電梯曳引系統(tǒng)嚴(yán)重磨損的危險(xiǎn)分析

郭俊一

（廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院　廣州　510180）

電梯曳引系統(tǒng)嚴(yán)重磨損的危險(xiǎn)分析

郭俊一

（廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院廣州510180）

針對(duì)某國(guó)際著名品牌高層電梯在使用多年后，由于輪槽和鋼絲繩的嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致出現(xiàn)對(duì)重壓實(shí)緩沖器后曳引輪能繼續(xù)提升空轎廂這一危險(xiǎn)現(xiàn)象，從獨(dú)特的視角對(duì)風(fēng)險(xiǎn)原因進(jìn)行了理論分析，得出電梯運(yùn)行至行程最上端時(shí)曳引力條件發(fā)生改變，曳引力明顯增強(qiáng)，最終導(dǎo)致沖頂現(xiàn)象發(fā)生這一結(jié)論。并提出了消除這一潛在風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施。

曳引系統(tǒng) 嚴(yán)重磨損電梯沖頂 曳引力條件 應(yīng)對(duì)措施

電梯是依靠曳引輪與鋼絲繩間的摩擦力帶動(dòng)鋼絲繩使轎廂和對(duì)重做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備。電梯曳引力由鋼絲繩在曳引輪上的包角、曳引輪的槽形以及材料摩擦系數(shù)決定，這也是電梯設(shè)計(jì)時(shí)確定曳引力能否滿足要求的重要因素。一般來說，新安裝電梯的曳引力設(shè)計(jì)都能滿足要求。但是，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，曳引系統(tǒng)會(huì)因?yàn)槟Σ炼饾u磨損。部分高層電梯，由于使用頻繁，負(fù)載持續(xù)率高，產(chǎn)生的磨損較為嚴(yán)重，這可能會(huì)改變電梯原有的曳引力條件。一般認(rèn)為，磨損后將會(huì)導(dǎo)致曳引力下降［1-2］，可能出現(xiàn)轎廂裝載125%額定載荷時(shí)鋼絲繩在曳引輪上打滑，或者轎廂在緊急制動(dòng)時(shí)減速度的值，超過緩沖器作用時(shí)減速度的值，最終可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。然而，筆者在現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，部分高層電梯的曳引系統(tǒng)嚴(yán)重磨損后，反而出現(xiàn)曳引力增強(qiáng)的現(xiàn)象，給電梯安全運(yùn)行帶來了新的風(fēng)險(xiǎn)隱患。

1　現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)隱患

TSG T7001—2009 《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則—曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》中附件A的2.8項(xiàng)明確規(guī)定：曳引輪輪槽不得有嚴(yán)重磨損，如果輪槽的磨損可能影響曳引能力時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行曳引能力驗(yàn)證試驗(yàn)（包括空載曳引力試驗(yàn)、上行制動(dòng)試驗(yàn)、下行制動(dòng)試驗(yàn)和125%額定載荷的靜態(tài)曳引試驗(yàn)）。

筆者做為一名電梯檢驗(yàn)人員，在電梯年檢中多次發(fā)現(xiàn)某國(guó)際著名品牌的高層電梯在運(yùn)行多年后，經(jīng)常出現(xiàn)鋼絲繩深陷輪槽的情況，懷疑輪槽已處于嚴(yán)重磨損狀態(tài)。根據(jù)TSG T7001—2009的要求，對(duì)其進(jìn)行曳引能力驗(yàn)證試驗(yàn)。在進(jìn)行上行制動(dòng)試驗(yàn)、下行制動(dòng)試驗(yàn)和125%額定載荷靜態(tài)曳引試驗(yàn)時(shí)，并無異常發(fā)生；在進(jìn)行空載曳引力試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)對(duì)重壓實(shí)緩沖器后，檢修向上行運(yùn)行，曳引輪能夠繼續(xù)提升空轎廂。持續(xù)向上運(yùn)行一段距離后，轎廂頂部設(shè)備幾乎撞擊井道頂板，此時(shí)對(duì)重側(cè)鋼絲繩呈燈籠狀松散的下垂（見圖1）。停止運(yùn)行電梯，部分電梯曳引輪上的鋼絲繩向轎廂側(cè)緩緩下滑，將對(duì)重側(cè)鋼絲繩拉伸至豎直狀態(tài)；部分電梯的轎廂則可持續(xù)“懸空”停留在井道頂端位置。

