因曳引機失效導致轎廂過度抖動的案例分析

許宏達

（福建省特種設備檢驗研究院泉州分院，福建泉州362200）

0 引言

電梯使用的增長率逐年遞增，根據市場監督管理總局-中國電梯行業商務年鑒的數據顯示，2019年中國電梯的保有量已達700萬臺，2020年中國電梯增長達到107萬臺[1]。電梯的快速增長也帶來了許多電梯故障，要消除故障就必須了解電梯結構，電梯的結構主要由曳引系統、導向系統、重量平衡系統、電力拖動系統、電氣控制系統、轎廂、門系統、安全保護裝置[2]共8大系統組成。其中，曳引系統一般都由曳引機、鋼絲繩、反繩輪、導向輪等組成。曳引機是電梯的動力設備，一般被稱為電梯主機，主要由電動機、制動器、聯軸器、減速箱和曳引輪等組成[3]。

電梯主機按減速器的結構不同可分為有齒輪曳引機（異步機）和無齒輪曳引機（同步機）兩類[4]。其中有齒輪曳引機，由電力拖動裝置通過減速器（蝸輪蝸桿、斜齒輪、行星齒輪）傳遞到曳引輪上。蝸輪蝸桿減速器一般用于低速電梯上，傳動效率低，只能達到70%左右，傳動轉矩大，因此普遍用于低速貨梯中；行星或者斜齒輪曳引機傳動效率可達90%，但加工精度高，成本高[5]。有齒輪曳引機特點主要是傳動比大、結構緊湊、傳動平穩、輸出力矩大，但噪聲大、啟動不平穩。無齒輪曳引機則不通過減速器而直接傳遞到曳引輪上[6]。其特點是結構簡單，運行可靠，低溫升，小體積，效率高，超節能，穩定性高，改善了啟動過程不平穩問題，無需潤滑油，維保簡單，但成本高，維修不方便[7]。本文通過分析一則日常檢驗中遇到的電梯運行時出現嚴重抖動且噪聲的案例，利用福建省特檢院開發的便攜式電梯運行質量測試儀測量其運行質量，并通過分析該電梯的曳引機的具體情況，發現是由于曳引機中的減速器內的蝸輪蝸桿發生了部分失效引起電梯抖動。

1 案例

在對泉州臺商投資區某醫院進行檢驗時，依據檢規要求進行檢驗。所檢設備的基本參數：額載為1 600 kg；5層5站5門；額定速度為1.6 m/s；出廠日期為2005年；制造單位為湖州中菱電梯有限公司。檢驗時發現設備出現主要缺陷：乘坐電梯到站時轎廂會上下抖動，運行時同樣出現轎廂抖動，在機房觀察電梯停止時曳引輪出現上下轉動的現象，且運行時曳引機噪聲大，上行制動試驗存在同樣的現象。

2 缺陷原因分析

根據所出現的缺陷情況，現場采用便攜式電梯運行質量測試儀測量出其上下運行時垂直抖動的最大峰峰值為58 cm/s2，大大超出30 cm/s2的要求。分析引起轎廂運行抖動大的原因可能是以下幾點：（1）曳引輪上有鋼絲繩的張力不均，將使張力松弛的鋼絲繩在輪槽中出現不同程度的滑移，導致轎廂出現抖動；（2）電梯減速箱的蝸輪磨損、曳引輪磨損等機械原因導致的電梯運行抖動；（3）電梯變頻器或編碼器等電氣故障導致的運行抖動。

現場對鋼絲繩等進行檢查并未發現異常，同時變頻器或編碼器等電器未發現故障，大概率是減速箱發生故障，因此本文對減速箱發生故障進行重點分析。該電梯為蝸輪蝸桿減速箱電梯，檢查電梯減速箱的外殼發現溫度過高，蓋板處有漏油現象，打開其蓋板，發現蝸輪齒面出現點蝕剝落現象，如圖1所示。

圖1 減速箱出現嚴重點蝕現象

該電梯從投入使用至今已十多年，且為醫院用梯，日常使用頻率大，期間維保更換了好幾家，平常的維保質量也就相對的比較差，加上機房里的空調損壞未修復，電梯主機用手觸摸，明顯感覺溫度比較高。維保員反映接手后減速機缺油，首次更換時發現從減速機流出來的潤滑油已經被乳化，變質發黑，齒輪齒面腐蝕、磨損，甚至出現點蝕。

分析減速箱潤滑油出現乳化、變質發黑的原因及后果：曳引機工作時，蝸輪蝸桿將產生大量熱量，造成零件和密封件熱脹差異，從而在各配合面形成間隙；潤滑油液由于溫度的升高會變質變稀，且齒輪油溫度升高又冷卻后會產生凝結水和水混合，影響潤滑效果，造成潤滑效果降低及泄漏；而在缺油或者潤滑效果差時，減速機停止運行時，齒輪得不到應有的潤滑保護，減速機啟動時，齒輪由于得不到潤滑導致加速磨損或斷裂，而金屬碎屑混合在油中又會加快齒輪的損壞。

