电梯制动器故障的动态诊断技术在定期检验中的应用实践

摘要：本文将围绕电梯制动器故障的动态诊断技术，探讨其在定期检验中的实际应用。通过分析动态诊断技术的基本原理、关键技术方法以及在实际检验场景中的实施路径，旨在构建一套更高效、更可靠的制动器状态评估体系，弥补传统检验方法的局限性。此外，本文也将结合实践案例，动态诊断技术在提前发现隐患、降低突发故障风险、优化维护策略等方面的显著优势，以期为电梯检验行业的数字化转型与安全治理水平的提升提供参考。
关键词：电梯制动器；动态诊断；定期检验；应用实践

Abstract: This paper explores the practical application of dynamic diagnostic technology for elevator brake failures in periodic inspections. By analyzing the fundamental principles, key methodologies, and implementation approaches of dynamic diagnostics in real-world inspection scenarios, the study aims to establish a more efficient and reliable brake condition evaluation system that addresses the limitations of traditional inspection methods. Additionally, through practical case studies, the paper demonstrates the significant advantages of dynamic diagnostics in early hazard detection, reducing the risk of sudden failures, and optimizing maintenance strategies. These findings are intended to provide insights for the digital transformation and enhanced safety governance in the elevator inspection industry.

Keywords: elevator brake; dynamic diagnosis; periodic inspection; application practice

前言：随着城市化进程的加快，以及建筑楼层数不断升高，电梯在人们的生活中越来越不可或缺，其安全性和可靠性关系到人民群众的切身利益，电梯的制动器是保证电梯正常运行的关键部件，制动器的质量状态直接关系到电梯运行的安全性。目前电梯的定期检验大多采用静态检验方法以及周期性的维护，不能全面、充分的反映制动器在各种复杂工况下的真实性能状态及故障倾向和退化趋势。在此基础上，基于动态诊断技术的新的检测方法不断出现，采用实时监测、测试和故障预警等方式，更为主动、及时的为电梯正常运行提供安全保障。

1电梯制动器的基本工作原理与结构形式

1. 1基本工作原理

电梯制动器是电梯重要的安全装置之一，其主要作用是在电梯正常运行时使曳引机抱闸，电梯正常运行时，制动器线圈通电，电磁力克服制动弹簧张力，制动闸瓦与制动轮脱离，电梯曳引机自由运转，电梯正常运行；电梯停机或发生故障时，制动器线圈断电，电磁力消失，制动弹簧迅速释放能量，推动制动臂使闸瓦压紧制动轮，通过接触面间摩擦力产生摩擦力矩，使曳引机停止转动，电梯轿厢停靠在目标楼层或紧急制动。得电松闸、失电抱闸是故障安全原则，也是制动器的主要特性，一旦发生断电等紧急情况，制动器会无条件抱闸，防止电梯轿厢移动，保护乘客人身安全。制动器除基本制动功能外，有些类型制动器还具有制瓦磨损检测、手动松闸等功能，制动器还必须满足定期检查和保养要求，以保持其松抱闸动作的可靠性和迅速性。

1. 2结构形式

电梯的制动器一般有2种常见的形式：鼓式(块式)制动器和盘式制动器，都是基于电磁操作，弹簧制动原理，但是其具体构造及特点也有所不同。鼓式制动器其主要部件有制动电磁铁(线圈、铁芯)、制动弹簧、制动臂、制动闸瓦(摩擦衬垫)、制动轮等。其结构较简单，其制动力大，使用历史也较长。当电磁铁吸合后，吸引制动臂克服弹簧力使闸瓦脱离制动轮表面；断电后，则靠弹簧力经制动臂使两片闸瓦从两侧压紧制动轮的外圆柱面，产生制动作用。是制动形式，其散热一般，闸瓦磨损后应及时调整间隙，以保证动作行程。盘式制动器类似与汽车的盘式制动器，其主要部件有电磁铁装置、制动弹簧、制动钳臂、制动衬片、固定在电机轴或曳引轮侧的制动盘等。当电磁力作用后，使钳臂松开；断电后，则被弹簧力推动钳臂夹紧制动盘的端面。与鼓式制动器比较，盘式制动器具有较好的散热性、结构紧凑、响应灵敏，制动扭矩较稳定，不易受油污影响等特点。此外，还有根据具体设计所衍生出来的常闭式与常开式(极少用)、单作用与双作用等几种分别，但是电梯上基本都是采用常闭式以保证安全。无论何种形式，其制造材料、加工精度、调节便利性及防护等级，都将影响其寿命和可靠性。电梯制动器常见结构形式对比如表1。
表1：电梯制动器常见结构形式对比

2电梯制动器故障的动态诊断技术在定期检验中的应用

2.1振动与声学信号分析技术的应用

电梯制动器周期检验中，应用振动声学信号分析技术，是一种不拆解制动器部件的在线动态检测方法。在曳引机机架上或制动器本体上安装高敏感度的振动传感器，或在制动器附近安装声学传感器(麦克风阵列)，在松闸、抱闸和带闸状态下采集制动器的振动和声音信号，对采集到的时域信号采用快速傅里叶变化等信号处理方法转换成频域图谱进行分析。例如正常制动器的制动轮表面光滑，振动和噪声频谱几乎没有变化，能量几乎集中在低频部分。若闸瓦不均匀磨损、掉落或制动轮表面有划痕、椭圆度超差等故障，制动接触瞬间会产生一个或几个特定频率上的高频冲击信号，并在频谱上出现明显的相对高值。将采集到的特征谱与检验所带正常以及各种故障情况的标准谱进行对比分析，检验人员就可以找出并确定早期机械故障，如闸瓦偏磨、弹簧疲劳断裂的预兆、衔铁卡阻等，实现故障预警和定位，弥补目前静态检验中目视、手感的不足。

