一起曳引電梯沖頂事故的原因分析

張書輝 毛健 趙慶凱 張 建 冉堅強

（六盤水特種設(shè)備檢驗所，貴州 六盤水 553000）

近年來，隨著我國電梯保有量不斷增加，電梯事故的發(fā)生起數(shù)也逐步上升。在眾多電梯事故中，電梯沖頂事故又是眾多事故中非常危險且一旦發(fā)生會給人身和財產(chǎn)帶來重大傷害和損失的事故之一。該文通過分析一起在定期檢驗過程中發(fā)生的電梯沖頂事故，詳細(xì)闡述制動器在電梯安全運行中重要性。

1 事故情況概述

2020年3 月，我單位按計劃對轄區(qū)某單位電梯實施定期檢驗，進(jìn)行上行制動工況曳引檢查試驗時，切斷電動機(jī)和制動器供電，電梯轎廂并未停止向上運行，上行超速保護(hù)裝置未動作，直至電梯對重壓實緩沖器， 轎廂才停止向上運動，轎廂受力引起安全鉗動作，電梯設(shè)備各部件并未造成明顯損壞。

2 事故現(xiàn)場勘察

現(xiàn)場進(jìn)行勘察發(fā)現(xiàn)，該電梯基本參數(shù)情況如下：該電梯為2008年安裝投入使用的載貨電梯，額定載質(zhì)量為1600kg，額定速度為1.0m/s，層站門數(shù)為12層12站12門，提升高度為78.2m，出廠日期為2007年12月，上行超速保護(hù)裝置采用夾繩器，集選微機(jī)控制，未配備制動器抱閘檢測開關(guān)。

事故發(fā)生后，電梯轎廂位于井道頂部，轎廂地坎高出頂層層門地坎高度約1370mm；限速器為雙向限速器，在校驗合格有效日期內(nèi)，限速器存在積塵嚴(yán)重現(xiàn)象，限速器電氣安全裝置已動作，轎廂安全鉗已動作，轎廂因?qū)χ貕簩嵕彌_器和安全鉗動作被可靠地制停在井道頂部導(dǎo)軌上；上行超速保護(hù)裝置夾繩器未動作，如圖1所示；井道中上極限開關(guān)已完全動作，底坑對重緩沖器被完全壓縮，部分鋼絲繩跳出了對重反繩輪的輪槽；如圖2、圖3所示；曳引輪鋼絲繩部分松脫；頂層層門為閉合狀態(tài)，層門開門裝置鋼絲繩已損壞，無法正常開啟層門。控制柜中的電腦板和各電氣元器件積灰嚴(yán)重，繼電器接觸良好；曳引輪繩槽磨損均勻、繩槽及鋼絲繩無油污且槽型未改變。繩槽中未見鋼絲繩劇烈磨損后所產(chǎn)生的鐵屑，未發(fā)現(xiàn)鋼絲繩存在斷絲、斷股、變形等現(xiàn)象。曳引機(jī)制動器制動閘瓦工作面有部分碳化現(xiàn)象，制動閘瓦與制動輪之間存在油污，曳引機(jī)與減速箱之間的聯(lián)軸器存在明顯漏油現(xiàn)象，如圖4~圖6所示。

圖1 夾繩器未動作

圖2 對重鋼絲繩跳出

圖3 對重緩沖器壓實

圖4 制動輪表面油污

圖6 減速箱聯(lián)軸器漏油

3 事故原因分析

根據(jù)事故現(xiàn)場電梯的勘察狀況可知，在上行制動試驗中，切斷電梯電動機(jī)和制動器供電時，轎廂沒有完全停止，反而發(fā)生加速上行，同時上行超速保護(hù)裝置未動作，最后導(dǎo)致電梯沖頂。電梯沖頂就是電梯轎廂上行至頂層端站時無法有效制停，直至轎廂沖向井道頂部。造成電梯沖頂?shù)脑蛑饕幸韵聨讉€：①電氣開關(guān)或者電氣安全裝置失效；②曳引力不足；③限速器-安全鉗失效；④制動器失效或者制動力矩不足；⑤上行超速保護(hù)裝置失效。根據(jù)以上5個可能導(dǎo)致電梯沖頂事故的原因，檢驗人員有針對地進(jìn)行排查、分析和判斷。

圖5 制動閘瓦部分碳化

3.1 電氣開關(guān)或電氣安全裝置失效

通過現(xiàn)場勘測以及查閱電氣原理圖可知，事故電梯的上極限開關(guān)、上限位開關(guān)、對重緩沖器電氣開關(guān)、張緊裝置電氣開關(guān)、限速器電氣開關(guān)已動作，與之串聯(lián)的電梯安全繼電器處于斷開狀態(tài)。為進(jìn)一步驗證電氣開關(guān)的功能狀態(tài)，檢驗人員從電梯控制柜中故障顯示板上得到了驗證。因此，排除電氣開關(guān)或者電氣安全裝置失效導(dǎo)致電梯沖頂?shù)目赡苄浴?/p>

