電梯曳引機(jī)電磁制動系統(tǒng)故障檢測及系統(tǒng)測試

樊朝鍾

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院惠州檢測院，廣東 惠州 516000）

高層建筑的建設(shè)日益增加，電梯作為高層建筑的一個重要運(yùn)輸工具，其應(yīng)用越來越廣泛，與此同時，電梯的安全問題也越來越受重視。而曳引機(jī)電磁制動系統(tǒng)的能夠穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電梯運(yùn)行的安全，對其故障檢測展開探討具有十分重要的意義。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.1 方案

在電梯實(shí)驗(yàn)的過程中，我們能夠發(fā)現(xiàn)電梯運(yùn)行過程中主要應(yīng)用的是加載電機(jī)，通過加載電機(jī)發(fā)電的方式帶動電梯的正常運(yùn)行，在電梯的運(yùn)行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)負(fù)載慣量，這時，我們可以通過慣性飛輪對其進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)具有一定的自動性，實(shí)驗(yàn)過程中，我們確保試驗(yàn)臺能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在這樣的情況下，制動器能夠自動進(jìn)行操作，我們也就能夠?qū)?shí)驗(yàn)中需要的參數(shù)進(jìn)行檢測與研究，并且按照儀器所顯示的進(jìn)行記錄。包括動態(tài)制動力矩、轉(zhuǎn)速隨著時間產(chǎn)生的變化、制動器電磁線圈電流等。這個過程是實(shí)驗(yàn)臺自動完成的，不需要人工進(jìn)行干預(yù)和調(diào)整，被檢測曳引機(jī)會自動送達(dá)檢測臺，并且可以精準(zhǔn)的定位到檢測的位置。

1.2 設(shè)計試驗(yàn)臺方案結(jié)構(gòu)

從圖1中能夠看出，機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成分別為慣性飛輪、扭矩傳感器、壓緊工位、上料工位、加載電機(jī)。

慣性飛輪主要用于貯藏能量，角速度上升和下降時會對能力進(jìn)行吸收和釋放，這是在對制動器的負(fù)載進(jìn)行模擬。

扭矩傳感器用來檢測轉(zhuǎn)速隨著時間變化而產(chǎn)生的變化和制動器制動時產(chǎn)生的制動力矩。

圖1

壓緊工位用于在制動器制動時將壓緊曳引機(jī)進(jìn)行固定。

上料工位能夠?qū)⑤斔鸵匪椭翙z測的地方，實(shí)現(xiàn)上料的自動化。

加載電機(jī)為整個系統(tǒng)的運(yùn)行提供動力。

如圖1所示，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和外觀比較清晰，曳引機(jī)在上料工位的作用下輸送至壓緊工位，通過壓緊氣缸的作用，然后加載電機(jī)處于與之匹配和對應(yīng)的轉(zhuǎn)速以后，電磁制動器這時會主動的進(jìn)行斷電。將制動盤在彈簧發(fā)力的情況下進(jìn)行壓緊工作，傳感器感受到力的變化時，就會進(jìn)行自動操作。

2 系統(tǒng)故障研究

2.1 電磁制動器分析

圖2 曳引機(jī)電磁制動器

電磁鐵產(chǎn)生的磁力和彈簧產(chǎn)生的彈力是其最為核心的結(jié)構(gòu)，兩種力相互產(chǎn)生作用來實(shí)現(xiàn)制動器開啟和關(guān)閉。在進(jìn)行制動時，線圈當(dāng)中通過的電流，電磁鐵會重組產(chǎn)生電磁力，電磁力和摩擦盤之間的摩擦?xí)蛇\(yùn)動從而達(dá)到目標(biāo)想要的制動效果。設(shè)備進(jìn)行工作的過程中，制動器要處于松閘的狀態(tài)，電流此時通過制動器的電感線圈繞組會讓電磁鐵產(chǎn)生磁化吸合，電磁鐵和磁軛之間會有吸力，在吸力的作用下會松開制動盤。根據(jù)相關(guān)的物理學(xué)知識，我們不難發(fā)現(xiàn)，繞組中存在一定的電流，即使我們實(shí)驗(yàn)所用的機(jī)械設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，線圈與所纏繞的制動器之間仍然存在電流，電流的產(chǎn)生對磁力會產(chǎn)生直接的影響，磁力消失后，也就會產(chǎn)生動能，實(shí)現(xiàn)制動器的工作原理，該儀器如圖2所示。

