如何才能彻底避免因制动器故障带来电梯在使用中的不安全，提升电梯制动系统自身的安全性是关键。本文从提升电梯制动系统自身安全性的角度结合具体案例进行以下探讨。
1.制动器失效的主要形式及主要原因
（1）打不开或合不上：当制动器在停止通电之后，没有办法合闸以及不能及时合闸，或通电时制动器打开受阻；主要由制动器机械卡阻造成。
（2）没完全打开或合上的力不足：在长期使用过程中，制动器零部件受损、磨损严重，进而影响制动效果；主要由制动器机械卡阻与制动器零部件受损老化造成。
（3）改变摩擦系数（拖闸运行）：制动轮或制动盘上沾上润滑剂、油污或温度升高（没完全打开部分拖闸运行），影响到制动面之间的摩擦系数，进而影响到制动器的制动效果；主要由电气保护装置失效与制动轮（或制动盘）表面受污染造成。
由以上可以看出，制动器零部件受损老化与制动轮（或制动盘）表面受污染可通过表面观察发现，日常维护保养到位则可以避免。而制动器机械卡阻与电气保护装置失效存在偶然突发性是不可预知的，在日常维护中不易被发现，是提升制动系统自身安全性的重点。
2.由电气保护装置失效引起制动器失效的分析
2.1事件介绍
2020年3月，某市某住宅楼，一台曳引驱动乘客电梯, 额定载重量1000 kg、额定速度2.00 m/s，运行至4层到站，层轿门完全打开后，轿厢未能可靠停止并开着门向上移动。此时，一名乘客走向轿厢，未注意到电梯轿厢正在向上移动，左腿绊在轿厢地坎上，上半身前倾进入轿厢，随后用双手撑住轿门，爬入轿厢，快速缩回左腿坐在轿厢内。由于此间电梯一直向上移动，乘客的左腿受到轿厢地坎和井道壁挤压骨折，轿厢继续向上移动直至冲顶。
2.2技术鉴定
制动器抱闸线圈供电回路整流桥内二极管被击穿短路、CP4空气开关断开，制动器抱闸线圈供电回路失电，电梯抱闸不能打开；制动器抱闸监测开关监测功能参数被人为设置为未启用，电梯正常运行时，电梯控制系统没有监测到电梯抱闸没有打开；上述两个异常情况同时发生，使涉事电梯能拖闸持续运行。拖闸持续运行后制动器制动力不足，轿厢轻载向上意外移动，致乘客受伤。
事件的主要原因：（1）整流桥短路、CP4空气开关断开；（2）制动器抱闸监测开关监测功能参数人为设置为未启用。
2.3该事件所反映出的问题
该事件的典型的由于电气保护装置出现故障导致制动器拖闸持续运行后造成制动器失效。主要有两个原因：
（1）电气设备故障。一个是人的不安全行为，而且电气设备故障用存在人的不安全行为的监测开关来监测。电气设备故障无法排除，设计时必须考虑，即电气设备故障有发生的概率而且无法避免。人的不安全行为也是一个无法避免的行为，只要存在，一定会有发生的概率。电气设备故障的监测功能却用一个存在人的不安全行为的监测开关来实现。这不符合GB15706-2012中对本质安全设计措施的定义。为了避免类似事件的再次发生，建议设计时考虑当人的不安全行为发生时，电梯就无法正常运行并同时发出声光报警信号，即制动器抱闸监测开关监测功能参数被人为设置为未启用时，电梯只能检修运行并同时发出声光报警信号。
（2）曳引机拖闸运行
1）主开关电流测量
电梯轿厢内从空载逐步加载至110%额定载荷，上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录主开关电流测量值，如表1：
表1 电梯轿厢上、下运行电流测量值
电梯拖闸运行，主开关电流测量∶空载上行（31层至33层）电流13.3A，空载下行（33层至30层）电流72.3A。
图1：电梯主开关 图2：电梯电动机铭牌 图3：已碳化的制动闸瓦
