郭俊一

（廣州特種機電設(shè)備檢測研究院　廣州　510180）

電梯曳引系統(tǒng)嚴重磨損的危險分析

郭俊一

（廣州特種機電設(shè)備檢測研究院廣州510180）

針對某國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重磨損，導(dǎo)致出現(xiàn)對重壓實緩沖器后曳引輪能繼續(xù)提升空轎廂這一危險現(xiàn)象，從獨特的視角對風險原因進行了理論分析，得出電梯運行至行程最上端時曳引力條件發(fā)生改變，曳引力明顯增強，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險的應(yīng)對措施。

曳引系統(tǒng) 嚴重磨損電梯沖頂 曳引力條件 應(yīng)對措施

電梯是依靠曳引輪與鋼絲繩間的摩擦力帶動鋼絲繩使轎廂和對重做相對運動的設(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)計時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)計都能滿足要求。但是，隨著運行時間的增加，曳引系統(tǒng)會因為摩擦而逐漸磨損。部分高層電梯，由于使用頻繁，負載持續(xù)率高，產(chǎn)生的磨損較為嚴重，這可能會改變電梯原有的曳引力條件。一般認為，磨損后將會導(dǎo)致曳引力下降［1-2］，可能出現(xiàn)轎廂裝載125%額定載荷時鋼絲繩在曳引輪上打滑，或者轎廂在緊急制動時減速度的值，超過緩沖器作用時減速度的值，最終可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。然而，筆者在現(xiàn)場檢驗中發(fā)現(xiàn)，部分高層電梯的曳引系統(tǒng)嚴重磨損后，反而出現(xiàn)曳引力增強的現(xiàn)象，給電梯安全運行帶來了新的風險隱患。

1　現(xiàn)場風險隱患

TSG T7001—2009 《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則—曳引與強制驅(qū)動電梯》中附件A的2.8項明確規(guī)定：曳引輪輪槽不得有嚴重磨損，如果輪槽的磨損可能影響曳引能力時，應(yīng)當進行曳引能力驗證試驗（包括空載曳引力試驗、上行制動試驗、下行制動試驗和125%額定載荷的靜態(tài)曳引試驗）。

筆者做為一名電梯檢驗人員，在電梯年檢中多次發(fā)現(xiàn)某國際著名品牌的高層電梯在運行多年后，經(jīng)常出現(xiàn)鋼絲繩深陷輪槽的情況，懷疑輪槽已處于嚴重磨損狀態(tài)。根據(jù)TSG T7001—2009的要求，對其進行曳引能力驗證試驗。在進行上行制動試驗、下行制動試驗和125%額定載荷靜態(tài)曳引試驗時，并無異常發(fā)生；在進行空載曳引力試驗時，發(fā)現(xiàn)對重壓實緩沖器后，檢修向上行運行，曳引輪能夠繼續(xù)提升空轎廂。持續(xù)向上運行一段距離后，轎廂頂部設(shè)備幾乎撞擊井道頂板，此時對重側(cè)鋼絲繩呈燈籠狀松散的下垂（見圖1）。停止運行電梯，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　空載曳引力試驗中轎廂“懸空”后的對重側(cè)鋼絲繩

毫無疑問，該電梯的輪槽嚴重磨損，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)計得以實現(xiàn)的機械層面的安全措施（對重壓實緩沖器后，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、甚至曳引機拉斷鋼絲繩的事故幾乎不可避免，勢必造成人員傷亡、設(shè)備損壞的后果。

2　原因分析

2.1磨損原因分析

本文以某臺空載曳引力試驗失敗的電梯為例進行研究。經(jīng)過查閱資料及現(xiàn)場觀察、測量發(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。分析認為，因端部鋼絲繩在正常運行時與輪槽無接觸，不產(chǎn)生磨損，其直徑變小是由于長期承重拉伸所致；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)為長期正常運行所產(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)場的鋼絲繩屬于長期正常運行所產(chǎn)生的均勻磨損。

曳引輪-鋼絲繩傳動系統(tǒng)的摩擦磨損機制主要由以下幾個方面：表面疲勞磨損、磨粒磨損、粘著磨損、氧化磨損、沖擊磨損或振動磨損［3］。經(jīng)過現(xiàn)場觀察和實物分析，認為該臺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（對重壓在緩沖器上，曳引機向上方向旋轉(zhuǎn)）曳引力需滿足下面的公式［4］：

式中：

f——當量摩擦系數(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——對重壓在緩沖器上時，曳引輪上空載轎廂側(cè)鋼絲繩的拉力；

T2——對重壓在緩沖器上時，對重側(cè)鋼絲繩的拉力。

本文中轎廂的自重約為1200kg，補償鏈的重量約為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)重量合計約為1412kg；對重側(cè)鋼絲繩的自重約為204kg。經(jīng)計算，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)計滿足滯留工況的曳引力條件。

在空載曳引力試驗中，對重壓在緩沖器上，曳引機向上方向旋轉(zhuǎn)時，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：

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)計值一般為25°到45°［4］，研究對象的γ初始值為36°。本文認為正是運行過程中的磨損導(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）為出廠時的嚙合狀態(tài)；圖2（b）為長期運行、均勻磨損后的嚙合狀態(tài)。從圖2（b）中可以看出，長期運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

當對重壓在緩沖器上，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γ小于32.27°時，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。此時曳引機向上方向旋轉(zhuǎn)時，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，此時滿足裝載工況的曳引力條件T1/T2≤efα，則曳引機停止旋轉(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，此時不滿足裝載工況的曳引力條件T1/T2≤efα，則曳引機停止旋轉(zhuǎn)后，“懸空”的轎廂將會拖動鋼絲繩向下滑動，將對重側(cè)鋼絲繩拉伸至豎直狀態(tài)。

3　應(yīng)對的措施

鑒于該品牌該型號電梯有較大的在用量，提出針對曳引系統(tǒng)嚴重磨損的應(yīng)對措施，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期正常運行產(chǎn)生的均勻磨損。

曳引系統(tǒng)嚴重磨損后的電梯（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)當為最有效的辦法。但該辦法經(jīng)濟成本較高，有一定的局限性。本文提供了一種經(jīng)濟、便捷的整改方案，即通過同時增加轎廂和對重的重量，改變T1/T2的值，來使其重新滿足曳引力條件。轎廂和對重的重量同時增加后，滯留工況下，T1（空載轎廂側(cè)鋼絲繩拉力）增加而T2（對重側(cè)鋼絲繩自重產(chǎn)生的拉力）不變，則T1/T2增大。當T1/T2超過某一臨界值時，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工況即可。T1和T2同時增大后，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為對應(yīng)的另一側(cè)小值），更有利于滿足此時的曳引力條件T1/T2≤efα。

需要注意的是，該項措施應(yīng)在保證驅(qū)動主機、主機支架和安全鉗、導(dǎo)軌等部件滿足受力條件的情況下進行；同時還應(yīng)保證重量增加后鋼絲繩的實際安全系數(shù)不小許用安全系數(shù)。若同時給轎廂和對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，曳引力試驗是檢驗曳引系統(tǒng)能否滿足國標要求的重要判定手段。某國際著名品牌的高層老舊電梯，較大比例地出現(xiàn)了對重壓實緩沖器后，曳引輪能繼續(xù)提升空轎廂的危險現(xiàn)象。如不及時整改，可能出現(xiàn)電梯沖頂、人員傷亡的安全事故。

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

本文提出了針對曳引系統(tǒng)嚴重磨損的應(yīng)對措施。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增加轎廂和對重重量的方法。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，從事電梯安全檢驗工作。

2016-04-05）