3.2 曳引力不足

曳引式電梯的曳引力是通過鋼絲繩與繩槽之間的摩擦力產(chǎn)生的，如果曳引力不足，即使安全保護(hù)裝置有效，也不能有效地防止電梯轎廂沖頂。造成曳引力不足的原因主要是曳引輪槽磨損、曳引鋼絲繩直徑減小、斷絲、斷股、平衡系數(shù)不符合標(biāo)準(zhǔn)等。通過現(xiàn)場對該電梯的曳引繩槽和曳引鋼絲繩外觀檢查發(fā)現(xiàn)，曳引輪繩槽磨損均勻且槽型未改變、繩槽及鋼絲繩無油污，未發(fā)現(xiàn)鋼絲繩存在斷絲、斷股、直徑減小現(xiàn)象，繩槽中未見鋼絲繩劇烈磨損后所產(chǎn)生的鐵屑。該電梯的平衡系數(shù)為0.43，符合檢規(guī)TST G7001-2009的平衡系數(shù)要求（0.4~0.5）。可以判定該電梯未發(fā)生曳引力不足的現(xiàn)象，因此排除曳引力不足導(dǎo)致電梯沖頂?shù)脑颉?/p>

3.3 限速器-安全鉗失效

通過查閱該電梯限速器-安全鉗相關(guān)資料結(jié)合現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，該電梯采用作用于鋼絲繩系統(tǒng)的夾繩器作為上行超速保護(hù)裝置，并未使用轎廂安全鉗或?qū)χ匕踩Q作為上行超速保護(hù)裝置，因此排除限速器-安全鉗聯(lián)動失效導(dǎo)致電梯沖頂。

3.4 制動器失效或者制動力矩不足

從理論上分析，制動器制動失效的原因主要包括兩個方面：1）制動器電氣控制裝置部分失效，即切斷制動器工作的接觸器觸點黏連或不斷開或釋放遲緩造成制動器不抱閘或抱閘時間滯后；曳引機(jī)制動器控制系統(tǒng)設(shè)計缺陷，如兩個切斷制動器電流的電氣裝置非獨立、只有一個電氣裝置切斷制動器電流等。2）制動器機(jī)械部件失效，制動器因調(diào)整導(dǎo)致制動輪與閘瓦相對位置調(diào)整不符合要求，或制動器閘瓦發(fā)生不正常磨損，二者之間間隙過大，導(dǎo)致制動器制動能力不足；因閘瓦老化、表面碳化、磨損、油污雜物存在降低摩擦系數(shù)，制動摩擦力減小；因內(nèi)部機(jī)械移位、粉塵、剩磁造成機(jī)械卡阻等造成機(jī)械失效。制動彈簧老化或長度調(diào)整不當(dāng)，制動彈簧力太小，制動力矩不足。

按照制動器可能發(fā)生的故障原因一一排查，首先是電氣部分排查。根據(jù)檢規(guī)第 2.8 項第（3）款：電梯正常運行時，切斷制動器電流至少應(yīng)當(dāng)用兩個獨立的電氣裝置來實現(xiàn)。通過查閱電氣原理圖，排除了設(shè)計上的問題。然后，重點檢查了切斷制動器電流的兩路獨立控制的相關(guān)接觸器觸點和其他相關(guān)繼電器，初步確定接觸器、繼電器結(jié)構(gòu)和工作狀況無異常，沒有出現(xiàn)損壞、卡阻、黏連等現(xiàn)象，再結(jié)合轎廂上行制動試驗所引發(fā)的沖頂過程，基本排除因制動器電氣保護(hù)裝置故障所引起的事故。

其次制動器的機(jī)械結(jié)構(gòu)排查，外觀檢查制動器制動臂、制動彈簧、銷軸沒有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋和松動，可以確定制動器整體外觀機(jī)械結(jié)構(gòu)良好；對制動器各機(jī)構(gòu)環(huán)節(jié)的機(jī)械動作靈活性作檢查，制動器動作靈活無卡阻現(xiàn)象；對制動器進(jìn)行制動電磁鐵通電斷電試驗，制動器電磁鐵能夠正常吸合，未發(fā)現(xiàn)制動器電磁鐵機(jī)械卡阻現(xiàn)象；對制動器制動閘瓦和制動輪工作面檢查，發(fā)現(xiàn)制動器制動閘瓦工作面有部分碳化現(xiàn)象，說明制動器處于長期帶閘運行狀態(tài)。制動閘瓦與制動輪之間摩擦表面存在油污，曳引機(jī)與減速箱之間的聯(lián)軸器存在明顯漏油現(xiàn)象。

制動器產(chǎn)生的制動力矩是靠閘瓦和閘盤之間的摩擦力產(chǎn)生的，在制動過程中，分別會產(chǎn)生靜摩擦力和動摩擦力。

靜摩擦力滿足：

式中：?為靜摩擦系數(shù) ，F為制動彈簧正壓力（法向約束反力）

動摩擦力滿足：

式中：?為動摩擦系數(shù)。

在緊急制動工況下，在滿足曳引力要求的臨界條件下摩擦力對轎廂側(cè)產(chǎn)生的減速度可由公式（1）計算得到。

式中：m為轎廂側(cè)質(zhì)量總和。

在制動器緊急制動的過程中，由于突然減速，使曳引系統(tǒng)承受的力矩增加。以轎廂、對重及曳引機(jī)組成的整體為研究對象，假定鋼絲繩與曳引輪間無相對滑動，不考慮曳引鋼絲繩所產(chǎn)生的質(zhì)量差，可知制動器所受力矩：

