升降機電磁煞車制動器之危害淺析

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升降機電磁煞車制動器之危害淺析

作者  劉宜廷

作者 劉宜廷

社團法人中華產業機械設備協會 代檢組

 目錄

壹、前言

  臺灣地區面積小、人口多且大部分集中於都會區,隨著工商業發展,高層建築物及廠房愈來愈多,升降機(亦稱電梯)爰被大量使用於高層、超高層大樓或工廠建築物中,是一種因應社會寸土寸金增加樓地板面積而發展的載人升降機具。依照「起重升降機具安全規則」第2條第4款之定義,所謂升降機係指乘載人員及(或)貨物於搬器上,而該搬器順沿軌道鉛直升降,並以動力從事搬運之機械裝置如依懸吊方式區分,則可分為牽引式升降裝置、油壓式升降裝置、無機房升降裝置,及因應老人化而專供老人及殘障輪椅使用的家用升降裝置。

  國內升降機之檢查管理,原由勞動部(前行政院勞工委員會)及內政部營建署雙軌併行主政,惟因「職業安全衛生法」於103年7月3日施行後,廠場等原專供勞工使用,敷設於建築物之升降機(積載荷重1公噸以上),已由原屬列管之「危險性機械」,回歸至建築法規範,移由內政部營建署責由地方主管機關建管單位所轄列管,且已經制定相關的管理法規及檢查標準,並委託民間專業社團法人等協會實施竣工檢查及每年定期檢查。

  升降機用於一般大樓搭載人員於建築物內上升或下降的運轉,或於工廠內由勞工載運貨品作業時,操作過程中皆有一定的風險性,因此升降機的安全性逐漸受到重視。升降機的使用率,隨著社會發展變遷,設置數量亦不斷增加,惟由於有部份升降機因結構設計不良、設置地點不妥、使用操作不當、管理機具人員不善或保養未確實而導致意外災害件數發生也日益增加。一旦作業人員或搭乘人員因升降機造成罹災,連帶使週遭親友身心遭受傷害甚巨,且使家屬的生活陷入困境,而造成嚴重的潛在社會問題。

  然而,大量事故案例表明,升降機造成人身傷亡事故發生的主要原因之一,就是煞車制動器發生故障或者自身存在設計缺陷,從而導致升降機出現沖頂、蹾底、溜車,甚至發生剪切等現象,因此,加強升降機煞車制動器的安全檢驗尤為重要。

貳、電磁煞車制動器簡介

  煞車制動器是動作頻繁的升降機安全部件之一,它能使升降機的電動機在沒有電源供應的情況下停止轉動,並使搬器有效地制停,升降機能否安全運行與制動器的工作狀況密切相關。

電磁剎車制動器依構造可分為:

一、鼓式煞車:

  鼓式煞車馬達構造與作動原理在常態靜止狀態下,無電氣激磁,受兩側張力彈簧張力施力下,煞車臂帶著來令片,將煞車鼓夾住,使升降機保持靜止,當升降機欲運轉時,煞車線圈通以DC100V 激磁,激磁時將間隙調整螺栓頂開,此頂開力道大於張力彈簧,使煞車臂撐開,使來令片與煞車鼓產生約0.5~1mm 的間隙,煞車鼓未受制動力下,馬達運轉順利驅動煞車鼓,升降機得以上下運轉,升降機欲停止時,將馬達運轉到零速,切斷煞車線圈激磁DC100V 電壓,此時張力彈簧在無激磁受力下,自然張力回復,使煞車臂復歸,讓來令片夾住煞車鼓使將停止。其剖面圖及外觀如圖1~2所示。

圖1 鼓式煞車制動器剖面圖
圖2 鼓式煞車制動器外觀

二、碟式煞車:

  蝶式煞車馬達構造與作動原理在常態靜止狀態下,無電氣激磁,受兩側張力彈簧張力施力下,煞車塊將蝶式圓盤夾住,使升降機保持靜止,當升降機欲運轉時,煞車線圈通以DC100V 激磁,激磁時將間隙調整螺栓頂開,此頂開力道大於張力彈簧,使煞車臂撐開,使煞車塊與蝶式圓盤產生約0.5~1mm 的間隙,蝶式圓盤未受制動力下,馬達運轉順利驅動蝶式圓盤,升降機得以上下運轉,升降機欲停止時,將馬達運轉到零速,切斷煞車線圈激磁DC100V 電壓,此時張力彈簧在無激磁受力下,自然張力回復,使煞車塊復歸,讓煞車塊夾住煞車蝶式圓盤使將停止。其外觀如圖3所示。

圖3 碟式煞車制動器外觀

三、壓盤式煞車:

