電梯聚氨酯緩沖器風險控制方法研究

趙偉涵 張緒鵬

（1.北京市海淀區特種設備檢測所 北京 100083）

（2.北京市特種設備檢驗檢測研究院 北京 100029）

電梯緩沖器作為電梯安全系統的重要組成部分,能夠吸收轎廂蹲底以及對重撞擊帶來的沖擊,保障乘客人身安全,是減少電梯沖頂或蹲底事故傷害的最后一道關卡。聚氨酯緩沖器用于電梯低速運行場合,是最常見的緩沖器。探究電梯聚氨酯緩沖器安全性,分析其性能指標及影響因素,提出相應的風險控制方法,能夠為提高電梯安全性能提供理論支持和實踐指導。

目前,國內外學者針對電梯聚氨酯緩沖器的安全性研究主要集中在聚氨酯彈性體的制備性能研究、緩沖器設計與實驗研究、聚氨酯緩沖器性能影響因素分析、國內外標準比對、檢驗檢測方法研究五個方面。馮云介紹了電梯聚氨酯緩沖器有關標準規定和型式試驗情況,提出聚氨酯緩沖器檢驗建議[1]；楊樂等分析了一起聚氨酯緩沖器散落成粉末狀的檢驗案例及其原因[2]；汪連城和焦青山等闡述了電梯緩沖器失效模式及原因,提出了風險控制建議[3-4]；梁驍等結合一起事故,分析聚氨酯材料緩沖器風險,并提出風險控制措施[5]；喻彪等研究聚氨酯材料老化主要因素,并通過試驗分析了老化的微觀形貌和力學性能[6]；馮金奎等通過試驗證明溫度、濕度可顯著影響聚氨酯緩沖器老化性能,隨著撞擊次數增加,彈性性能發生不可逆的劣化,在此基礎上提出了使用檢驗建議[7]。本文在以上成果的基礎上,結合檢驗中發現的實際案例,分析了電梯聚氨酯緩沖器使用過程中的風險,指出聚氨酯緩沖器風險控制重點在于加強日常檢查,并提出了日常檢查的要點,提出了在設計制造、檢驗檢測、維保、監管四個環節的風險控制措施。

1 電梯聚氨酯緩沖器的風險分析及性能測試方法

電梯聚氨酯緩沖器主要作用是吸收和消耗電梯在運行中產生的沖擊能量,以減少對電梯乘客的傷害。聚氨酯緩沖器通常由聚氨酯彈性體、金屬外殼和連接件組成。聚氨酯彈性體是利用聚氨酯材料的微孔氣泡結構來吸能緩沖,在沖擊過程中相當于一個帶有多氣囊阻尼的彈簧。當轎廂對重的沖擊作用于聚氨酯緩沖器時,聚氨酯彈性體發生形變,吸收沖擊振動能量。隨著轎廂對重的沖擊結束后,聚氨酯彈性體會逐漸恢復原狀,釋放吸收能量。

聚氨酯緩沖器優點在于節約空間、維護簡便、絕緣性好,其風險包括壽命有限、受使用環境影響大、使用過程中性能不穩定、缺乏有效的現場性能檢測辦法,優點和缺點都很突出。

1.1 聚氨酯緩沖器的優點

1）節約空間。聚氨酯緩沖器主要功能部件就是一個聚氨酯彈性體,相當于一個阻尼彈簧,不需要額外的結構,占用的底坑空間少。

2）維護簡便。聚氨酯緩沖器相較于其他類型的緩沖器更易維護。當需要更換或修理時,聚氨酯緩沖器的更換過程相對簡單,減少了維修時間和成本。

3）絕緣性好。聚氨酯絕緣性好,不會產生電火花,因此特別適合應用于需要防爆、防塵的場合,對于低速的防爆載貨電梯,聚氨酯緩沖器成了不二選擇。

1.2 聚氨酯緩沖器的風險分析

聚氨酯緩沖器的主要問題包括壽命有限、受使用環境影響大、使用過程中性能不穩定。目前,無有效的現場性能檢測辦法驗證緩沖器本體在轎廂或對重超速撞擊時是否滿足安全標準規范。