整理得：

式中：為對重質(zhì)量，為轎廂空載質(zhì)量，為電梯額定載荷，為曳引輪節(jié)圓直徑。

由上述公式可知，由于制動閘瓦與制動輪摩擦表面油污的存在，使制動器工作表面靜摩擦系數(shù)?及動摩擦系數(shù)?變小，摩擦力變小，轎廂側(cè)產(chǎn)生的減速度變小，導(dǎo)致制動器制動力矩不足，不能起到有效制停轎廂向上運行，是導(dǎo)致轎廂沖頂?shù)闹饕蛑弧?/p>

油污存在原因分析：蝸桿軸通孔端的油封有滲油。該電梯采用橡膠油封，由于電梯長期運行，導(dǎo)致橡膠油封老化破損，潤滑油外滲。曳引機(jī)整體向制動器方向傾斜，在重力的作用下，外滲油污流向制動輪與蝸桿軸的連接處。同時制動輪隨蝸桿軸一起旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，使減速箱蝸桿軸上的潤滑油不斷隨轉(zhuǎn)動軸滲出，灑落到制動輪與制動閘瓦摩擦面上，長期存在的潤滑油與空氣中灰塵形成油膜，導(dǎo)致制動閘瓦與制動輪摩擦表面被油污污染。

3.5 上行超速保護(hù)裝置失效

現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，該電梯采用蝸輪蝸桿傳動，采用鋼絲繩夾繩器作為上行超速保護(hù)裝置的執(zhí)行元件，限速器作為上行超速的監(jiān)控部件，夾繩器的觸發(fā)裝置為限速器上的電氣開關(guān)。事故發(fā)生后，限速器上行電氣開關(guān)動作，說明速度監(jiān)控裝置限速器電氣安全裝置未失效，排除了由于限速器失效導(dǎo)致無法使執(zhí)行元件夾繩器動作限制轎廂上行速度的原因。接著檢查上行超速保護(hù)裝置執(zhí)行元件夾繩器，對夾繩器電磁繼電器進(jìn)行通電試驗，電磁繼電器通電后能夠正常吸合。

通過現(xiàn)場對夾繩器外觀檢查，發(fā)現(xiàn)夾繩器閘線調(diào)整不當(dāng)，動作機(jī)構(gòu)未調(diào)整到位致夾緊力不足，復(fù)位螺桿過度旋緊，使夾繩器未能有效動作，實現(xiàn)轎廂上行超速時使轎廂制停或至少使其速度降低至對重緩沖器的設(shè)計范圍，導(dǎo)致轎廂繼續(xù)上行沖頂。

對該事故案例分析可知，由于制動器油污的存在導(dǎo)致電梯制動器制動力矩不足、上行超速保護(hù)裝置失效兩個主要問題，使該電梯發(fā)生轎廂沖頂事故。

4 事故處理和預(yù)防措施

對該電梯沖頂事故進(jìn)行技術(shù)分析，找出其沖頂事故的直接原因，詳細(xì)闡述制動器以及上行超速保護(hù)裝置在電梯安全運行中的重要性，并在該基礎(chǔ)上給出具體的應(yīng)對措施：1）及時清理制動輪表面油污灰塵，通過更換減速箱油封或在蝸桿伸出端增加防護(hù)罩等有效方式，截斷油污污染制動閘瓦與制動輪表面的途徑。2）定期對上行超速保護(hù)裝置進(jìn)行檢查，及時調(diào)整了夾繩器閘線、動作機(jī)構(gòu)，使夾繩器能夠提供足夠的夾緊力，調(diào)整復(fù)位螺桿的旋緊程度，使夾繩器能夠及時有效動作，復(fù)查夾繩器電氣安全裝置。3）維保單位要加強對設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，尤其對曳引電梯制動器、層門、限速器、上行超速保護(hù)裝置、極限開關(guān)等重要部件要加大維護(hù)保養(yǎng)頻次和力度，及時發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5 結(jié)論

通過該案例分析，筆者意識到電梯安全部件隱患影響電梯的安全運行。當(dāng)進(jìn)行常規(guī)檢驗時，對電梯作動態(tài)的上行制動試驗和下行有載制動試驗可以有效檢查安全部件，及時排除安全隱患。因此，要保障電梯安全使用，需要使用單位、維保單位、檢查單位三方協(xié)力配合，使用單位做好設(shè)備的使用管理，維保單位要確保定期保養(yǎng)，保證維保質(zhì)量。檢驗單位對檢驗工作要認(rèn)真負(fù)責(zé)，除了做好電梯的常規(guī)性檢驗以外，要注重電梯的各項動態(tài)試驗，動態(tài)試驗的安全性和可靠性是電梯安全使用的重要保證。