电梯主开关为FUJI富士塑壳断路器EA103C，脱扣电流75A，见图1。通过上述的主开关电流测量试验可知，电梯各类工况的正常上下行运行，甚至空载拖闸运行，主开关电流都没有达到脱扣电流75A，不足以让主开关跳闸。
2）曳引电动机的容量核算
曳引电动机的容量核算，用如下的经验公式按静功率计算，即
;
式中：
—电动机功率（KW）；
—电梯平衡系数；
—额定载重量（kg）；
—额定速度（m/s）;
—机械传动总效率：
—钢丝绳绕绳倍率。
曳引电动机的容量核算时，（取允许的最不利值）
（取涡轮蜗杆传动效率的最低值）
。计算（KW）
（见图2电动机铭牌）。
由上述计算可知，电动机的实际输出功率远远小于电动机的额定功率，以至于把制动器抱闸产生的制动力矩作为负载施加到电动机的输出轴上，迫使电动机输出足以对抗制动力矩的输出转矩，使电动机持续正常运行，而电梯的过载保护没有起到保护作用。
通过以上两点可以看出，由于驱动主机的选型较大，使得在电气保护装置失效后电梯拖闸运行，而电梯的过流保护与过载保护均未起到保护作用，电梯持续拖闸运行。高速运转的制动轮与闸瓦衬垫剧烈摩擦产生高温，闸瓦衬垫磨损、碳化（见图3），制动力矩减小最终制动失效，导致无法制停空载轿厢向上意外移动直至冲顶。因此，电机选型过大“大马拉小车”的选型模式是存在一定安全隐患的。
3.由制动器机械卡阻引起制动器失效的分析
目前，电梯制动器种类各式各样，但其工作原理没有改变，都是运用电磁推力，当电动机停止时，制动器电磁铁线圈失电，电磁铁芯无电磁推力，制动闸瓦在压缩弹簧推力作用下抱紧制动轮使电梯停止。当电动机通电启动时，电磁铁线圈得电，电磁铁芯产生电磁推力克服压缩弹簧推力，使制动闸瓦打开电梯运行。制动闸瓦的开闭动作是制动器机械导向装置传导电磁推力与压缩弹簧推力实现的。机械导向装置在制动器设计上不可或缺，但机械导向结构在使用频繁度、使用年限的增加、使用环境等因素下，一定存在机械卡阻的可能。
因此建议借鉴起重机安全制动器的设计理念，对电梯加装安全制动器。
根据制动器的工作方式可以将制动器分为：工作制动器和安全制动器。工作制动器又称为支持制动器，安全制动器又称紧急制动器。工作制动器与安全制动器的区别如下：
（1）工作制动器一般装在减速机的高速轴上（制动轮、盘），而安全制动器装曳引轮上（低速端）；
（2）工作制动器的制动力矩应大于或等于制动轴上所需的计算制动力矩，安全制动器的制动力矩应大于或等于曳引轮上所需的计算的制动力矩；
（3）正常起动时，安全制动器先打开，工作制动器后打开；正常制动时，工作制动器先制动，安全制动器应延迟至工作制动器制动动作完成后再动作。
在设置安全制动器时，必须设置一套与之相适应的检测系统，该监测系统必须考虑在各种失效（故障）状态下，能将其信号按照程序设定的时间、顺序及时反馈到工作制动器和安全制动器，并确保在非失效（故障）状态下安全制动器无误动作，在失效（故障）状态下能够确保安全制动器工作，保证其上升或下降时的安全，并对传动机构不会造成损伤。
4.结束语
通过以上分析，从设计上完善电气保护装置的合理性、避免“大马拉小车”的选型理念
与加装电梯安全制动器均是可以实现的也是合理的，并且完全符合 GB7588中对制动器的要求，提升电梯制动系统自身安全性，对避免由于制动器故障发生安全事故有很大好处，进一步确保电梯的安全性。
参考文献
[1]GB／T15706.《机械安全设计通则风险评估与风险减小》,2012.
[2]GB7588.《电梯制造与安装安全规范》,2003.
[3]李灏,孙战强,常国强.曳引式电梯增加安全制动器的必要性[J].特种设备安全技术,2019(05).