1）壽命有限。雖然聚氨酯緩沖器可以吸收沖擊能量,但其承載能力有一定范圍,對于較大的沖擊或振動可能會超出其承載范圍,無法有效吸收,導致緩沖器損壞。特別是在老舊建筑中,由于聚氨酯緩沖器容易老化、脆化,當電梯受到較大沖擊時,緩沖器無法完全吸收沖擊能量,導致緩沖器受損。已收到多次檢驗員在現場試驗時,發現承受載荷時聚氨酯結構發生損壞的報告。從圖1 明顯看出,在重壓下聚氨酯本體上出現了明顯的裂紋。

圖1 重壓下聚氨酯本體上出現了明顯的裂紋

2）易受環境影響。聚氨酯緩沖器對環境因素較為敏感,如溫度、濕度、光照等,長時間處于高溫高濕或腐蝕性環境中可能會影響其性能和使用壽命。

3）使用過程中性能不穩定。聚氨酯緩沖器的響應速度相對較慢,變形越大,吸收能量越大,導致壓縮過程初期無法快速吸收沖擊和振動,加上易受環境影響和使用壽命限制。盡管其限制范圍為可用于不大于1 m/s 的梯速,但目前在額定速度0.65 m/s 以上以及大噸位的載貨電梯,應用已經比較少了。

4）缺乏有效的現場性能檢測辦法。難以確定其動作時整體的可靠性及性能指標的標準性。目前,無有效的性能檢驗方法驗證聚氨酯緩沖器本體在轎廂或超速撞擊時是否滿足標準要求。目前,對聚氨酯緩沖器本體的檢驗主要為外觀檢查,緩沖器實驗僅僅進行轎廂空載,以檢修速度運行的工況使緩沖器被壓縮,轎廂、對重停在其上再離開后,觀察緩沖器是否出現對電梯正常使用有不利影響的損壞,以上2 種檢查對緩沖器是否符合要求,均基于外觀判定。由于聚氨酯緩沖器工作原理獨特,它利用聚氨酯材料的微孔氣泡結構來吸能緩沖,聚氨酯緩沖器的性能強弱由內部微孔數量及微孔間的結構直接決定,而緩沖器內部結構在不進行報廢性破壞的情況下難以確認,這就有可能出現以下情況,內部結構具有一定程度老化的聚氨酯緩沖器在緩沖器實驗后仍然可以保持外觀完好,但由于其內部結構已經發生變化,這就導致了即使通過緩沖器實驗的緩沖器,在遇到轎廂或對重超速撞擊時,不能確保緩沖器本體的穩定性,且在緩沖器動作過程中,也難以確保其性能指標符合標準要求。但如果聚氨酯緩沖器內部出現老化則往往會影響其彈性性能。所以,為了規避以上風險建議加入對聚氨酯緩沖器本體彈性性能指標的測試。

1.3 聚氨酯緩沖器的彈性性能測試方法

對聚氨酯緩沖器的彈性性能測試可以采取以下3種方式：

1）變形量測試。使用推拉力計對聚氨酯緩沖器的表面進行同等力量的下壓,檢查并記錄緩沖器本體表面形變量,并對全新同規格緩沖器做相同實驗對比數據差異。

2）壓縮量測試。測量無載荷情況下聚氨酯緩沖器的本體長度,并在緩沖器實驗壓實緩沖器后測量緩沖器長度,在記錄數據后得到緩沖器被壓縮行程,并對全新同規格緩沖器做相同實驗對比數據差異。

