淺析電梯125%額定載荷下行制動試驗(yàn)

江西省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院 陳 穎 胡 誠

■引言

電梯制動系統(tǒng)是保障電梯安全運(yùn)行的重要系統(tǒng)，加強(qiáng)對電梯制動性能的檢驗(yàn)是電梯定期檢驗(yàn)工作的重點(diǎn)。然而，電梯的制動力并不是決定電梯制動性能的唯一因素。2017 年國家市場監(jiān)管總局對TSG T7001-2009《曳引與強(qiáng)制驅(qū)動電梯檢驗(yàn)規(guī)范》（以下簡稱檢規(guī)）進(jìn)行了修改。根據(jù)檢規(guī)要求，當(dāng)電梯存在曳引能力不足或使用日期超過五年（每五年）須進(jìn)行125%額定載荷下行制動試驗(yàn)，該試驗(yàn)綜合考察了電梯的制動能力和曳引能力。然而，通過對近幾年的下行制動試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，不同品牌、不同型號、不同規(guī)格的電梯下行制停距離不一樣，部分電梯試驗(yàn)過程出現(xiàn)限速器誤動作。而現(xiàn)行檢規(guī)未具體明確的制定制動試驗(yàn)的評價標(biāo)準(zhǔn)，為了更好地開展125%額定載荷下行制動試驗(yàn)，本文結(jié)合相關(guān)規(guī)范和現(xiàn)場試驗(yàn)案例對試驗(yàn)結(jié)果的評價方法、失敗原因分析以及現(xiàn)場檢驗(yàn)注意要點(diǎn)等方面進(jìn)行闡述。

■試驗(yàn)結(jié)果評價方法

檢規(guī)第8.13 條要求現(xiàn)場進(jìn)行125%額定載荷下行制動試驗(yàn)時，檢驗(yàn)人員觀察驅(qū)動主機(jī)在制動器的控制下是否能停止運(yùn)轉(zhuǎn)和轎廂是否存在明顯變形、損壞判斷試驗(yàn)等宏觀方法進(jìn)行檢驗(yàn)。本文則從電梯制動減速度、電梯狀態(tài)等方面具體分析125%載荷下行制動試驗(yàn)的評價方法。

1.制動減速度

制動器制動力過小，相應(yīng)電梯制停時減速度較?。幌喾?，電梯制動力過大， 制停過程中減速度較大。GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范）第12.4.2 條則要求“當(dāng)轎廂載有125%額定載荷并以額定速度向下運(yùn)行時，操作制動器應(yīng)能使曳引機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在上述情況下，轎廂的減速度不應(yīng)超過安全鉗動作或轎廂撞擊緩沖器所產(chǎn)生的減速度”，而規(guī)范第9.8.4條安全鉗要求的最大減速度為0.2gn-1.0gn。同時，規(guī)范附錄M 第2.1.2 條要求電梯在緊急制動工況時，對于正常情況下電梯減速度不應(yīng)小于0.5m/s2，而對于使用減行程緩沖器的電梯減速度不應(yīng)小于0.8m/s2。綜上，規(guī)范對于轎廂在制動工況下要求電梯的減速度最大不能超過1.0gn，最小不能少于0.5m/s2（0.8m/s2）。因此，現(xiàn)場檢驗(yàn)人員可根據(jù)式（1）計算現(xiàn)場試驗(yàn)設(shè)備下行制動距離的理論區(qū)間值，從而結(jié)合現(xiàn)場目測制停距離判斷電梯的制動效果。

式中：vt為電梯制停末速度0m/s；v0為電梯的額定速度；S為制停距離；a為電梯的減速度。

式（1）是建立在電梯勻減速制停的計算模型而電梯的實(shí)際運(yùn)行情況是變減速運(yùn)動。因此，通過比對下行制停距離測量值和理論區(qū)間值來判斷制動性能的方法僅能作為一種輔助檢驗(yàn)手段。

2.電梯動作狀態(tài)

統(tǒng)計現(xiàn)場試驗(yàn)案例發(fā)現(xiàn)，一般在電梯制停過程中存在以下試驗(yàn)狀態(tài)：

（1）斷電后制動器立即抱閘，曳引輪停止運(yùn)轉(zhuǎn)，鋼絲繩在曳引輪槽上瞬間打滑后，電梯停止運(yùn)行。

（2）斷電后制動器延遲一段時間后抱閘，在此過程中電梯加速至限速器-安全鉗動作，最后使得電梯停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）斷電后制動器立即抱閘，但未能完全制停曳引輪，此時曳引輪與鋼絲繩仍在向下運(yùn)轉(zhuǎn)，最后導(dǎo)致電梯加速至限速器-安全鉗動作電梯停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）斷電后制動器立即抱閘，曳引輪停止運(yùn)轉(zhuǎn)，但鋼絲繩在曳引輪上打滑，在打滑過程中電梯加速至限速器安全鉗動作，最后使得電梯停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

