電梯運行阻力大、電動機溫升過高的檢驗案例分析

張俊杰

摘? 要：我國是電梯使用大國，電梯的運行安全關(guān)乎人民的生命財產(chǎn)安全。曳引驅(qū)動部件是電梯的核心部件，傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿驅(qū)動能耗高、噪聲大且易發(fā)生運行故障。該文作者在對某電梯定期檢驗時，發(fā)現(xiàn)其存在運行阻力大、電機溫度高的現(xiàn)象，通過技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)其原因是由于蝸輪、蝸桿在制造安裝過程中螺旋角不一致、制造公差超標、蝸桿軸的軸間游動間隙偏小，潤滑和熱補償受阻而造成的。最后介紹了永磁同步曳引技術(shù)的優(yōu)越性，給廣大電梯使用單位選擇產(chǎn)品提供了參考。

關(guān)鍵詞：電梯;運行阻力;電機;檢驗案例

中圖分類號：TM306? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

我國是電梯使用大國，根據(jù)國家市場監(jiān)督管理總局公布的2019年數(shù)據(jù)，全國的在用電梯保有量已達到709萬余臺，占所有特種設備數(shù)量的46%以上[1]。電梯關(guān)乎人們的日常出行安全，國家市場監(jiān)管總局出臺了設計、制造、安裝、檢驗、維護保養(yǎng)的全過程監(jiān)管以保障其安全運行。電梯的定期檢驗是保障其安全運行的一種重要方法，對定期檢驗發(fā)現(xiàn)的一些問題進行深入分析，掌握其發(fā)生的原因，對于防范事故化解風險和警示后人具有重要意義。筆者通過在電梯檢驗中發(fā)現(xiàn)的一臺設備，存在運行阻力大，電機溫度過高的案例進行分析，給同行帶來一些參考。

1 設備基本情況

某單位使用的一臺電梯，2009年制造，已辦理使用登記證，其基本情況為額定載重量為800 kg、速度為1.6 m/s、提升高度為39.21 m、曳引比為1∶1、12層12門12站的有齒曳引VVVF控制的乘客電梯。該單位安全意識較高，在電梯投用后都及時申報了定期檢驗，以往檢驗均未發(fā)現(xiàn)異常情況，在2019年定期檢驗時候，發(fā)現(xiàn)其存在電梯運行阻力大、電動機溫升過高的情況。

2 故障表現(xiàn)

在檢驗時，發(fā)現(xiàn)存在以下3種異常情況。1）乘梯上機房時，發(fā)現(xiàn)電梯在啟動運行過程中阻力較大，非常吃力，在平層時比正常情況又稍快一些。2）定期檢驗時間為9月，氣溫在20 ℃左右，天氣不算炎熱，但是進入機房后，能明顯感覺到機房溫度較高。采用多功能環(huán)境表對機房各方位進行溫度測量，檢測結(jié)果如下。a）機房整體溫度33 ℃。b）曳引機55 ℃。c）電動機70 ℃。3）在平衡系數(shù)檢測過程中，空載下行和額載上行的運行電流超過額定電流5 A和4 A，在75%載荷時運行電流已達到額定電流，平衡系數(shù)超出0.4～0.5，增加對重塊和減少對重塊再進行測試，平衡系數(shù)均不在0.4～0.5，在測試過程中電機溫度升至75 ℃。

3 問題分析與處理

通過分析研究，該次檢驗中問題的主要表現(xiàn)為電梯傳動阻力大，運行電流增大，電動機產(chǎn)生大量熱能，溫升超標。綜合考慮電梯的運行環(huán)境、該電梯的曳引傳動特性，推測可能存在的原因如下。

3.1 軌道原因

軌道間距和垂直度超差，軌道成曲線狀，使電梯運行產(chǎn)生卡阻，針對這種判斷，對軌道的間距按檢規(guī)的要求進行檢測，同時利用激光鉛垂儀對軌道的垂直度進行檢測，有些區(qū)段還用磁力線墜分段測量，結(jié)果均符合要求，根據(jù)這結(jié)果可排除軌道這一因素的影響。

3.2 電機和減速箱匹配的原因以及電機的功率達不到要求的影響

3.2.1 與設計文件進行核對

檢查整機型式試驗報告，并詢問了型式試驗單位，電機的型號與和功率以及額定電流等參數(shù)與型式試驗的樣機相符合;減速箱的減速比以及銘牌內(nèi)容與型式試驗的樣機相符合，使用單位在使用過程中不存在私換上述配件的情況。

