一起轎廂墜落事故的原因分析與預防措施

程文超，吳 兵，方少林

（蘇州華碧微科檢測技術有限公司，江蘇蘇州 215000）

0 引言

隨著我國現代化建設的速度越來越快，人們對物質生活的要求越來越高[1-3]，電梯已不再是人員密集區域的購物中心、交通樞紐等場所的專屬設備。別墅作為一種新型的住房，能夠滿足幾代人同時居住，而且私密性強，逐漸成為高收入家庭購房時的首選，而家用升降機作為一種非標產品也越來越被廣泛安裝在別墅內，而家用升降機引發的事故也越來越多[4-6]。因此，本文通過一起升降機轎廂墜落事故，分析轎廂墜落原因，并提出預防措施。

1 事故案例

1.1 設備情況

目前的載重升降裝置大致分為3 類：剪叉式移動升降平臺、曲臂式升降平臺、導軌式固定升降平臺[7-9]。案例升降機為家用無機房升降機，安裝于別墅住宅內，共5 層5 站。升降機驅動方式為液壓驅動，轎廂上行過程采用液壓驅動方式，下行時利用轎廂自重。供電電源為220 V 市電，升降機額定速度0.6 m/s，額定載重450 kg，于2017 年10 月安裝完成并開始使用。

1.2 事故介紹

由于該別墅業主經常出差在外，升降機使用頻率不高。2018 年10 月業主單獨一人乘坐升降機從5 樓下行，下行過程中轎廂突然卡頓，隨后轎廂發生墜落，跌落至井道底部，乘客受傷。升降機提升裝置中的橫梁架鋼板斷裂，墜落至井道（圖1）。

圖1 橫梁架墜落現場

2 原因分析

通過向業主了解情況并對墜落升降機現場進行勘察，根據升降機使用人員和電梯維保人員反饋，升降機使用頻率很低，升降機從安裝結束到使用期間未進行過保養工作，事發當時轎廂中有1 名乘客，未超載運行。

2.1 工作原理

升降機液壓提升系統主要包括電機、油泵、油箱、閥件、液壓油缸、鏈條。轎廂上行時，液壓系統油路中的電磁閥門打開，由電機驅動油泵給液壓油缸充油，液壓油缸活塞桿向上移動，活塞桿頂部橫梁架通過2 根鏈條牽引轎廂沿導軌上行。轎廂上升到指定層站，觸發井道中的限位傳感器，油路中電磁閥門關閉，轎廂停止上升。轎廂下行時，液壓系統油路中的電磁閥門打開，在活塞桿、橫梁架、轎廂自重作用下，液壓油缸中的液壓油回流入油箱，活塞桿下行，轎廂通過牽引鏈條沿導軌下降。轎廂下降至指定層站觸發限位傳感器，電磁閥門關閉，活塞桿停止下降。升降機結構示意見圖2。

圖2 升降機結構示意

2.2 提升系統導軌摩擦分析

升降機的轎廂安裝在升降平臺上，升降平臺單側有導軌滑動機構，滑動機構上有4 個導靴和1 根橫梁。導靴為滑動形式，左右各分布2 個，上下2 個導靴安裝距離約700 mm，導靴高度為80 mm，轎箱寬1200 mm。橫梁上安裝2 根板式鏈條，鏈條從橫梁向上先經過液壓油缸活塞桿頂部橫梁架上的導向輪，方向轉為向下，再經過井道導軌中部的導向輪，方向轉為向上，連接至活塞桿頂部橫梁架。

升降系統導軌布置在轎廂同側，轎廂和乘客的重心位置不同時，會對提升平臺產生不同的彎矩，彎矩作用在導軌即表現為導靴與導軌的摩擦力，乘客在轎廂中的站位，對該摩擦力的大小有影響。

轎廂運行中與導軌之間的受力分析：根據《機械設計手冊》（第5 版）[10]，假設導軌與尼龍導靴之間的摩擦未潤滑，摩擦因數μ 取0.37～0.57，轎廂沿導軌勻速直線運行，對導軌摩擦力進行分析。

