基于檢驗案例分析影響電梯空載上行制停距離的因素

倪道安

（天津市特種設備監督檢驗技術研究院 天津 300192）

隨著城市化進程不斷加快，高層、超高層住宅和辦公樓增長速度也很快。繁華的都市人口密度高度地集中，使得電梯成為人們生活中不可或缺的一種重要垂直交通運輸工具，隨之而來的電梯安全問題日益受到社會和媒體的強烈關注。

曳引能力作為曳引式電梯運行至關重要的條件，在不同工況下的曳引條件是否滿足要求是決定著電梯運行是否安全可靠。由曳引鋼絲繩和曳引輪之間相互摩擦產生的曳引力隨著電梯在實際使用環節使用頻次、運轉頻率的不斷累積，致使曳引鋼絲繩和曳引輪輪槽發生不可逆的損耗，磨損到一定程度后將造成曳引條件弱化直至完全失去曳引能力。曳引輪槽磨損是日常檢驗中重要檢驗項目，為驗證輪槽磨損是否影響曳引能力，需要通過TSG T7001—2009《電梯監督檢驗和定期檢驗規則—曳引與強制驅動電梯》（含1、2號修改單，以下簡稱TSG T7001）8.9空載曳引檢查、8.10上行制動工況曳引檢查、8.11下行制動工況曳引檢查及8.12靜態曳引檢查（其中8.12適用于曳引驅動載貨電梯）[1]試驗結果進行綜合分析、判定。

本文結合筆者在實際檢驗工作中發現的檢驗案例，即受檢電梯在上行制停位移遠超出中國特種設備檢驗協會發布的T/CASEI T102—2015《曳引驅動電梯制動能力快捷檢測方法》（以下簡稱T/CASEI T102）關于制停距離的推薦值[2]，且在減速區段速度曲線出現波峰-波谷的異常抖動現象，通過空載上行制動工況曳引檢查試驗，通過測量上行制停位移，對同一批次相同配置的其他電梯重復同樣試驗過程，比對分析找出可能存在的原因。此外，通過建立數學模型，分析電梯系統質量對空載上行制動工況曳引檢查試驗制停位移及制停速度的影響。

1 檢驗案例情況

筆者在對一臺使用超過十年的曳引驅動乘客（為行文便宜，稱該梯為A梯）電梯實施定期檢驗時發現：

1）曳引輪輪槽存在嚴重磨損、磨損不均勻現象，初步懷疑輪槽磨損可能會影響曳引能力；

2）在進行檢規8.9項空載曳引試驗時發現A梯上行制動距離過長，懷疑其曳引能力存在問題。

2 問題分析

為驗證上述疑問，筆者根據TSG T7001§2.7（3）項中檢驗內容、要求及方法，綜合TSG T7001§8.9空載曳引檢查、TSG T7001§8.10上行制動工況曳引檢查、8.11下行制動工況曳引檢查三項試驗結果來判定當前輪槽磨損量是否影響曳引能力。在進行上述試驗前，應首先進行平衡系數試驗，根據TSG T7001§8.1檢驗方法，轎廂分別裝載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%進行上、下全程運行，當轎廂和對重運行到同一水平位置時，記錄電動機的電流值，繪制電流-負荷曲線（見圖1），以上、下行運行曲線的交點確定平衡系數，根據圖2可知A梯平衡系數約為45%，在TSG T7001要求的范圍值內。檢驗人員隨后對小區內同批次同型號同規格的其他電梯平衡系數也進行了測試，均符合要求。

圖1 A梯電流-負荷曲線

隨后在進行TSG T7001§8.10上行制動工況曳引檢查試驗時，發現其制停位移達到了1.8m遠超出T/CASEI T102給出的推薦值（對于額定速度為1.5m/s的電梯空載上行制動距離的合理范圍為0.68m～1.24m）。筆者結合其他檢驗項目，綜合判定該梯的本次定期檢驗結論為不合格，出具特種設備整改意見通知書，理由是曳引輪輪槽磨損嚴重且不均勻，導致曳引能力不足，存在安全隱患，告知使用單位應立即停止使用。該梯在檢驗后被判定為不合格后進行了重大修理，施工涉及項目為更換曳引輪、抱閘閘皮和鋼絲繩。在實施重大修理以后進行的監督檢驗時發現其上行制動工況曳引檢查試驗制停位移確實較重大修理前的定期檢驗有所減小（多次測量后的平均值為1.4m），但仍超出T/CASEI T102給出的制停位移推薦值。