3.2.2 電動機輸出功率驗證

對電動機的絕緣性能進行了測量，同時斷開聯(lián)軸器，測出電動機的空載電流，這兩項值都符合要求，并與原電動機生產(chǎn)廠家聯(lián)系，確認了電動機輸出功率符合要求。

根據(jù)以上2點可以排除電機輸出功率以及電動機與減速箱匹配的原因引起的發(fā)熱過大的問題。

3.2.3 蝸輪、蝸桿減速箱故障原因

電梯出現(xiàn)運行阻力大、電動機溫升過高的情況如下。1）蝸輪、蝸桿不潤滑，影響運行。2）蝸輪、蝸桿材料不符合要求以及表面處理達不到硬化表面的要求，運行中產(chǎn)生咬合。 3）蝸輪、蝸桿是舊設備回收后翻新產(chǎn)品，齒表面磨損嚴重，內(nèi)層硬度達不到運行要求，運行中產(chǎn)生咬合。 4）蝸桿軸與電機軸不同心而影響運行。 5）蝸輪、蝸桿在制造安裝過程中蝸輪、蝸桿的螺旋角不一致，制造公差超標，同時蝸桿軸的軸間游動間隙偏小，使軸承得不到良好的潤滑，在產(chǎn)品出廠時未做負載試驗，沒有發(fā)現(xiàn)以上問題。

針對這5種可能性，打開減速箱頂孔，對減速箱進行了檢測。1）首先，檢查了減速箱的油位，油位符合潤滑的要求，排除第1條的可能性。2）檢查了蝸輪、蝸桿齒表面是新制造的，曲線分明，非返修齒輪，同時用硬度計和便攜式金相儀，對蝸輪齒面的材料和表面硬度進行了檢測均符合《設計手冊》中和電梯行業(yè)對蝸輪、蝸桿齒輪的要求，排除了第2、3條的可能性。 3）用百分表等儀器測量了蝸桿軸和電機軸的同心度，結(jié)果符合要求，排除第4條的可能性。 4）開動電梯觀察蝸輪、蝸桿的運行情況，蝸輪、蝸桿運行中確實存在咬合現(xiàn)象，而且非常嚴重。據(jù)分析咬合的原因就是因為制造中公差超標，導致螺旋角不一致或裝配時蝸桿軸的軸向游動間隙過小而引起的。

排除其他因素，確定這一因素是造成這一問題的主要原因后，發(fā)函至廠家要求另發(fā)一臺同型號同參數(shù)的減速箱，貨到后按要求裝配好后，按檢規(guī)要求對整部電梯進行了全面的檢驗（包括平衡系數(shù)，運行電流，負載運行試驗等），各個項目均符合要求，圓滿地解決了這次檢驗中問題，確保了這部電梯安全可靠、方便舒適地運行，得到了用戶和廠家的好評。

4 有齒曳引技術(shù)和無齒曳引技術(shù)的優(yōu)缺點

通過上述問題的成因分析，作為電梯從業(yè)人員，有必要了解電梯的曳引方式中的有齒曳引技術(shù)和無齒曳引技術(shù)的優(yōu)劣。從電梯的結(jié)構(gòu)上看，曳引機是電梯中最為核心的驅(qū)動部件，制造時它選擇的合理與否與電梯后續(xù)的運行安全具有重大影響。從曳引機的發(fā)展歷程上看，它經(jīng)歷了蝸輪鍋桿傳動、行星齒輪和斜齒輪傳動等技術(shù)，現(xiàn)在運用最廣泛的是永磁同步曳引機，它以一系列優(yōu)點如體積小、損耗低、能效高，而得以廣泛的運用?，F(xiàn)在永磁同步曳引機生產(chǎn)廠家眾多，造價也適中，已經(jīng)在新裝客梯中占據(jù)主流[2]。

永磁同步電機是伴隨著新型永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展起來的，相對于其他曳引電機，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，但是效率高、控制靈活的優(yōu)勢。采用永磁同步曳引系統(tǒng)不需要配設減速箱，可以避免機械摩擦、振動、齒廓摩擦等因素造成的噪聲，而且也不存在漏油和廢棄油的處理問題。整機環(huán)保噪聲低，部件不易損壞，基本可以做到免維護。