3）復位量測試。在有相關設備的條件下,可以在上述壓縮量測試的基礎上增加檢測緩沖器被壓縮過程中的長度變化過程并繪制隨時間變化的壓縮行程圖,在緩沖器恢復過程中,增加對其長度變化的檢測并繪制隨時間變化的恢復行程圖,在轎廂及對重側增加加速度變化檢測并繪制隨時間變化的加速度變化圖,并對全新同規格緩沖器做相同實驗對比數據差異。

考慮到實際測試中可能出現的誤差,如變形量測試及壓縮量測試中出現較大數據偏差,則緩沖器的彈性指標就有了一定程度的變化,存在一定風險,可以考慮將其更換。由于聚氨酯緩沖器為非線性蓄能緩沖器,考慮到其在實驗當中瞬時性能可能存在小幅波動,故復位量測試僅作為一種額外參考。另外,如檢查中出現相對較新但壓實后出現裂紋或破碎及彈性性能指標出現較大變化的情況,也可將緩沖器及井道環境樣本送檢化驗,確定是否為緩沖器批次或井道環境所致。

2 電梯聚氨酯緩沖器的日常檢查要點及 清單

日常檢查包括聚氨酯緩沖器的檢驗,是保證聚氨酯緩沖器安全工作的重點,能夠有效預防因緩沖器失效而引起的電梯事故,同時及時發現和解決潛在的問題,保證電梯的安全運行。

2.1 電梯聚氨酯緩沖器的日常檢查要點

電梯聚氨酯緩沖器的日常檢查要點包括檢查緩沖器選型是否正確、檢查緩沖器完好情況、檢查支撐部位是否損壞、檢查緩沖器固定情況、檢查緩沖器所處井道環境情況、測試緩沖器彈性性能指標。

1）檢查緩沖器選型是否正確。檢查緩沖器銘牌或標簽是否與型式試驗證書中內容相符。

2）檢查緩沖器完好情況。檢查緩沖器本體是否存在開裂、破損等情況,是否存在變形。聚氨酯緩沖器使用的材料在光照、潮濕、高溫的情況下極易發生老化,產生破損、開裂、變形、鼓脹等老化情形。由于聚氨酯緩沖器可能存在外觀完好但內部已經老化的情況,建議定期對緩沖器壓實并在其恢復后檢查其是否完好。

3）檢查支撐部位是否損壞。檢查緩沖器支撐部位是否存在變形、銹蝕等情況,如果支撐部位不能牢固固定或脫離基座,會導致緩沖器無法有效執行功能。從圖2 明顯看到,該緩沖器支撐部位存在嚴重銹蝕,損壞嚴重,已經影響了整體受力性能。

圖2 緩沖器支撐部位損壞

4）檢查緩沖器固定情況。緩沖器應當固定可靠,無明顯傾斜,轎廂、對重裝置的撞板中心對正緩沖器中心,確保緩沖器在受到沖擊時能有效地發揮作用。

5）檢查緩沖器所處井道環境情況。聚氨酯緩沖器對溫度和濕度等環境因素比較敏感,長時間處于高溫或潮濕的環境可能會影響其性能和使用壽命,如井道環境相對較為惡劣,建議定期對聚氨酯緩沖器進行彈性性能指標測試（具體測試方法見上文1.3 章節）,測試頻次隨井道環境惡劣程度隨時調整。

6）緩沖器彈性性能測試。目前,僅依靠電梯檢驗檢測中的外觀檢查及緩沖器實驗,很難判斷其動作性能指標是否符合標準要求,所以建議對聚氨酯緩沖器工作性能進行測試,尤其是對使用年限較長、使用環境相對惡劣的聚氨酯緩沖器,更應增加此類測試。

2.2 電梯聚氨酯緩沖器的日常檢查清單

在以上工作的基礎上,可以看出聚氨酯緩沖器風險發展是漸進的,受選型、本體、支撐、固定、使用環境及使用年限等多個因素影響。因此,其風險控制和事故預防的重點在于加強日常檢查及進行相關實驗。在前面分析的基礎上,考慮到聚氨酯緩沖器的主要風險,結合日常檢查經驗,得到電梯聚氨酯緩沖器的日常檢查要點清單,見表1。