式中 F——導靴與導軌摩擦接觸壓力，N

Ff——導靴與導軌摩擦接觸壓力，N

μ——滑動摩擦因數，取0.37～0.57

m0——轎廂自重，取60 kg

m1——乘客質量，kg

s——轎箱乘客站位與導軌之間的垂直距離，mm

l0——轎廂1/2 寬度，取600 mm

g——重力加速度

分別取不同摩擦因數和不同乘客重量，計算轎箱乘客站位與導軌之間的垂直安全距離（圖3）。導軌與導靴之間的潤滑不良時，隨著摩擦因數的增大，轎廂中乘客距離導軌之間的安全距離會降低，乘客靠近導軌側會比較安全。

圖3 乘客轎廂安全距離與摩擦因數關系

2.3 升降機部件斷口分析

升降系統中橫梁架部件有板材斷裂和開裂（圖4），采用體視顯微鏡對板材斷口進行分析，確定斷裂源的源區、擴展區、斷裂區，并利用掃描電子顯微鏡分別對各個區域進行觀察。

橫梁架板材斷口宏觀形貌整體未見明顯塑性變形，宏觀可見明顯的放射狀花樣和光亮的晶粒外形（圖5），源區位于放射狀臺階收斂處橫梁架板材內表面，向外側擴展開裂。橫梁架板材斷口斷裂源區附近微觀形貌為沿晶形貌+解理形貌+瓦納線形貌，見圖6、圖7；擴展區微觀形貌以解理形貌為主，見圖8、圖9；最后斷裂區微觀形貌以韌窩形貌為主，見圖10、圖11[11～13]。

圖4 升降機橫梁架

通過橫梁架板材斷口觀察和分析，斷口類型為脆性斷口，不存在長時間使用引起的疲勞斷裂。

2.4 升降機維護保養分析

對升降機軌道表面進行觀察發現無明顯潤滑油（圖12）。檢查導軌潤滑油杯，發現潤滑油極少，未能淹沒潤滑油繩，增大了在轎廂上行和下行時導靴與導軌之間的摩擦力。

圖5 橫梁架板材斷口宏觀形貌

圖6 裂紋源區（500×）

圖7 裂紋源區（1000×）

圖8 裂紋擴展區（500×）

圖9 裂紋擴展區（1000×）

圖10 裂紋斷裂區（500×）

圖11 裂紋斷裂區（1000×）

圖12 導軌表面

2.5 升降機安全部件分析

升降機系統中未見安裝類似安全鉗、限速器、緩沖器、安全懸掛繩等安全部件。檢查井道和底坑，該升降機未安裝其他安全裝置以阻止轎廂意外下行，沒有緩沖裝置緩沖轎廂下行速度，在轎廂意外下降時，增加了乘客人身安全隱患。

3 綜合分析

導軌未進行及時潤滑，導軌與導靴摩擦力變大，在乘客乘坐升降平臺時，乘客在轎廂中的站位會引起轎廂下行卡頓，升降系統沒有安裝背壓裝置，液壓缸持續下降，提升轎箱的提升鏈不受力，當導軌不卡頓時，轎廂自由落體與提升鏈發生沖擊，提升鏈斷裂，轎廂墜落井道。

4 預防措施

該家用升降機雖不作為電梯進行特種設備監督檢驗，但其安裝在單一家庭住宅中時，應采取以下措施預防使用中出現危險。

（1）優化結構設計。在設計上，轎廂的提升機構、導軌的布置應當考慮轎廂重心作用在導軌表面的摩擦力，使用前結合計算機仿真進行模擬分析和系統安全評價，減少使用中因結構不合理引起的危險事故。

（2）增加安全裝置。該家用升降機轎廂用于載人時，缺少足夠的安全裝置部件，以避免發生墜落、剪切、碰撞等安全事故。產品生產廠家應對產品進行優化設計，調整設備配置，增加設備載人時的安全裝置。

（3）加強維護保養。在大多數情況下，設備發生傷人事故，除了設備本身的故障或設計缺陷外，與設備的使用以及維修都有關系。作為一種家用設備，沒有人員負責監督和管理時，更應該建立一套家用設備定期維護保養的方法，定時聯系專業人士對升降機進行保養，確保設備功能正常。

（4）完善監督機制。家用升降機作為一種小型家用提升系統，屬于非標設備，沒有國家和行業標準，缺少系統的設計制造安裝指導文件，因此需要對該類產品完善相關監督機制，從產品的開發設計、生產制造、安裝驗收、使用、維護保養等環節進行監督，避免使用中出現安全事故。