電梯運(yùn)行阻力大、電動(dòng)機(jī)溫升過(guò)高的檢驗(yàn)案例分析

張俊杰

摘? 要：我國(guó)是電梯使用大國(guó)，電梯的運(yùn)行安全關(guān)乎人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。曳引驅(qū)動(dòng)部件是電梯的核心部件，傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)能耗高、噪聲大且易發(fā)生運(yùn)行故障。該文作者在對(duì)某電梯定期檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其存在運(yùn)行阻力大、電機(jī)溫度高的現(xiàn)象，通過(guò)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(guò)程中螺旋角不一致、制造公差超標(biāo)、蝸桿軸的軸間游動(dòng)間隙偏小，潤(rùn)滑和熱補(bǔ)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(yùn)行阻力;電機(jī);檢驗(yàn)案例

中圖分類(lèi)號(hào)：TM306? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

我國(guó)是電梯使用大國(guó)，根據(jù)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局公布的2019年數(shù)據(jù)，全國(guó)的在用電梯保有量已達(dá)到709萬(wàn)余臺(tái)，占所有特種設(shè)備數(shù)量的46%以上[1]。電梯關(guān)乎人們的日常出行安全，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局出臺(tái)了設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢驗(yàn)、維護(hù)保養(yǎng)的全過(guò)程監(jiān)管以保障其安全運(yùn)行。電梯的定期檢驗(yàn)是保障其安全運(yùn)行的一種重要方法，對(duì)定期檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行深入分析，掌握其發(fā)生的原因，對(duì)于防范事故化解風(fēng)險(xiǎn)和警示后人具有重要意義。筆者通過(guò)在電梯檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一臺(tái)設(shè)備，存在運(yùn)行阻力大，電機(jī)溫度過(guò)高的案例進(jìn)行分析，給同行帶來(lái)一些參考。

1 設(shè)備基本情況

某單位使用的一臺(tái)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(mén)12站的有齒曳引VVVF控制的乘客電梯。該單位安全意識(shí)較高，在電梯投用后都及時(shí)申報(bào)了定期檢驗(yàn)，以往檢驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)異常情況，在2019年定期檢驗(yàn)時(shí)候，發(fā)現(xiàn)其存在電梯運(yùn)行阻力大、電動(dòng)機(jī)溫升過(guò)高的情況。

2 故障表現(xiàn)

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

3 問(wèn)題分析與處理

通過(guò)分析研究，該次檢驗(yàn)中問(wèn)題的主要表現(xiàn)為電梯傳動(dòng)阻力大，運(yùn)行電流增大，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生大量熱能，溫升超標(biāo)。綜合考慮電梯的運(yùn)行環(huán)境、該電梯的曳引傳動(dòng)特性，推測(cè)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(xiàn)狀，使電梯運(yùn)行產(chǎn)生卡阻，針對(duì)這種判斷，對(duì)軌道的間距按檢規(guī)的要求進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)利用激光鉛垂儀對(duì)軌道的垂直度進(jìn)行檢測(cè)，有些區(qū)段還用磁力線(xiàn)墜分段測(cè)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(jī)和減速箱匹配的原因以及電機(jī)的功率達(dá)不到要求的影響

3.2.1 與設(shè)計(jì)文件進(jìn)行核對(duì)

檢查整機(jī)型式試驗(yàn)報(bào)告，并詢(xún)問(wèn)了型式試驗(yàn)單位，電機(jī)的型號(hào)與和功率以及額定電流等參數(shù)與型式試驗(yàn)的樣機(jī)相符合;減速箱的減速比以及銘牌內(nèi)容與型式試驗(yàn)的樣機(jī)相符合，使用單位在使用過(guò)程中不存在私換上述配件的情況。

3.2.2 電動(dòng)機(jī)輸出功率驗(yàn)證

對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣性能進(jìn)行了測(cè)量，同時(shí)斷開(kāi)聯(lián)軸器，測(cè)出電動(dòng)機(jī)的空載電流，這兩項(xiàng)值都符合要求，并與原電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家聯(lián)系，確認(rèn)了電動(dòng)機(jī)輸出功率符合要求。