2.2制动力矩与响应时间动态测试技术的应用

直接或间接测试制动器在动作时的实际制动力矩和响应时间，是电梯定期检验直接或间接动态测试制动器安全性能是否符合规定的最重要的诊断项目。由于静态检验无法测试制动力矩，动态测试是利用在曳引轮或制动盘上安装张力传感器或通过电机驱动系统采集的电流、转速信号间接测试制动力矩。在电梯模拟载荷上行、下行或测试仪器驱动下，电梯动作制动器时，实时采集测量制动器动作时的实际制动力矩曲线和时间。制动器工作正常时，制动力矩应在断电后瞬间(几毫秒)建立并达到规定值，且曲线平滑。动态测试能发现制动力矩不足的故障，如制动弹簧疲劳导致制动力矩下降、制动闸瓦(衬片)摩擦系数下降、制动轮(盘)表面有油污导致的打滑、机械部件卡滞导致力矩建立延迟或波动等。高精度计时设备(如光电编码器连接高速采集卡)测试从制动力矩控制信号发出(断电)到制动力矩达到规定值的机械响应时间，以及线圈完全失电的电气响应时间。响应时间超过有关规定允许值，可能有电磁铁释放不畅、机械传动环节过大的空行程或磨损等故障。动态测试是按实际工况客观、精确的测试，比静态的盘车检查和手动按压试验更科学、灵敏，能及早发现制动器性能衰减。制动力矩与响应时间故障诊断对应见表2。

表2：制动力矩与响应时间故障诊断对应表

2.3热成像与温度场监测技术的应用

制动器在动作时会产生摩擦热损耗，以及电磁线圈的损耗。异常的温升分布通常是内部故障的直接征兆。在定期检验中，使用红外热像仪对制动器进行动态热成像扫描，已变成了一种简单而直观的诊断方法。检验通常在电梯经过一段时间的连续通电或制动试验后进行。正常情况下，制动器各个部分的温度均应在适当的温度范围内，并且相互间温度相对均衡，两侧制动闸瓦(或制动钳)温度相互对称，制动轮(盘)表面温度分布均匀。对动态热像进行分析，可以发现以下异常: (1)当某一部位的一侧闸瓦温度高于另一侧闸瓦温度时，说明该部位存在制动偏磨或单侧作用力过大。(2)当制动轮某一点温度明显高于其他部位时，可能对应表面有划痕或者该点局部接触。(3)当电磁铁线圈部位某一点温度明显高于其他部位时，可能意味着线圈有短路、绝缘老化、散热不良。(4)当整个制动器温升过高，远超设计温升时，可能意味着制动器有超出设计能力的拖闸运行(即制动器未完全松开)或摩擦副不匹配。将现场获取的温度场图像与历史数据或同型号正常电梯的标准热像图对比，检验人员可以利用温度场测试技术快速找出过热点，评价热散发能力，推测摩擦材料的老化程度。温度场测试技术非接触、全球性的特点，使其成为对制动器进行整体健康状态评估的有力工具。热成像异常温度分布与故障对应见表3。

表3：热成像异常温度分布与故障对应表

2.4智能算法与综合数据分析平台的应用

借助物联网和大数据技术，将上述多种动态诊断技术(如振动、电流、扭矩、温度、响应时间等)所产生的大量数据融合在一起，采用智能算法构建综合分析诊断平台，是电梯制动器定期检验向预测性、智能化方向发展的重要应用。在进行定期检验的同时，可以实时采集多维传感信号到分析诊断平台。采用机器学习算法(如支持向量机、神经网络、随机森林等)对海量的历史正常运行数据和已知故障样本进行训练，建立能够匹配复杂非线性关系的故障诊断模型。当进行定期检验时，将实时采集的多维度动态数据输入模型，即可自动进行状态评估和故障分类，输出诸如制动弹簧故障指数85%偏磨倾向度右侧闸瓦中度偏磨倾向电磁铁释放延迟预警等量化的诊断报告。此外，分析诊断平台还可以通过对长期监测数据的趋势分析，预测制动器关键部件(如摩擦片、弹簧)的剩余寿命，从而实现从定期检验到按需预测性维护的转变。在具体的检验应用中，检验人员可以用智能终端便携式设备连接分析诊断平台，几分钟便可获得制动器的全面健康体检报告，大大提高检验效率和深度，使各类故障隐患在引发安全事故前被精准识别和预警，大幅提高电梯可靠性。

结束语：电梯制动器故障的动态诊断技术应用于定期检验，标志着电梯安全监察从定次数检查到动态预防的转变。采用传感器、数据采集系统、诊断分析单元，能够对电梯运行状况进行实时监测，及时诊断电梯安全状况，及时发现电梯早期故障，真正体现防患于未然，提高了安全监管的主动性和超前性。实践证明，推广应用电梯制动器故障的动态诊断技术，可以有效避免和减少电梯由于制动器隐性故障引发的安全事故，减少电梯事故造成的损失，降低电梯维护保养的维修成本，提高电梯使用寿命，具有巨大的社会效益和经济效益。

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