針對此現象，筆者又對同一小區類似服役環境的其他相同型號相同規格相同配置的B梯進行比對試驗分析，B梯上行制動工況曳引檢查試驗制停位移在T/CASEI T102給出的制停位移推薦值范圍內（實測空載上行制停距離為1.1m）。對井道有關檢驗項目檢驗發現，A梯對重塊數量較其他電梯多出2塊（經測算每塊對重塊重約47kg），經檢查A梯、B梯對重塊的規格和質量與同批次電梯對重塊無明顯的差異，鑒于A梯在本次定期檢驗不合格后更換了曳引輪和鋼絲繩，輪槽、鋼絲繩無過度磨損現象，且前面經測算該批次電梯平衡系數均在規定范圍內，可排除因平衡系數過大、對重側較轎廂側重使得對重側拉力增大，進而增大了空載上行制動工況曳引檢查制動距離。

同批次同規格同型號且平衡系數基本相同的電梯，而對重質量卻要多出將近100kg，著實讓人匪夷所思。檢驗過程中，在與同現場維護保養人員的交流中得知在該梯重大修理以前因曳引輪輪存在槽磨損嚴重且不均勻的現象，因此嘗試通過同時增加轎廂側和對重側的質量以增加鋼絲繩與曳引輪間的正壓力，從而增大鋼絲繩-曳引輪之間的摩擦力、曳引力，即維護保養人員在對重側增加近100kg的同時在轎廂底部增加了相同重量的配重，以增大轎廂自身質量，保證了平衡系數在規定的范圍內。得知該情況后，筆者要求維護保養人員同時拆除轎廂側和對重側增加的配重塊，并重新根據TSG T7001§8.1檢驗方法測算了A梯平衡系數約為42%，在要求的范圍內。隨后進行了上行制動工況曳引檢查試驗，結果表明，制停距離在T/CASEI T102給出的推薦值范圍內。

3 電梯系統質量對空載上行制停位移的影響分析

筆者通過建立一個理想狀態的物理模型來分析系統質量對空載上行制停距離的影響。由于曳引輪軸承的摩擦、軌道與轎廂的摩擦很難測量且在同一電梯中數值基本固定，所以在本模型中并沒有考慮。

該電梯驅動主機為永磁同步曳引機，基本參數為：額定速度V=2.0m/s；額定載重量Q=1000kg；平衡系數為q=0.45；曳引輪為未經硬化處理的V型槽；曳引輪槽下部切口角β=90°。

空載上行制動試驗是對電梯曳引能力以及制動力的綜合實驗，其中曳引能力的優劣表現在繩輪之間的位移；制動力的優劣表現在曳引輪的滑移。上行制動距離就是繩槽滑移量與曳引輪在制動后轉動所產生位移的和。因此我們分別進行討論。

3.1 系統質量對曳引能力的影響

假設在進行空載制動試驗時轎廂和對重處在等勢面上，并且在制停的過程中制動器可以在斷電的同時將曳引輪制停。（從而忽略制動力不足對空載上行制動試驗中制停距離的影響）

根據機械能守恒定律：

即

式中：

E動——制停前系統動能；

E勢——制停前系統勢能；

E’動——制停后系統動能；

E’勢——制停后系統勢能；

F——摩擦力所消耗的功；

f——當量摩擦系數；

M1——轎廂總質量；

M2——對重總質量；

Q——電梯額定載重量；

q——電梯平衡系數；

M——系統總質量。而其中：

代入式（1）中得

由于該梯使用的曳引輪為未經硬化處理的V型槽根據國標附錄M，在制停工況時：

代入式（3）得出f=0.17；

將電梯基本參數以及計算所得結果代入式（1）中可得：

據此繪制出系統質量與繩槽滑移量的關系曲線。

圖2 系統質量與繩槽滑移量關系圖

由圖2可知隨著系統總質量的增加，繩槽滑移量會逐漸減少，但從圖中曲線可知隨著系統質量的增加繩槽滑移量逐漸趨近于一個固定值。當系統總質量達到3500kg之后即使增加系統質量對繩槽滑移量的影響也變得極小，即當系統質量達到一定閾值時由曳引力所影響的繩槽滑移量并不會隨著系統總質量的增加而增加。由于此系統中并未考慮軸承之間以及軌道與轎廂的摩擦，會使模擬的結果偏大，且在系統質量過低時由于正壓力不足使繩槽之間摩擦變小，而由于沒有考慮其他的摩擦，致使繩輪之間的滑移距離急劇增大，與實際數值有所不符，只能通過該圖觀察系統質量與繩槽滑移量之間的關系。