圖1　空載曳引力試驗(yàn)中轎廂“懸空”后的對(duì)重側(cè)鋼絲繩

毫無疑問，該電梯的輪槽嚴(yán)重磨損，已經(jīng)改變了原有的曳引力條件，才導(dǎo)致了這一異?，F(xiàn)象的產(chǎn)生。如果該電梯在空載或輕載上行過程中出現(xiàn)電氣失控的情況，那么原本通過合理的曳引力設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)的機(jī)械層面的安全措施（對(duì)重壓實(shí)緩沖器后，不能繼續(xù)提升空轎廂）也將失效，電梯安全失去最后一層保障，轎廂沖頂、甚至曳引機(jī)拉斷鋼絲繩的事故幾乎不可避免，勢(shì)必造成人員傷亡、設(shè)備損壞的后果。

2　原因分析

2.1磨損原因分析

本文以某臺(tái)空載曳引力試驗(yàn)失敗的電梯為例進(jìn)行研究。經(jīng)過查閱資料及現(xiàn)場(chǎng)觀察、測(cè)量發(fā)現(xiàn)：該電梯額定載重量1000kg，額定速度1.75m/s，22層22站，提升高度66m；曳引輪輪槽為V型帶切口槽（經(jīng)硬化處理），V型槽開口角36°，下部切口角95°，輪槽幾乎磨損到底部；鋼絲繩公稱直徑為12mm，無斷絲現(xiàn)象；端部鋼絲繩（正常運(yùn)行范圍之外的部分）直徑約為11.91mm，中部鋼絲繩直徑約為11.72mm。分析認(rèn)為，因端部鋼絲繩在正常運(yùn)行時(shí)與輪槽無接觸，不產(chǎn)生磨損，其直徑變小是由于長(zhǎng)期承重拉伸所致；中部鋼絲繩直徑變化較大，是承重拉伸和摩擦磨損的雙重作用所致。

曳引輪輪槽的過量磨損一般表現(xiàn)為：1）均勻磨損；2）不均勻磨損；3）凹坑、表面局部剝落等。該電梯不同輪槽之間的磨損深度較為均勻，輪槽內(nèi)無凹槽和局部剝落現(xiàn)象，應(yīng)為長(zhǎng)期正常運(yùn)行所產(chǎn)生的均勻磨損。曳引鋼絲繩的過量磨損一般表現(xiàn)為：1）均勻磨損；2）不均勻磨損，如單側(cè)磨損［3］?，F(xiàn)場(chǎng)的鋼絲繩屬于長(zhǎng)期正常運(yùn)行所產(chǎn)生的均勻磨損。

曳引輪-鋼絲繩傳動(dòng)系統(tǒng)的摩擦磨損機(jī)制主要由以下幾個(gè)方面：表面疲勞磨損、磨粒磨損、粘著磨損、氧化磨損、沖擊磨損或振動(dòng)磨損［3］。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)觀察和實(shí)物分析，認(rèn)為該臺(tái)電梯曳引輪輪槽和鋼絲繩的磨損主要以表面疲勞磨損和磨粒磨損為主。

2.2曳引力分析

根據(jù)歐拉公式，正常情況下，滯留工況（對(duì)重壓在緩沖器上，曳引機(jī)向上方向旋轉(zhuǎn)）曳引力需滿足下面的公式［4］：

式中：

f——當(dāng)量摩擦系數(shù)；

μ——摩擦系數(shù)，滯留工況下取0.2；

α——鋼絲繩在曳引輪上的包角，本文為154°；

T1——對(duì)重壓在緩沖器上時(shí)，曳引輪上空載轎廂側(cè)鋼絲繩的拉力；

T2——對(duì)重壓在緩沖器上時(shí)，對(duì)重側(cè)鋼絲繩的拉力。

本文中轎廂的自重約為1200kg，補(bǔ)償鏈的重量約為170kg，隨行電纜的重量約為34kg，轎廂側(cè)鋼絲繩的重量約為8kg，轎廂側(cè)重量合計(jì)約為1412kg；對(duì)重側(cè)鋼絲繩的自重約為204kg。經(jīng)計(jì)算，式中T1/T2約為6.92；fα約為1.7396，efα約為5.69。T1/T2大于efα，說明出廠設(shè)計(jì)滿足滯留工況的曳引力條件。