2.2 制動性能研究

彈簧為制動力矩提供動力，制動產(chǎn)生時，電磁線圈會將電流中斷，這種情況下電磁力會消失，制動盤和摩擦盤之間由于彈簧產(chǎn)生的作用力保持壓緊，因此，制動器的功能性能與彈簧的彈力大小有直接性的聯(lián)系。電磁制動器當(dāng)中，制動盤和摩擦盤之間的間隙是判斷其性能的重要指標(biāo)。從接觸到完全開始壓緊整個過程所需要的時間主要取決于彈簧的彈性系數(shù)。從中能夠看出，彈簧的彈性系數(shù)、制動器間隙、制動盤間隙是否能夠均勻都會對電磁制動性能的指標(biāo)造成較大的影響。具體分述如下。

2.2.1 彈簧的彈性系數(shù)

制動器運(yùn)行以后，電磁線圈由于未通過電流，當(dāng)K系數(shù)越小，彈簧恢復(fù)形變的時間就會越長。從中能夠看出，制動器的響應(yīng)性能與彈簧的彈性系數(shù)具有直接影響。

2.2.2 制動器間隙

造成彈簧壓緊力的主要因素為制動器的間隙，其也能夠決定制動器完全壓緊時制動力矩的最大值。從力學(xué)的相關(guān)知識能夠知道，當(dāng)彈簧處于伸拉或者壓縮的狀態(tài)時，彈簧產(chǎn)生的壓力F與彈簧伸縮量X以及彈性系數(shù)K之間存在關(guān)系，表達(dá)式為：Fs=Ks·X。

X的大小取決于制動器間隙，從公式能夠得知，假設(shè)彈性系數(shù)是固定的，制動器之間的間歇變大，彈簧壓緊時產(chǎn)生的壓縮量會逐漸減小。

2.2.3 制動盤間隙研究

間隙摩擦不均勻，會使制動盤和摩擦盤之間接觸的面積發(fā)生改變，進(jìn)而對摩擦副的摩擦因數(shù)μ產(chǎn)生影響，摩擦力也不會處于一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)，從而使得制動器的制動力矩產(chǎn)生波動。

2.3 性能檢測的方法

制動器在運(yùn)行的過程中，需要摩擦盤進(jìn)行摩擦，才能夠開始制動工作，為了了解其性能，我們對這兩者之間產(chǎn)生摩擦力時的摩擦系數(shù)進(jìn)行檢測與分析，只有將彈力系數(shù)做好相關(guān)的記錄，我們就能夠?qū)χ苿悠餍阅苡枰钥陀^反映。接下來這對上述的性能指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)分析，選取其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，研究能夠通過何種方式得出具體的性能相關(guān)指標(biāo)，并分析通過怎樣的處理能夠檢測出客觀真實(shí)的制動器性能。

2.3.1 彈性系數(shù)的特征量

如上所述，決定制動器響應(yīng)性能的主要因素在于彈簧的彈性水平。具體來說，彈簧力的加載時間會受到彈性系數(shù)的影響，從而使制動盤和摩擦盤之間的接觸到完全壓實(shí)的時間，這樣就會影響到制動力矩的具體時間。因此對于彈簧彈性系數(shù)的反映，可以主要通過制動力矩曲線的上升斜率實(shí)現(xiàn)，通過線性回歸的方式，將相關(guān)計算公式列舉出來，并將關(guān)鍵數(shù)據(jù)代入后，就能對上升斜率進(jìn)行計算。

至于斜率同彈性系數(shù)之間所存在的具體關(guān)系，其數(shù)據(jù)能夠?qū)椥韵禂?shù)予以準(zhǔn)確反映。如果斜率較小，則可能導(dǎo)致響應(yīng)時間過長，從而使制動時間大幅度延長。

2.3.2 間隙研究

之前已經(jīng)明確，造成彈簧伸縮量改變的具體原因是間隙的大小決定，而間隙的大小會對彈簧力產(chǎn)生影響，最終的結(jié)果會在制動力矩中反映出來，因此間隙的大小可以根據(jù)制動力矩來進(jìn)行判斷。

制動力矩的公式如下：

M=μdFs

式中：μ為摩擦因數(shù)，d為制動盤的直徑。

制動器具之間存在間隙，彈簧的壓緊力存在不足，降低制動器動力矩，使得制動器沒有在規(guī)定時間內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)有的制動效果。