3.2 系統質量對制動力的影響

該電梯主機采用的是永磁同步曳引機，其制動輪與曳引輪同軸且無相對位移。制動輪上受到的徑向力為曳引繩摩擦力和制動器產生的制動力，兩力方向相反。

根據剛體定軸轉動定律[4]：

式中：

μ——制動器摩擦系數；

F壓——制動器制動力；

D——曳引輪直徑；

J——曳引輪轉動慣量；

α——曳引輪角減速度。

對于一臺電梯，公式中的μ、F壓、D、J都是定量的值，而α為曳引輪角減速度。

可以將曳引輪角減速度視為制動器所產生的制動效果，即在制動器工作后曳引輪由于慣性產生的轉動，其產生的線距離即制動力對上行制停距離的影響。由式（5）可知α會隨著系統質量的變大而變小，而此變化是為線性變化。曳引輪角減速度變小會導致曳引輪由額定轉速到靜止的時間變長，而制停時間變長，隨著曳引輪轉動的鋼絲繩位移也會增大，由曳引輪減速所產生的制停距離會因此而變大，由此可知上行制動距離中由制動力所影響的距離會隨著系統質量的變大而變大，且呈線性變化。

由于上行制動距離包含繩槽滑移量和曳引輪在制動后轉動所產生位移，結合3.1和3.2的結果可以看出系統質量的變化會對轎廂空載上行制停距離造成影響。在同等條件下適當增加系統質量的確可以使鋼絲繩與曳引輪之間的正壓力增大從而加大鋼絲繩與曳引輪之間的摩擦，減小曳引輪與繩槽之間的滑移，縮短上行制停距離，但隨著系統質量的增大達到一定值之后制停距離就會達到穩定，而增加系統質量會持續增加制動器的制停距離。在本案例中，系統質量增加，使鋼絲繩與曳引輪之間的滑移量減小，而使制動器的制動距離增大，但是減小量不足以抵消增大量，故最終導致空載上行制動距離變大。

4 建議與對策

4.1 檢驗檢測方面

新裝曳引式電梯在投入使用前的監督檢驗及每個五年需進行的125%荷載制動試驗，均應測量電梯平衡系數，當平衡系數滿足TSG T7001要求或者符合制造（改造)單位的設計值時，應在對重側做出具有能夠快速識別對重塊數量的有效措施（例如標明對重塊的數量或者總高度)。監督檢驗應驗證是否滿足TSG T7001要求，如不滿足請查閱制造或改造廠家設計值；定期檢驗應重點檢查對重塊標識的數量、高度等是否齊全，同時還應查看轎廂頂部和底部是否放置重物（如過度裝飾物）、配重等。目前仍在改革且或將實施的電梯定期檢測活動，應重點關注鋼絲繩、曳引輪槽磨損情況，必要時應進行試驗驗證曳引條件是否滿足相應工況要求，曳引能力是否可靠有效。

4.2 維護保養方面

維保單位在周期性的檢查、維護保養活動中，應重點查看曳引鋼絲繩、曳引輪槽磨損情況，如經TSG T7001§8.9空載曳引檢查、TSG T7001§8.10上行制動工況曳引檢查、TSG T7001§8.11下行制動工況曳引檢查及TSG T7001§8.12靜態曳引檢查等有關試驗得知兩者磨損值影響曳引能力的，應立即告知使用單位電梯存在的安全隱患，同時維保人員也扮演著監督角色的社會公眾有權向監督管理部門報告。

5 總結

通過上行制動工況曳引檢查試驗，有助于快速了解受檢電梯曳引能力是否滿足要求，在實際檢驗檢測還應結合TSG T7001§8.9空載曳引檢查、TSG T7001§8.10上行制動工況曳引檢查、TSG T7001§8.11下行制動工況曳引檢查及TSG T7001§8.12靜態曳引檢查等有關試驗綜合判定，并以制動距離、制動減速度作為判定指標，從而判定曳引能力是否存在重大安全隱患。此外，還應重點關注電梯在投入使用后是否存在引起電梯平衡系數變化的再裝修裝飾（如加裝轎廂空調設備），確保曳引條件滿足要求以保證電梯安全平穩運行。