上述狀態(tài)中的第一種是現(xiàn)場檢驗(yàn)最常見的試驗(yàn)狀態(tài)，該試驗(yàn)反映了電梯的曳引能力和制動力等綜合性能較好。第4 種狀態(tài)，制動力符合要求，但曳引能力不足，后3 種狀態(tài)雖能夠使電梯停下來，但是由于安全鉗誤動作后導(dǎo)致，不符合檢規(guī)要求。

■試驗(yàn)結(jié)果分析

上述電梯運(yùn)行狀態(tài)1 是現(xiàn)場檢驗(yàn)常見情況，但同時發(fā)現(xiàn)同品牌同型號同規(guī)格電梯的制停距離并不一樣，甚至相差很大。而后3 種描述限速器-安全鉗動作的運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)案例數(shù)占試驗(yàn)設(shè)備總數(shù)的比例較低。

1.電梯制停距離影響因素

1.1 制動力

假設(shè)轎廂125%額定載荷制停試驗(yàn)是一個勻減速運(yùn)動過程。根據(jù)式（1）可知，影響制停距離的主要因素是轎廂的減速度，而轎廂的運(yùn)行是電機(jī)通過驅(qū)動曳引輪的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動轎廂運(yùn)行。因此，在運(yùn)行過程中轎廂的減速度與曳引輪的減速度幾乎一致，從而可得出式（2）：

式中：a為轎廂線加速度（曳引輪線加速度）；R為曳引輪半徑；1ε為制動輪角加速度；2ε為曳引輪角加速度；1n為制動輪轉(zhuǎn)速；n2為曳引輪轉(zhuǎn)速。

從式（2）中知曳引輪的線加速度（簡稱加速度）與曳引輪半徑、制動輪角加速度、曳引輪轉(zhuǎn)速成正比，而與制動輪轉(zhuǎn)速成反比。由于制動輪的運(yùn)轉(zhuǎn)受制動器制動力控制，在制停過程中制動力越小，制動輪的角加速度越小。因此，現(xiàn)場進(jìn)行125%額定載荷下行制動試驗(yàn)時，若發(fā)現(xiàn)轎廂制停距離過大，可綜合制動器閘瓦磨損等情況判斷轎廂制動能力是否符合規(guī)范要求。

1.2 曳引力

根據(jù)規(guī)范附錄M 曳引力計算公式的要求，轎廂裝載和緊急制動工況下應(yīng)滿足式（3）要求。

式中：1T、T2為曳引輪兩側(cè)曳引繩拉力；f為當(dāng)量摩擦系數(shù)；α為曳引繩在曳引輪上的包角。

在進(jìn)行125%額定載荷試驗(yàn)狀態(tài)時，1T為轎廂側(cè)拉力，2T為對重側(cè)拉力。在制停過程中，轎廂側(cè)加速度和對重側(cè)加速度大小一致、方向相反，故得出加速度的式（4）。從式（4）可知，加速度與當(dāng)量摩擦系數(shù)成一定的正比例關(guān)系。在其他條件一定時，曳引輪與鋼絲繩間的當(dāng)量摩擦系數(shù)越小，加速度就越小。因此，現(xiàn)場進(jìn)行125%額定載荷下行制動試驗(yàn)時，若發(fā)現(xiàn)轎廂制停距離過大，可綜合曳引輪槽、鋼絲繩磨損等情況判斷曳引能力是否符合規(guī)范要求。

式中：1m為轎廂側(cè)重量；m2為對重側(cè)質(zhì)量；P為轎廂自重；K為平衡系數(shù)；Q為額定載荷。

1.3 平衡系數(shù)

根據(jù)式（4）可知，當(dāng)電梯的當(dāng)量摩擦系數(shù)、包角等其他條件一定時，制停過程中電梯的減速度與平衡系數(shù)有關(guān)。當(dāng)平衡系數(shù)越小，轎廂的減速度越小。因此，為避免試驗(yàn)過程中發(fā)生蹲底事故，必須現(xiàn)場實(shí)測電梯的平衡系數(shù)。

2.限速器-安全鉗動作原因分析

限速器的鋼絲繩繩頭部與轎廂緊固在一起，并通過機(jī)械連桿與安全鉗連接。如果轎廂超速至限速器動作速度時，將觸發(fā)夾繩裝置夾緊鋼絲繩。而當(dāng)轎廂繼續(xù)下降時，限速器鋼絲繩提拉機(jī)械連桿從而拉動安全鉗夾住導(dǎo)軌產(chǎn)生摩擦力，最終使得電梯制停。因此，在125%額定載荷制動試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)限速器-安全鉗動作致電梯制停的原因可能有以下兩種：①限速器-安全鉗動作速度不在標(biāo)準(zhǔn)范圍，相對正常值偏??；②限速器動作范圍合格但是電梯在試驗(yàn)過程中加速至限速器動作。