2.3.3 間隙是否均勻的特征量

由于間隙并不均勻，制動過程中會使接觸的面積發(fā)生改變，從而也改變摩擦因數(shù)。

先假定彈簧的壓力值處于固定的狀態(tài)，制動力矩在運(yùn)動時存在一定的規(guī)律，規(guī)律會使其運(yùn)動軌跡在規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)動，這樣有規(guī)律的運(yùn)動比較容易分析其原理，因此我們通過其運(yùn)動數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)出的圖像，就能夠?qū)ζ溟g隙的均勻程度進(jìn)行觀察與判斷。

為確保選取的彈簧力為固定值，保證制動器處于完全壓實(shí)的狀態(tài)，應(yīng)選取轉(zhuǎn)速600r/min降低至100r/min的區(qū)間，這個過程中彈簧是完全伸拉的狀態(tài)，并且彈簧力在這時是不變的。在這期間，制動力矩所具有的最大差值和方差就屬于判斷制動器間隙是否保持均勻的表征。如果上述過程中波動幅度過大，則證明接觸不均勻，從而需要對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。

表1 計算數(shù)據(jù)表

3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試

3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）在升起頂升機(jī)構(gòu)時，頂升機(jī)構(gòu)中會被縱向的進(jìn)行傳輸。當(dāng)落下頂升機(jī)構(gòu)以后，壓緊的工作位當(dāng)中會被橫向的輸送。

（2）曳引機(jī)，通過壓緊氣缸的拉伸對曳引機(jī)進(jìn)行測評。

（3）在整個實(shí)驗(yàn)中，我們開始通電后，電閘會出現(xiàn)斷開的狀態(tài)，這樣轉(zhuǎn)輪還存在一定的慣性，加載電機(jī)在此作用下能夠繼續(xù)轉(zhuǎn)，并且達(dá)到我們預(yù)設(shè)的水平。

（4）將電磁制動器的線圈斷掉，摩擦盤的壓緊會受到彈簧的壓力，這樣制動盤的制動效果就會顯現(xiàn)出來。

（5）制動力矩和轉(zhuǎn)速的測量都會受到扭矩傳感器的影響而產(chǎn)生變化。

（6）研究與分析我們通過測量得到的數(shù)據(jù)值，最后分析其之間的關(guān)系與變化。

3.2 結(jié)果

在研究的曳引機(jī)實(shí)驗(yàn)中，最后階段我們對整個實(shí)驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等進(jìn)行總結(jié)、歸納以及分析，經(jīng)過研究后，我們將得到的數(shù)據(jù)制作成曲線圖，這樣看起來會更加直觀，如圖3所示。

圖3 制動力矩圖

3.2.1 計算方法

3.2.1.1 斜率

當(dāng)我們研究的力矩處于800N·m以下時，可以通過線性回歸方程進(jìn)行計算，結(jié)果是呈線性回歸分布的，因此可以從該曲線中選擇任意分散的點(diǎn)進(jìn)行研究。

這樣，a，b的估計值可寫成：

3.2.1.2 計算公式

從100～600r/min這個時間段來選擇，在選擇時，我們需要排除其他干擾因素，因此先假設(shè)其縫隙均勻，平均力矩公式如下：

最大力矩差值的計算公式如下：

3.2.2 具體數(shù)據(jù)分析

根據(jù)計算公式，我們的計算結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1中計算得出的數(shù)據(jù)值分析如下。

首先，第3組數(shù)據(jù)所描繪出的曲線，上升的趨勢與幅度比較低，由此可以判斷其斜率比較小，根據(jù)彈力系數(shù)的原理可知，這種情況數(shù)據(jù)3所展現(xiàn)出的彈力系數(shù)比較小。

其次，我們通過第4組數(shù)據(jù)能夠看出，與數(shù)據(jù)三所顯示出的相反，由此可見電梯制動器之間存在間隙接觸的問題。

4 結(jié)語

綜上，電梯能否安全運(yùn)行對于人們的生命和財產(chǎn)安全至關(guān)重要。電梯設(shè)備中最重要的部分為曳引機(jī)，因此保持對電梯曳引機(jī)電磁制動系統(tǒng)的故障檢測頻率能夠有效確保電梯的安全運(yùn)行。本文介紹了一種電梯曳引機(jī)電磁制動系統(tǒng)故障檢測的方法，該方法準(zhǔn)確、可行，具有一定的推廣應(yīng)用價值。