在空載曳引力試驗(yàn)中，對(duì)重壓在緩沖器上，曳引機(jī)向上方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，鋼絲繩不能在輪槽中打滑，說明上文不等式被改變?yōu)椋?/p>

分析可知，T1和T2均未改變；包角α未改變；則必定是f發(fā)生變化。滯留工況時(shí)：

式中μ為摩擦系數(shù)，未發(fā)生改變；γ為V型槽的開口角。f發(fā)生變化，必定是由于γ的變化引起的。γ的出廠設(shè)計(jì)值一般為25°到45°［4］，研究對(duì)象的γ初始值為36°。本文認(rèn)為正是運(yùn)行過程中的磨損導(dǎo)致了γ值的改變。下圖2是輪槽與鋼絲繩嚙合狀態(tài)示意圖。圖2（a）為出廠時(shí)的嚙合狀態(tài)；圖2（b）為長(zhǎng)期運(yùn)行、均勻磨損后的嚙合狀態(tài)。從圖2（b）中可以看出，長(zhǎng)期運(yùn)行后鋼絲繩由于承重拉伸和磨損，直徑明顯變??；鋼絲繩在逐步向輪槽底部下沉的過程中，對(duì)槽壁有一定量的磨損，且磨損后形成了新的V型槽，新的V型槽的γ角比出廠設(shè)計(jì)值小。圖2（c）為新的V型槽與端部鋼絲繩的嚙合狀態(tài)。

圖2　輪槽與鋼絲繩嚙合狀態(tài)示意圖

當(dāng)對(duì)重壓在緩沖器上，未經(jīng)磨損的端部鋼絲繩嵌入新形成的V型槽，由于γ變小，sin（γ/2）變小，f變大，efα變大。當(dāng)γ小于32.27°時(shí)，fα大于1.9344，efα超出臨界值T1/T2（本文約為6.92），滯留工況的曳引力條件被打破。此時(shí)曳引機(jī)向上方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，鋼絲繩不能在輪槽中打滑，轎廂可持續(xù)上行。若γ已減小至15.97°以下，則fα大于1.9344（裝載工況下，摩擦系數(shù)μ取0.1），efα超出臨界值T1/T2，此時(shí)滿足裝載工況的曳引力條件T1/T2≤efα，則曳引機(jī)停止旋轉(zhuǎn)后，“懸空”的轎廂將保持在該狀態(tài)；若γ介于15.97°和32.27°之間，此時(shí)不滿足裝載工況的曳引力條件T1/T2≤efα，則曳引機(jī)停止旋轉(zhuǎn)后，“懸空”的轎廂將會(huì)拖動(dòng)鋼絲繩向下滑動(dòng)，將對(duì)重側(cè)鋼絲繩拉伸至豎直狀態(tài)。

3　應(yīng)對(duì)的措施

鑒于該品牌該型號(hào)電梯有較大的在用量，提出針對(duì)曳引系統(tǒng)嚴(yán)重磨損的應(yīng)對(duì)措施，以防止事故發(fā)生，是急需解決的問題。導(dǎo)致曳引系統(tǒng)磨損的原因包括非正常磨損和正常磨損。非正常磨損的原因包括鋼絲繩張力不均、曳引輪與導(dǎo)向輪間的不平行度或不垂直度過大、曳引輪組織和性能不一致等，此時(shí)應(yīng)首先采取調(diào)整鋼絲繩的張力、調(diào)整曳引輪和（或）導(dǎo)向輪位置或更換曳引輪等方法［3，5］。正常磨損是指由于電梯長(zhǎng)期正常運(yùn)行產(chǎn)生的均勻磨損。