根據(jù)以上2點(diǎn)可以排除電機(jī)輸出功率以及電動(dòng)機(jī)與減速箱匹配的原因引起的發(fā)熱過(guò)大的問(wèn)題。

3.2.3 蝸輪、蝸桿減速箱故障原因

電梯出現(xiàn)運(yùn)行阻力大、電動(dòng)機(jī)溫升過(guò)高的情況如下。1）蝸輪、蝸桿不潤(rùn)滑，影響運(yùn)行。2）蝸輪、蝸桿材料不符合要求以及表面處理達(dá)不到硬化表面的要求，運(yùn)行中產(chǎn)生咬合。 3）蝸輪、蝸桿是舊設(shè)備回收后翻新產(chǎn)品，齒表面磨損嚴(yán)重，內(nèi)層硬度達(dá)不到運(yùn)行要求，運(yùn)行中產(chǎn)生咬合。 4）蝸桿軸與電機(jī)軸不同心而影響運(yùn)行。 5）蝸輪、蝸桿在制造安裝過(guò)程中蝸輪、蝸桿的螺旋角不一致，制造公差超標(biāo)，同時(shí)蝸桿軸的軸間游動(dòng)間隙偏小，使軸承得不到良好的潤(rùn)滑，在產(chǎn)品出廠(chǎng)時(shí)未做負(fù)載試驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)以上問(wèn)題。

針對(duì)這5種可能性，打開(kāi)減速箱頂孔，對(duì)減速箱進(jìn)行了檢測(cè)。1）首先，檢查了減速箱的油位，油位符合潤(rùn)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(xiàn)分明，非返修齒輪，同時(shí)用硬度計(jì)和便攜式金相儀，對(duì)蝸輪齒面的材料和表面硬度進(jìn)行了檢測(cè)均符合《設(shè)計(jì)手冊(cè)》中和電梯行業(yè)對(duì)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(cè)量了蝸桿軸和電機(jī)軸的同心度，結(jié)果符合要求，排除第4條的可能性。 4）開(kāi)動(dòng)電梯觀察蝸輪、蝸桿的運(yùn)行情況，蝸輪、蝸桿運(yùn)行中確實(shí)存在咬合現(xiàn)象，而且非常嚴(yán)重。據(jù)分析咬合的原因就是因?yàn)橹圃熘泄畛瑯?biāo)，導(dǎo)致螺旋角不一致或裝配時(shí)蝸桿軸的軸向游動(dòng)間隙過(guò)小而引起的。

排除其他因素，確定這一因素是造成這一問(wèn)題的主要原因后，發(fā)函至廠(chǎng)家要求另發(fā)一臺(tái)同型號(hào)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(duì)整部電梯進(jìn)行了全面的檢驗(yàn)（包括平衡系數(shù)，運(yùn)行電流，負(fù)載運(yùn)行試驗(yàn)等），各個(gè)項(xiàng)目均符合要求，圓滿(mǎn)地解決了這次檢驗(yàn)中問(wèn)題，確保了這部電梯安全可靠、方便舒適地運(yùn)行，得到了用戶(hù)和廠(chǎng)家的好評(píng)。

4 有齒曳引技術(shù)和無(wú)齒曳引技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

通過(guò)上述問(wèn)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(wú)齒曳引技術(shù)的優(yōu)劣。從電梯的結(jié)構(gòu)上看，曳引機(jī)是電梯中最為核心的驅(qū)動(dòng)部件，制造時(shí)它選擇的合理與否與電梯后續(xù)的運(yùn)行安全具有重大影響。從曳引機(jī)的發(fā)展歷程上看，它經(jīng)歷了蝸輪鍋桿傳動(dòng)、行星齒輪和斜齒輪傳動(dòng)等技術(shù)，現(xiàn)在運(yùn)用最廣泛的是永磁同步曳引機(jī)，它以一系列優(yōu)點(diǎn)如體積小、損耗低、能效高，而得以廣泛的運(yùn)用。現(xiàn)在永磁同步曳引機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家眾多，造價(jià)也適中，已經(jīng)在新裝客梯中占據(jù)主流[2]。