發生點蝕面積較大的原因可能是：齒面上最初出現的點蝕僅為針尖大小的麻點，維保單位未及時發現和根據季節性更換合適濃度的潤滑油，從而使齒面點蝕麻點逐漸擴大，如圖2所示數點連成一片，再加上金屬表面產生過度伸張，促使疲勞裂紋的產生和擴展，并出現齒面的點蝕破壞。破壞性點蝕通常呈小點狀金屬脫落形成凹坑，多個點蝕相互擴散將連成一片，最終形成大面積的破壞，齒輪運轉會出現不平穩、傳動噪聲大。這種點蝕破壞發展到足夠程度時，可能導致輪齒斷裂，齒輪又是減速機的關鍵性部件，齒輪的失效必將影響到整個減速機的正常運行，影響到整個電梯的安全運行，如在點蝕的初始階段就發現并及時采取相應措施，則可有效延長使用壽命，減少電梯故障。

圖2 齒面點蝕及斷齒

除了上述點蝕有可能導致缺陷，蝸輪蝸桿本身的工作方式也可能導致上述缺陷出現，蝸輪強度、硬度一般比蝸桿弱，失效一般發生在蝸輪上。在蝸輪蝸桿的嚙合過程中，接觸部位在力的作用下產生一定的彈性變形，在蝸輪、蝸桿的齒面上產生接觸應力，通常情況下，齒面所受的接觸應力小于齒面的強度，蝸輪蝸桿能正常工作，受潤滑條件、磨損接觸率及傳遞的載荷等影響，接觸面應力增大，當應力增大到一定強度時，齒面就會斷裂。齒面斷裂一般發生在齒根，因為齒根是在蝸輪蝸桿傳動中彎曲應力最大的地方，而且是蝸輪的應力集中點，如果蝸輪的設計、選材、材料缺陷、裝配精度不足時，則蝸輪齒根將承受很大的彎曲應力，從而產生疲勞裂紋直至斷裂。排除設計、選材、材質缺陷等維保無法控制的因素以外，添加劑和潤滑油的選用及液位合理，也尤為重要。

綜上所述，發生抖動大，噪聲大的主要原因是電梯維護保養工作不到位，減速機內部缺潤滑油等原因造成的。

3 預防措施

為了防止上述缺陷繼續發生，今后維保單位、檢驗人員以及使用單位應從不同方面進行相應預防[8]。

3.1 維保單位

（1）維保單位對所承保的傳動方式為蝸輪蝸桿的電梯進行全面排查，重點檢查減速箱中蝸輪蝸桿的失效情況，如齒輪斷齒、齒面磨損、齒面點蝕、齒面膠合等現象，如發現齒輪有出現相應的失效形式，應及時分析產生失效的原因，先消除缺陷后再進行針對性維修。對于斷齒等無法修復的渦輪蝸桿，現場應進行更換，更換時應依據電梯的使用環境、載重情況、使用頻率等因素選擇合適的齒輪材料，防止再次出現斷齒；對于處理后可以再使用的，應及時處理后再使用，例如可以對應力集中區進行熱處理，對于出現點蝕的齒面應提高齒面硬度，增強齒輪抗點蝕的能力。

（2）在日常的維保當中，應選擇合適的潤滑油，電梯有齒輪曳引機通常選用的是VG320或VG460的渦輪蝸桿齒輪油[9]，此類潤滑劑抗磨潤滑性能得到極大提升，在金屬表面形成極強的油膜，長時間黏附在金屬表面，有效地減少金屬間的摩擦，使齒輪在起動時立刻得到良好的潤滑保護[10]。

3.2 檢驗人員

檢驗人員在檢驗時，應認真分析日常電梯運行出現的抖動或者噪聲，參照上文提到的有可能引起抖動的原因進行分析。同時應重點分析曳引機方面引起的抖動：（1）加強對傳動方式為蝸輪蝸桿電梯的現場檢驗工作，特別是對投入使用多年的、運行頻繁的、減速箱存在異響的電梯；（2）檢驗現場要求維保單位打開減速箱觀察孔，檢查蝸輪、蝸桿磨損情況等，并根據檢規要求認真試驗電梯的乘運質量，認真試驗電梯上行制動實驗、電梯的上行超速保護實驗、電梯的限速器安全鉗聯動實驗等，根據試驗及現場綜合情況分析具體原因，提出合理的整改方案；（3）現場發現問題后無法進行整改或者現場不配合整改的應及時上報監察機構督促整改。

3.3 使用單位

使用單位除日常加強對維保單位平常維保質量的監督外，還應對潤滑油的具體規格嚴格把關，同時，及時更換變質的潤滑油，對曳引機潤滑油泄漏處及時更換密封圈保證曳引機中潤滑油液位始終處于合理位置。

4 結束語

本次案例中遇到的缺陷，經過分析是由于維保單位維保不到位，潤滑油添加不當，導致曳引機中的減速器的蝸輪蝸桿出現嚴重的點蝕，同時由于潤滑油不足導致蝸輪上的齒輪出現應力性斷齒等缺陷，該缺陷直接導致了電梯運行抖動，影響電梯的乘運質量。為此，現場維保應該及時采取措施，防止再次出現類似情況再次發生。此案例的分析為電梯檢驗中遇到電梯抖動的案例提供了借鑒。