第①種導(dǎo)致電梯加速的情況是由于限速器動作速度偏小，導(dǎo)致電梯試驗(yàn)過程中限速器動作。因此，試驗(yàn)前要求維保單位對限速進(jìn)行器校驗(yàn)。

第②種導(dǎo)致電梯加速的情況是由于電梯在斷電后制動器沒有及時響應(yīng)抱閘，轎廂在這段滯后的短時間內(nèi)繼續(xù)加速，進(jìn)而可能導(dǎo)致限速器動作至安全鉗連桿動作。而產(chǎn)生制動器抱閘響應(yīng)滯后的原因主要是當(dāng)前國內(nèi)大多數(shù)電梯廠家在采用外購制動器、控制系統(tǒng)等方式進(jìn)行整機(jī)制造時沒有對電氣控制線路等部件進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致制動器控制電路中續(xù)流回路電阻阻值偏小，從而造成制動器響應(yīng)時間過長（GB/T24478-2009《電梯曳引機(jī)》第4.2.2.3 條規(guī)定，制動器響應(yīng)時間應(yīng)不大于0.5s）。

■現(xiàn)場檢驗(yàn)注意要點(diǎn)

通過上文對125%載荷制動試驗(yàn)的分析知，現(xiàn)場試驗(yàn)前應(yīng)確認(rèn)設(shè)備的平衡系數(shù)、曳引能力、制動器、限速器等性能合格的條件下方可進(jìn)行125%載荷制動試驗(yàn)。同時，在檢驗(yàn)過程中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1.鋼絲繩頭結(jié)合處的安全確認(rèn)

由于裝有125%額定載荷的電梯在制動的瞬間會對鋼絲繩繩頭產(chǎn)生一個巨大的沖擊力，特別是老舊電梯的繩頭組合、巴氏合金澆鑄等容易出現(xiàn)松動斷裂的繩頭結(jié)合處，應(yīng)重點(diǎn)檢查其連接強(qiáng)度。由于125%額定載荷試驗(yàn)過程中可能會發(fā)生限速器安全鉗聯(lián)動試驗(yàn)，因此對限速器鋼絲繩接頭也需要重點(diǎn)檢察。

2.電梯導(dǎo)軌、主機(jī)等部件強(qiáng)度的安全確認(rèn)

限速器安全鉗聯(lián)動制停電梯，主要是依靠安全鉗與導(dǎo)軌之間的摩擦力制停。因此，在進(jìn)行125%額定載荷試驗(yàn)前，應(yīng)首先檢查導(dǎo)軌的固定連接強(qiáng)度。在定期檢驗(yàn)案例中，存在電梯驅(qū)動主機(jī)軸承斷裂等主機(jī)異響情況。針對此類存在異常情況的電梯，尤其是老舊電梯，應(yīng)注意檢查其主機(jī)運(yùn)行情況以及主機(jī)與橫梁連接強(qiáng)度。

3.轎廂內(nèi)砝碼搬運(yùn)

若試驗(yàn)設(shè)備的制動器閘瓦、曳引輪磨損嚴(yán)重，尤其是老舊電梯因電機(jī)轉(zhuǎn)矩不夠無法運(yùn)載125%額定載荷向上運(yùn)行時，現(xiàn)場維保人員會采用分批運(yùn)輸砝碼至電梯頂層后，再將砝碼搬進(jìn)轎廂。而由于125%額定載荷制動試驗(yàn)時轎廂側(cè)重力大于對重側(cè)重力，可能在搬運(yùn)過程中發(fā)生轎廂意外移動，從而導(dǎo)致在門區(qū)產(chǎn)生剪切危險。

4.斷電操作方式

在現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，現(xiàn)場試驗(yàn)人員常采用以下兩種方式模擬電梯失電制動器抱閘：①拍急停開關(guān)切斷安全回路（控制回路）斷電；②拉總閘切斷主電源斷電。然而拍急停只會使得制動器和電機(jī)等部分元件失電，從而導(dǎo)致部分反饋元器件釋放能量。而拉總閘斷電導(dǎo)致全部元件失電，從而導(dǎo)致全部反饋元器件釋放能量，造成能量反饋集中過大。因此，在進(jìn)行125%額定載荷試驗(yàn)過程中，由于電梯負(fù)載大，切斷總電源儲能元件反饋能量大，容易造成元器件燒壞。因此，建議在試驗(yàn)時采用拍急停的方式實(shí)現(xiàn)制動器失電抱閘。

■總結(jié)

電梯的制動力越小、曳引能力越小則其制停距離越大，從而造成電梯沖頂、蹲底的可能性越大；制動力越大導(dǎo)致制停減速度越大，進(jìn)而造成電梯緊急制停時轎廂內(nèi)人員因減速度過大受傷的可能性越大。因此，加強(qiáng)對125%額定載荷下行制動試驗(yàn)的電梯制動性能和曳引性能綜合檢驗(yàn)項(xiàng)目認(rèn)識和現(xiàn)場判斷能力，是提高電梯檢驗(yàn)質(zhì)量的措施之一。