电梯曳引机电磁制动系统故障检测及系统测试

樊朝锺

（广东省特种设备检测研究院惠州检测院，广东 惠州 516000）

高层建筑的建设日益增加，电梯作为高层建筑的一个重要运输工具，其应用越来越广泛，与此同时，电梯的安全问题也越来越受重视。而曳引机电磁制动系统的能够稳定运行直接关系到电梯运行的安全，对其故障检测展开探讨具有十分重要的意义。

1 系统结构参数

1.1 方案

在电梯实验的过程中，我们能够发现电梯运行过程中主要应用的是加载电机，通过加载电机发电的方式带动电梯的正常运行，在电梯的运行过程中经常会出现负载惯量，这时，我们可以通过惯性飞轮对其进行模拟实验。该实验具有一定的自动性，实验过程中，我们确保试验台能够正常运转，在这样的情况下，制动器能够自动进行操作，我们也就能够对实验中需要的参数进行检测与研究，并且按照仪器所显示的进行记录。包括动态制动力矩、转速随着时间产生的变化、制动器电磁线圈电流等。这个过程是实验台自动完成的，不需要人工进行干预和调整，被检测曳引机会自动送达检测台，并且可以精准的定位到检测的位置。

1.2 设计试验台方案结构

从图1中能够看出，机械结构的组成分别为惯性飞轮、扭矩传感器、压紧工位、上料工位、加载电机。

惯性飞轮主要用于贮藏能量，角速度上升和下降时会对能力进行吸收和释放，这是在对制动器的负载进行模拟。

扭矩传感器用来检测转速随着时间变化而产生的变化和制动器制动时产生的制动力矩。

图1

压紧工位用于在制动器制动时将压紧曳引机进行固定。

上料工位能够将输送曳送至检测的地方，实现上料的自动化。

加载电机为整个系统的运行提供动力。

如图1所示，系统的结构和外观比较清晰，曳引机在上料工位的作用下输送至压紧工位，通过压紧气缸的作用，然后加载电机处于与之匹配和对应的转速以后，电磁制动器这时会主动的进行断电。将制动盘在弹簧发力的情况下进行压紧工作，传感器感受到力的变化时，就会进行自动操作。

2 系统故障研究

2.1 电磁制动器分析

图2 曳引机电磁制动器

电磁铁产生的磁力和弹簧产生的弹力是其最为核心的结构，两种力相互产生作用来实现制动器开启和关闭。在进行制动时，线圈当中通过的电流，电磁铁会重组产生电磁力，电磁力和摩擦盘之间的摩擦会生成运动从而达到目标想要的制动效果。设备进行工作的过程中，制动器要处于松闸的状态，电流此时通过制动器的电感线圈绕组会让电磁铁产生磁化吸合，电磁铁和磁轭之间会有吸力，在吸力的作用下会松开制动盘。根据相关的物理学知识，我们不难发现，绕组中存在一定的电流，即使我们实验所用的机械设备停止运转，线圈与所缠绕的制动器之间仍然存在电流，电流的产生对磁力会产生直接的影响，磁力消失后，也就会产生动能，实现制动器的工作原理，该仪器如图2所示。

2.2 制动性能研究

弹簧为制动力矩提供动力，制动产生时，电磁线圈会将电流中断，这种情况下电磁力会消失，制动盘和摩擦盘之间由于弹簧产生的作用力保持压紧，因此，制动器的功能性能与弹簧的弹力大小有直接性的联系。电磁制动器当中，制动盘和摩擦盘之间的间隙是判断其性能的重要指标。从接触到完全开始压紧整个过程所需要的时间主要取决于弹簧的弹性系数。从中能够看出，弹簧的弹性系数、制动器间隙、制动盘间隙是否能够均匀都会对电磁制动性能的指标造成较大的影响。具体分述如下。

2.2.1 弹簧的弹性系数

制动器运行以后，电磁线圈由于未通过电流，当K系数越小，弹簧恢复形变的时间就会越长。从中能够看出，制动器的响应性能与弹簧的弹性系数具有直接影响。

2.2.2 制动器间隙

造成弹簧压紧力的主要因素为制动器的间隙，其也能够决定制动器完全压紧时制动力矩的最大值。从力学的相关知识能够知道，当弹簧处于伸拉或者压缩的状态时，弹簧产生的压力F与弹簧伸缩量X以及弹性系数K之间存在关系，表达式为：Fs=Ks·X。

X的大小取决于制动器间隙，从公式能够得知，假设弹性系数是固定的，制动器之间的间歇变大，弹簧压紧时产生的压缩量会逐渐减小。

2.2.3 制动盘间隙研究

间隙摩擦不均匀，会使制动盘和摩擦盘之间接触的面积发生改变，进而对摩擦副的摩擦因数μ产生影响，摩擦力也不会处于一个比较稳定的状态，从而使得制动器的制动力矩产生波动。