曳引系統(tǒng)嚴(yán)重磨損后的電梯（包含非正常磨損后完成調(diào)整的），若無法滿足曳引力條件，直接更換曳引系統(tǒng)當(dāng)為最有效的辦法。但該辦法經(jīng)濟(jì)成本較高，有一定的局限性。本文提供了一種經(jīng)濟(jì)、便捷的整改方案，即通過同時(shí)增加轎廂和對(duì)重的重量，改變T1/T2的值，來使其重新滿足曳引力條件。轎廂和對(duì)重的重量同時(shí)增加后，滯留工況下，T1（空載轎廂側(cè)鋼絲繩拉力）增加而T2（對(duì)重側(cè)鋼絲繩自重產(chǎn)生的拉力）不變，則T1/T2增大。當(dāng)T1/T2超過某一臨界值時(shí)，即可使滯留工況重新滿足曳引力條件T1/T2≥efα；裝載和緊急制動(dòng)工況下，只需考慮轎廂裝載125%額定載荷的裝載工況和空載轎廂的緊急制動(dòng)工況即可。T1和T2同時(shí)增大后，T1/T2的值減?。═1為任一載荷條件下曳引輪兩側(cè)鋼絲繩拉力中的大值，T2為對(duì)應(yīng)的另一側(cè)小值），更有利于滿足此時(shí)的曳引力條件T1/T2≤efα。

需要注意的是，該項(xiàng)措施應(yīng)在保證驅(qū)動(dòng)主機(jī)、主機(jī)支架和安全鉗、導(dǎo)軌等部件滿足受力條件的情況下進(jìn)行；同時(shí)還應(yīng)保證重量增加后鋼絲繩的實(shí)際安全系數(shù)不小許用安全系數(shù)。若同時(shí)給轎廂和對(duì)重增加一定的重量后，仍不能使其重新滿足曳引力條件，則仍需采取更換曳引系統(tǒng)的辦法。

4 結(jié)語

曳引系統(tǒng)是電梯的重要組成部分，曳引力試驗(yàn)是檢驗(yàn)曳引系統(tǒng)能否滿足國(guó)標(biāo)要求的重要判定手段。某國(guó)際著名品牌的高層老舊電梯，較大比例地出現(xiàn)了對(duì)重壓實(shí)緩沖器后，曳引輪能繼續(xù)提升空轎廂的危險(xiǎn)現(xiàn)象。如不及時(shí)整改，可能出現(xiàn)電梯沖頂、人員傷亡的安全事故。

本文對(duì)空載曳引力試驗(yàn)中發(fā)生沖頂?shù)脑蜻M(jìn)行了理論分析。指出是由于曳引系統(tǒng)嚴(yán)重磨損后，曳引輪槽型發(fā)生改變，電梯運(yùn)行至行程最上端時(shí)曳引力明顯增強(qiáng)，滯留工況的曳引力條件被打破，導(dǎo)致沖頂?shù)陌l(fā)生。

本文提出了針對(duì)曳引系統(tǒng)嚴(yán)重磨損的應(yīng)對(duì)措施。部分電梯可采取調(diào)整鋼絲繩張力、調(diào)整曳引輪和（或）導(dǎo)向輪位置等方法；部分電梯可采取同時(shí)增加轎廂和對(duì)重重量的方法。如以上方法不能解決問題，應(yīng)更換電梯的曳引系統(tǒng)。

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Risk Analysis on Heavy Wear of the Traction System in Elevators

Guo Junyi
（Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection &TestingGuangzhou510180）

After being in use for many years， due to the heavy wear of wire rope and traction sheave grooves，a famous international brand high-rise elevators empty car continue hoisting after the buffer is pushed to the end by counter weight， which is a dangerous phenomenon. This dissertation makes a theoretical analysis for cause of the risk from a unique perspective. The conclusion is that when the car reaches the top of the guide rail， conditions for traction force change， so the traction force enhance significantly and lead to the dangerous phenomenon. Measures to eliminate this potential risk are also come up with in this dissertation.

Traction systemHeavy wearElevator hoistingConditions for traction forceMeasures

X941

B

1673-257X（2016）08-0062-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.08.016

郭俊一（1982～），男，碩士，工程師，從事電梯安全檢驗(yàn)工作。

2016-04-05）