  壓盤式煞車馬達構造與作動原理為煞車馬達送電之後,線圈通電,固定子與迴轉子之間因激磁產生吸引力克服煞車彈簧之推力,使迴轉子向固定子之方向滑動,此一吸引力使來令片與外框間之制動狀態解除,迴轉子因切割固定子之磁場而產生感應電勢,使迴轉子旋轉,帶動出力軸旋轉,此時迴轉子與固定子之間保持一定之軸向氣隙,電源斷時,迴轉子因煞車彈簧之推力往外框之方向頂回,馬達急速停止。其剖面圖及內、外觀如圖4~圖5所示。

圖4 壓盤式煞車制動器剖面圖
圖5 壓盤式煞車制動器內、外觀

參、升降機電磁煞車制動器誤動作之危害因子探討

  升降機不管是載人、載貨或人貨兩用,在安裝完成後,升降機專業廠商技術人員調整試俥運時,除了升降機相關安全檢視,會依積載荷重實施負載試驗(如下表1所示) ,先於升降機車廂內擺放積載荷重2分之一標準法碼上下運轉,使用電流表紀錄上下運轉時車厢與配重側於升降坑道交會時的電流數值,依數值調整增減車廂標準法碼,確認電流值是否趨於接近,如上升運轉時電流13A、下降運轉時電流15A,表示車廂重量加積載荷重2分之一重量比配重側重量為輕,此時可在車廂內增法碼,反覆上下運轉並紀錄電流值,致電流值數值趨近相同,再檢視車廂內的重車廂內的重,如車廂內的重量為1200公斤,那顯示配重側重量不足200公斤,所以配重側重量增加200公斤後,將車廂內的200公斤法碼取出,反復運轉確認如表格中,載重50%時上升14.lA、下降13.8A時,就完成負載試驗趨近50%,再逐次紀錄0%~120%時電流值如平衡電流圖表(如表2),反之如車廂內的重量為800公斤,表示配重側較重需取多餘重量。

  由表2負載試驗可知,載人用升降機平衡電流設定為45%~50%,載貨用升降機平衡電流設定為45%~55%,以升降機積載荷重2000公斤為例,從最下層0%上升運轉時,電流值11.4A,顯示車廂空載0%上升時比配重側輕積載荷重2分之一重量,牽引式升降機捲揚主機出力較少,反之從最下層l00%上升運轉時,電流值19.5A,顯示車廂满載100%上升時比配重側重積載荷重2分之一重量。故牽引式升降機捲揚主機規格Kw數可降低及電力消耗也較為省電的原因。

  升降機煞車制動器誤動作危害因子,由此分析可見因素是升降機廠商,於原設計控制電磁煞車制動器時欠缺危險意識,在降低成本的考量下,隨意變更在控制電磁煞車制動器的回路使用微型繼電器 (如圖6,接點容量2A),於主要控制煞車回路上,取代應使用大型電磁接觸器(如圖7,接點容量20A),因接點容量太小,電流通過接點容易產電弧,而造成繼電器接點誤導通現象,進而在試俥階段,末能依上述調整車廂重量與配重側為積載荷重加二分之一重量比,而造成在特定情況下搭乘升降機人員,在進入升降機車廂時,車廂重量比較輕而配重側比較重,在內外門門開的狀態下,而升降機車廂因電磁煞車制動器誤動作而導致車厢因而滑移繼續上升,搭乘人未注意升降機未平整停妥,而被絆倒被升降機門扉夾住而造成傷害為兩個主要因素。

表1 積載荷重2000公斤負載試驗表
表2積載荷重2000公斤平衡電流圖表
圖6 PLC微型繼電器: 2A(接點容量)
圖7大型電磁接觸器:20A (接點容量)

肆、結論

  日前常可於新聞報導中看到升降機夾腿暴衝等意外消息,令人惋惜,升降機雖提供了上下樓層的便利性,但也潛伏著許多危險性,甚至成為恐怖殺手。其實升降機只要符合國家標準(CNS)的規範,並經過主管機關檢驗合格,安全性一般都不會有問題,比較需要注意的反而是後續的保養及維修,現今因受到經濟不景氣影響,升降機業者為了搶生意,削價競爭情形嚴重,這種低價格情況下所能提供的保養維護品質令人擔心。

  此外,其實升降機電氣控制系統已不斷的推陳出新,從早期之前的一個接觸器到PLC,到現在的多點安全防護,各廠商都竭盡所能,把控制做到既安全又實用,然而因為自由市場因素,在價格競爭激烈的前因之下,有些業者會把某些保護機制排除(但不致嚴重影響升降機使用),相對的其壽命也因而縮短,因此在維修升降機過程中必須相當仔細和用心,去發掘並排除危險,並要定期更新零件,才能使升降機系統保持長期的穩定與安全。

伍、參考文獻

  • [1] 中華民國國家標準CNS10594升降機。
  • [2] 中華民國國家標準CNS2866升降機、升降階梯及升降送貨機檢查方法。
  • [3] 林岳慶,升降機危害風險評估之研究,85,2011。
  • [4] 顏基本,台灣區工廠升降機安全之研究,1980。
  • [5] 楊正平,具安全考量之電梯煞車系統研製,54,2015。
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