2.3 性能检测的方法

制动器在运行的过程中，需要摩擦盘进行摩擦，才能够开始制动工作，为了了解其性能，我们对这两者之间产生摩擦力时的摩擦系数进行检测与分析，只有将弹力系数做好相关的记录，我们就能够对制动器性能予以客观反映。接下来这对上述的性能指标进行详细分析，选取其中的关键数据进行计算，研究能够通过何种方式得出具体的性能相关指标，并分析通过怎样的处理能够检测出客观真实的制动器性能。

2.3.1 弹性系数的特征量

如上所述，决定制动器响应性能的主要因素在于弹簧的弹性水平。具体来说，弹簧力的加载时间会受到弹性系数的影响，从而使制动盘和摩擦盘之间的接触到完全压实的时间，这样就会影响到制动力矩的具体时间。因此对于弹簧弹性系数的反映，可以主要通过制动力矩曲线的上升斜率实现，通过线性回归的方式，将相关计算公式列举出来，并将关键数据代入后，就能对上升斜率进行计算。

至于斜率同弹性系数之间所存在的具体关系，其数据能够对弹性系数予以准确反映。如果斜率较小，则可能导致响应时间过长，从而使制动时间大幅度延长。

2.3.2 间隙研究

之前已经明确，造成弹簧伸缩量改变的具体原因是间隙的大小决定，而间隙的大小会对弹簧力产生影响，最终的结果会在制动力矩中反映出来，因此间隙的大小可以根据制动力矩来进行判断。

制动力矩的公式如下：

M=μdFs

式中：μ为摩擦因数，d为制动盘的直径。

制动器具之间存在间隙，弹簧的压紧力存在不足，降低制动器动力矩，使得制动器没有在规定时间内产生应有的制动效果。

2.3.3 间隙是否均匀的特征量

由于间隙并不均匀，制动过程中会使接触的面积发生改变，从而也改变摩擦因数。

先假定弹簧的压力值处于固定的状态，制动力矩在运动时存在一定的规律，规律会使其运动轨迹在规定的范围内运动，这样有规律的运动比较容易分析其原理，因此我们通过其运动数据所呈现出的图像，就能够对其间隙的均匀程度进行观察与判断。

为确保选取的弹簧力为固定值，保证制动器处于完全压实的状态，应选取转速600r/min降低至100r/min的区间，这个过程中弹簧是完全伸拉的状态，并且弹簧力在这时是不变的。在这期间，制动力矩所具有的最大差值和方差就属于判断制动器间隙是否保持均匀的表征。如果上述过程中波动幅度过大，则证明接触不均匀，从而需要对设备进行调整。

表1 计算数据表

3 系统实验测试

3.1 实验步骤

（1）在升起顶升机构时，顶升机构中会被纵向的进行传输。当落下顶升机构以后，压紧的工作位当中会被横向的输送。

（2）曳引机，通过压紧气缸的拉伸对曳引机进行测评。

（3）在整个实验中，我们开始通电后，电闸会出现断开的状态，这样转轮还存在一定的惯性，加载电机在此作用下能够继续转，并且达到我们预设的水平。

（4）将电磁制动器的线圈断掉，摩擦盘的压紧会受到弹簧的压力，这样制动盘的制动效果就会显现出来。

（5）制动力矩和转速的测量都会受到扭矩传感器的影响而产生变化。

（6）研究与分析我们通过测量得到的数据值，最后分析其之间的关系与变化。

3.2 结果

在研究的曳引机实验中，最后阶段我们对整个实验所取得的数据、实验结果、实验现象等进行总结、归纳以及分析，经过研究后，我们将得到的数据制作成曲线图，这样看起来会更加直观，如图3所示。

图3 制动力矩图

3.2.1 计算方法

3.2.1.1 斜率

当我们研究的力矩处于800N·m以下时，可以通过线性回归方程进行计算，结果是呈线性回归分布的，因此可以从该曲线中选择任意分散的点进行研究。

这样，a，b的估计值可写成：

3.2.1.2 计算公式

从100～600r/min这个时间段来选择，在选择时，我们需要排除其他干扰因素，因此先假设其缝隙均匀，平均力矩公式如下：

最大力矩差值的计算公式如下：

3.2.2 具体数据分析

根据计算公式，我们的计算结果如表1所示。

根据表1中计算得出的数据值分析如下。

首先，第3组数据所描绘出的曲线，上升的趋势与幅度比较低，由此可以判断其斜率比较小，根据弹力系数的原理可知，这种情况数据3所展现出的弹力系数比较小。

其次，我们通过第4组数据能够看出，与数据三所显示出的相反，由此可见电梯制动器之间存在间隙接触的问题。

4 结语

综上，电梯能否安全运行对于人们的生命和财产安全至关重要。电梯设备中最重要的部分为曳引机，因此保持对电梯曳引机电磁制动系统的故障检测频率能够有效确保电梯的安全运行。本文介绍了一种电梯曳引机电磁制动系统故障检测的方法，该方法准确、可行，具有一定的推广应用价值。