在安全性能來看，有齒曳引或者非永磁同步電機驅(qū)動的電梯，如果要下行制停，采取的是轎廂下行速度達到額定速度觸發(fā)限速器和安全鉗的形式，這類電梯最大的缺陷是轎廂上行速度如果超標，則無法制停。而永磁同步電梯就解決了這個問題，當電梯失電或者上行速度過大的時候，電機所發(fā)的電量可用于制動電阻上，產(chǎn)生反向的制動轉(zhuǎn)矩。而制動電阻可以設置為可調(diào)，智能的調(diào)節(jié)，將轎廂速度控制在安全范圍之內(nèi)，即可以實現(xiàn)雙向限速。永磁同步電機曳引系統(tǒng)把曳引輪、制動輪和電機轉(zhuǎn)子軸智能連接在一起，可以避免制動輪和曳引輪傳動環(huán)節(jié)失效，最大限度地保證電梯運行安全。

對于一般參數(shù)的乘客電梯來說，永磁同步曳引技術(shù)已經(jīng)成為驅(qū)動裝置中的主流。傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動的電梯中，系統(tǒng)油耗，摩擦損耗，效率低，能耗高一直是電梯技術(shù)中的詬病，而永磁同步曳引技術(shù)則完美地解決了上述問題。蝸輪蝸桿傳動中，機械效率一般在70%～80%，功率因數(shù)為0.65;而永磁同步曳引系統(tǒng)的機械效率高達90%以上，功率因數(shù)接近于1.0[3]。永磁同步曳引技術(shù)采用的是永磁材料，無勵磁電流，不存在銅損損、鐵損和發(fā)熱等問題，定子損耗小，電機容量也小。永磁體最大的優(yōu)勢在于其能夠智能調(diào)節(jié)，發(fā)出的電能可以消耗在制動電阻上，自動調(diào)節(jié)電梯運行速度在標準允許的范圍內(nèi)，安全又環(huán)保。

永磁同步曳引技術(shù)還進一步解決了能源消耗問題。當前，節(jié)能問題已成為世界關(guān)注的問題，能源消耗急劇增長和能源資源越來越匱乏是當今每個國家面臨的重大挑戰(zhàn)。在電梯節(jié)能方面，主要是從曳引技術(shù)上節(jié)能，我國和世界其他國家一樣，經(jīng)歷了蝸輪蝸桿驅(qū)動到異步電機驅(qū)動，再到永磁同步驅(qū)動的發(fā)展歷程。異步電機的驅(qū)動歷經(jīng)直流驅(qū)動、交流變極調(diào)速驅(qū)動、交流調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動和控制的異步電動機變頻調(diào)速驅(qū)動，這些驅(qū)動方式存在的普遍問題就是電機轉(zhuǎn)速高，能耗大，而電梯實際運行的速度卻很低?，F(xiàn)在使用的永磁同步曳引技術(shù)，以其低速大轉(zhuǎn)矩、不需要減速機構(gòu)以及極佳的能耗等優(yōu)越性能逐漸成為電梯行業(yè)的重要組成部分。

5 結(jié)語

在該文的案例中，對發(fā)現(xiàn)問題的電梯進行全面分析和處理，找到其運行阻力大，電機溫度過高的原因，給使用單位解決了實際問題?？偨Y(jié)了傳統(tǒng)的有齒輪曳引機傳動和近幾年發(fā)展起來的永磁同步無齒輪傳動的優(yōu)缺點，永磁同步無齒輪傳動的電梯，電機轉(zhuǎn)速與曳引輪同步，無減速裝置，省去一個環(huán)節(jié)也就少一個出故障的概率，而且在保養(yǎng)維護中也更簡單方便，節(jié)能又環(huán)保，所以永磁同步無齒輪傳動在電梯行業(yè)中廣泛采用。

參考文獻

[1]于海，梁云龍，張遂心.電梯曳引機用油現(xiàn)狀、選用原則及發(fā)展趨勢[J].石油商技，2017（2）：42-45.

[2]張仲明.淺析永磁同步曳引機的優(yōu)缺點[J].價值工程，2015（1）：53-54.

[3]李生保.永磁同步無齒輪電梯的提速改造實例[J]，中國電梯，2020（6）：38-43.