永磁同步電機(jī)是伴隨著新型永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的，相對(duì)于其他曳引電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，但是效率高、控制靈活的優(yōu)勢(shì)。采用永磁同步曳引系統(tǒng)不需要配設(shè)減速箱，可以避免機(jī)械摩擦、振動(dòng)、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(wèn)題。整機(jī)環(huán)保噪聲低，部件不易損壞，基本可以做到免維護(hù)。

在安全性能來(lái)看，有齒曳引或者非永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯，如果要下行制停，采取的是轎廂下行速度達(dá)到額定速度觸發(fā)限速器和安全鉗的形式，這類(lèi)電梯最大的缺陷是轎廂上行速度如果超標(biāo)，則無(wú)法制停。而永磁同步電梯就解決了這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)電梯失電或者上行速度過(guò)大的時(shí)候，電機(jī)所發(fā)的電量可用于制動(dòng)電阻上，產(chǎn)生反向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。而制動(dòng)電阻可以設(shè)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(shí)現(xiàn)雙向限速。永磁同步電機(jī)曳引系統(tǒng)把曳引輪、制動(dòng)輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子軸智能連接在一起，可以避免制動(dòng)輪和曳引輪傳動(dòng)環(huán)節(jié)失效，最大限度地保證電梯運(yùn)行安全。

對(duì)于一般參數(shù)的乘客電梯來(lái)說(shuō)，永磁同步曳引技術(shù)已經(jīng)成為驅(qū)動(dòng)裝置中的主流。傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)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(wèn)題。蝸輪蝸桿傳動(dòng)中，機(jī)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(jī)械效率高達(dá)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(wú)勵(lì)磁電流，不存在銅損損、鐵損和發(fā)熱等問(wèn)題，定子損耗小，電機(jī)容量也小。永磁體最大的優(yōu)勢(shì)在于其能夠智能調(diào)節(jié)，發(fā)出的電能可以消耗在制動(dòng)電阻上，自動(dòng)調(diào)節(jié)電梯運(yùn)行速度在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)，安全又環(huán)保。

永磁同步曳引技術(shù)還進(jìn)一步解決了能源消耗問(wèn)題。當(dāng)前，節(jié)能問(wèn)題已成為世界關(guān)注的問(wèn)題，能源消耗急劇增長(zhǎng)和能源資源越來(lái)越匱乏是當(dāng)今每個(gè)國(guó)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(guó)和世界其他國(guó)家一樣，經(jīng)歷了蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)到異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，再到永磁同步驅(qū)動(dòng)的發(fā)展歷程。異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)歷經(jīng)直流驅(qū)動(dòng)、交流變極調(diào)速驅(qū)動(dòng)、交流調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動(dòng)和控制的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)，這些驅(qū)動(dòng)方式存在的普遍問(wèn)題就是電機(jī)轉(zhuǎn)速高，能耗大，而電梯實(shí)際運(yùn)行的速度卻很低。現(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(jī)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(yǔ)

在該文的案例中，對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的電梯進(jìn)行全面分析和處理，找到其運(yùn)行阻力大，電機(jī)溫度過(guò)高的原因，給使用單位解決了實(shí)際問(wèn)題。總結(jié)了傳統(tǒng)的有齒輪曳引機(jī)傳動(dòng)和近幾年發(fā)展起來(lái)的永磁同步無(wú)齒輪傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，永磁同步無(wú)齒輪傳動(dòng)的電梯，電機(jī)轉(zhuǎn)速與曳引輪同步，無(wú)減速裝置，省去一個(gè)環(huán)節(jié)也就少一個(gè)出故障的概率，而且在保養(yǎng)維護(hù)中也更簡(jiǎn)單方便，節(jié)能又環(huán)保，所以永磁同步無(wú)齒輪傳動(dòng)在電梯行業(yè)中廣泛采用。

參考文獻(xiàn)

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