一起轎廂墜落事故的原因分析與預(yù)防措施

程文超，吳 兵，方少林

（蘇州華碧微科檢測技術(shù)有限公司，江蘇蘇州 215000）

0 引言

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的速度越來越快，人們對物質(zhì)生活的要求越來越高[1-3]，電梯已不再是人員密集區(qū)域的購物中心、交通樞紐等場所的專屬設(shè)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(qiáng)，逐漸成為高收入家庭購房時的首選，而家用升降機(jī)作為一種非標(biāo)產(chǎn)品也越來越被廣泛安裝在別墅內(nèi)，而家用升降機(jī)引發(fā)的事故也越來越多[4-6]。因此，本文通過一起升降機(jī)轎廂墜落事故，分析轎廂墜落原因，并提出預(yù)防措施。

1 事故案例

1.1 設(shè)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(dǎo)軌式固定升降平臺[7-9]。案例升降機(jī)為家用無機(jī)房升降機(jī)，安裝于別墅住宅內(nèi)，共5 層5 站。升降機(jī)驅(qū)動方式為液壓驅(qū)動，轎廂上行過程采用液壓驅(qū)動方式，下行時利用轎廂自重。供電電源為220 V 市電，升降機(jī)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(yè)主經(jīng)常出差在外，升降機(jī)使用頻率不高。2018 年10 月業(yè)主單獨一人乘坐升降機(jī)從5 樓下行，下行過程中轎廂突然卡頓，隨后轎廂發(fā)生墜落，跌落至井道底部，乘客受傷。升降機(jī)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(xiàn)場

2 原因分析

通過向業(yè)主了解情況并對墜落升降機(jī)現(xiàn)場進(jìn)行勘察，根據(jù)升降機(jī)使用人員和電梯維保人員反饋，升降機(jī)使用頻率很低，升降機(jī)從安裝結(jié)束到使用期間未進(jìn)行過保養(yǎng)工作，事發(fā)當(dāng)時轎廂中有1 名乘客，未超載運(yùn)行。

2.1 工作原理

升降機(jī)液壓提升系統(tǒng)主要包括電機(jī)、油泵、油箱、閥件、液壓油缸、鏈條。轎廂上行時，液壓系統(tǒng)油路中的電磁閥門打開，由電機(jī)驅(qū)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(dǎo)軌上行。轎廂上升到指定層站，觸發(fā)井道中的限位傳感器，油路中電磁閥門關(guān)閉，轎廂停止上升。轎廂下行時，液壓系統(tǒng)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(dǎo)軌下降。轎廂下降至指定層站觸發(fā)限位傳感器，電磁閥門關(guān)閉，活塞桿停止下降。升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖2 升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.2 提升系統(tǒng)導(dǎo)軌摩擦分析

升降機(jī)的轎廂安裝在升降平臺上，升降平臺單側(cè)有導(dǎo)軌滑動機(jī)構(gòu)，滑動機(jī)構(gòu)上有4 個導(dǎo)靴和1 根橫梁。導(dǎo)靴為滑動形式，左右各分布2 個，上下2 個導(dǎo)靴安裝距離約700 mm，導(dǎo)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(jīng)過液壓油缸活塞桿頂部橫梁架上的導(dǎo)向輪，方向轉(zhuǎn)為向下，再經(jīng)過井道導(dǎo)軌中部的導(dǎo)向輪，方向轉(zhuǎn)為向上，連接至活塞桿頂部橫梁架。

升降系統(tǒng)導(dǎo)軌布置在轎廂同側(cè)，轎廂和乘客的重心位置不同時，會對提升平臺產(chǎn)生不同的彎矩，彎矩作用在導(dǎo)軌即表現(xiàn)為導(dǎo)靴與導(dǎo)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(yùn)行中與導(dǎo)軌之間的受力分析：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》（第5 版）[10]，假設(shè)導(dǎo)軌與尼龍導(dǎo)靴之間的摩擦未潤滑，摩擦因數(shù)μ 取0.37～0.57，轎廂沿導(dǎo)軌勻速直線運(yùn)行，對導(dǎo)軌摩擦力進(jìn)行分析。