表1 電梯聚氨酯緩沖器的日常檢查要點

3 電梯聚氨酯緩沖器的風險控制措施

基于全壽命周期的風險控制分為以下幾個環節：設計制造環節、電梯檢驗檢測環節、電梯維保環節、電梯監管環節。

1）設計制造環節。設計制造環節是保證緩沖器質量的關鍵環節,應加強對原材料、生產工藝等方面的控制,生產廠家應充分考慮溫度、濕度對材料的影響,提升聚氨酯緩沖器的安全性和可靠性。另外,緩沖器生產廠家應對投入使用的緩沖器進行跟蹤,接到反饋后不斷調整改善產品。

2）電梯檢驗檢測環節。檢驗檢測環節是保證緩沖器能安全使用的重要環節,檢驗檢測人員應嚴格把關落實。應該充分認識到聚氨酯緩沖器材料易受環境及使用年限影響,進行有針對性的檢查。

3）電梯維保環節。維保環節是保證緩沖器長期穩定運行的關鍵環節,應加強對緩沖器的維護保養,結合上文第2 章節日常檢查要點進行檢查周期及檢查項調整,尤其是對井道環境惡劣、使用年限長的聚氨酯緩沖器應視情況增加其彈性性能測試。

4）電梯監管環節。監管環節是保證緩沖器安全運行的重要環節,應加強對緩沖器的監管力度。建議監管部門對制造單位提出更具體的失效指標和檢查方法,并在作業指導書中得到體現。也建議對現存的聚氨酯緩沖器進行必要的專項抽查摸排,及時發現問題,對涉事制造商進行通報,落實產品召回制度,督促維保企業和使用單位對存在問題的部件及時更新。

4 結論

1）聚氨酯緩沖器承載能力有限、易受環境及使用時間影響、響應速度慢,這也是導致其使用過程中發生風險的主要原因。聚氨酯緩沖器失效后往往會影響其性能,所以為了規避以上風險,建議增加對聚氨酯緩沖器本體彈性性能指標的測試。

2）難以確定其動作時整體的可靠性及性能指標的標準性,目前無有效的性能檢驗方法驗證聚氨酯緩沖器本體在轎廂或超速撞擊時是否滿足標準要求,這也是聚氨酯緩沖器目前最大的檢查難點和痛點,本文對聚氨酯緩沖器的彈性測試提出3 種方法：（1）使用推拉力計對緩沖器表面進行下壓實驗并記錄表面形變量數據；（2）測量緩沖器實驗中緩沖器的被壓縮行程；（3）在有設備的條件下可記錄實驗中的加速度變化、緩沖器壓縮速度變化及恢復速度變化,獲得以上數據后可對比全新同規格緩沖器實驗數據。以上檢查方法能夠在一定程度上減少使用時的風險。建議在此基礎上,每隔2 ～3 年開展一次關于聚氨酯緩沖器的抽查,對現場的部件取樣由各個省級特檢院進行測試,排除此類系統性風險。

3）本文提出了設計制造環節、電梯檢驗檢測環節、電梯維保環節、電梯監管環節風險控制措施,通過對電梯聚氨酯緩沖器全生命周期的管理,可以有效提高緩沖器的性能和使用壽命,保障乘客的生命安全。對于井道環境不好、緩沖器使用年限較長的情況,應根據實際情況增加本文提出的彈性性能測試。若檢查中出現相對較新但壓實后出現裂紋或破碎及彈性性能指標出現較大變化的情況,也可將緩沖器及井道環境樣本送檢化驗,確定是否為緩沖器批次或井道環境所致。

4）對電梯聚氨酯緩沖器安全性的研究可以推動電梯產業的發展,有效控制電梯風險,提高我國在全球電梯市場的競爭力,研究可以促進聚氨酯材料在其他領域的應用與發展,推動相關產業發展。