式中 F——導(dǎo)靴與導(dǎo)軌摩擦接觸壓力，N

Ff——導(dǎo)靴與導(dǎo)軌摩擦接觸壓力，N

μ——滑動摩擦因數(shù)，取0.37～0.57

m0——轎廂自重，取60 kg

m1——乘客質(zhì)量，kg

s——轎箱乘客站位與導(dǎo)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(shù)和不同乘客重量，計算轎箱乘客站位與導(dǎo)軌之間的垂直安全距離（圖3）。導(dǎo)軌與導(dǎo)靴之間的潤滑不良時，隨著摩擦因數(shù)的增大，轎廂中乘客距離導(dǎo)軌之間的安全距離會降低，乘客靠近導(dǎo)軌側(cè)會比較安全。

圖3 乘客轎廂安全距離與摩擦因數(shù)關(guān)系

2.3 升降機(jī)部件斷口分析

升降系統(tǒng)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(jìn)行分析，確定斷裂源的源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)、斷裂區(qū)，并利用掃描電子顯微鏡分別對各個區(qū)域進(jìn)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(qū)位于放射狀臺階收斂處橫梁架板材內(nèi)表面，向外側(cè)擴(kuò)展開裂。橫梁架板材斷口斷裂源區(qū)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(kuò)展區(qū)微觀形貌以解理形貌為主，見圖8、圖9；最后斷裂區(qū)微觀形貌以韌窩形貌為主，見圖10、圖11[11～13]。

圖4 升降機(jī)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(jī)維護(hù)保養(yǎng)分析

對升降機(jī)軌道表面進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)無明顯潤滑油（圖12）。檢查導(dǎo)軌潤滑油杯，發(fā)現(xiàn)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(dǎo)靴與導(dǎo)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(qū)（500×）

圖7 裂紋源區(qū)（1000×）

圖8 裂紋擴(kuò)展區(qū)（500×）

圖9 裂紋擴(kuò)展區(qū)（1000×）

圖10 裂紋斷裂區(qū)（500×）

圖11 裂紋斷裂區(qū)（1000×）

圖12 導(dǎo)軌表面

2.5 升降機(jī)安全部件分析

升降機(jī)系統(tǒng)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(jī)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(dǎo)軌未進(jìn)行及時潤滑，導(dǎo)軌與導(dǎo)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(tǒng)沒有安裝背壓裝置，液壓缸持續(xù)下降，提升轎箱的提升鏈不受力，當(dāng)導(dǎo)軌不卡頓時，轎廂自由落體與提升鏈發(fā)生沖擊，提升鏈斷裂，轎廂墜落井道。

4 預(yù)防措施

該家用升降機(jī)雖不作為電梯進(jìn)行特種設(shè)備監(jiān)督檢驗，但其安裝在單一家庭住宅中時，應(yīng)采取以下措施預(yù)防使用中出現(xiàn)危險。

（1）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。在設(shè)計上，轎廂的提升機(jī)構(gòu)、導(dǎo)軌的布置應(yīng)當(dāng)考慮轎廂重心作用在導(dǎo)軌表面的摩擦力，使用前結(jié)合計算機(jī)仿真進(jìn)行模擬分析和系統(tǒng)安全評價，減少使用中因結(jié)構(gòu)不合理引起的危險事故。

（2）增加安全裝置。該家用升降機(jī)轎廂用于載人時，缺少足夠的安全裝置部件，以避免發(fā)生墜落、剪切、碰撞等安全事故。產(chǎn)品生產(chǎn)廠家應(yīng)對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，調(diào)整設(shè)備配置，增加設(shè)備載人時的安全裝置。

（3）加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)。在大多數(shù)情況下，設(shè)備發(fā)生傷人事故，除了設(shè)備本身的故障或設(shè)計缺陷外，與設(shè)備的使用以及維修都有關(guān)系。作為一種家用設(shè)備，沒有人員負(fù)責(zé)監(jiān)督和管理時，更應(yīng)該建立一套家用設(shè)備定期維護(hù)保養(yǎng)的方法，定時聯(lián)系專業(yè)人士對升降機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)，確保設(shè)備功能正常。

（4）完善監(jiān)督機(jī)制。家用升降機(jī)作為一種小型家用提升系統(tǒng)，屬于非標(biāo)設(shè)備，沒有國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，缺少系統(tǒng)的設(shè)計制造安裝指導(dǎo)文件，因此需要對該類產(chǎn)品完善相關(guān)監(jiān)督機(jī)制，從產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、安裝驗收、使用、維護(hù)保養(yǎng)等環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督，避免使用中出現(xiàn)安全事故。