因曳引機(jī)失效導(dǎo)致轎廂過度抖動(dòng)的案例分析

許宏達(dá)

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院泉州分院，福建泉州362200）

0 引言

電梯使用的增長(zhǎng)率逐年遞增，根據(jù)市場(chǎng)監(jiān)督管理總局-中國(guó)電梯行業(yè)商務(wù)年鑒的數(shù)據(jù)顯示，2019年中國(guó)電梯的保有量已達(dá)700萬(wàn)臺(tái)，2020年中國(guó)電梯增長(zhǎng)達(dá)到107萬(wàn)臺(tái)[1]。電梯的快速增長(zhǎng)也帶來(lái)了許多電梯故障，要消除故障就必須了解電梯結(jié)構(gòu)，電梯的結(jié)構(gòu)主要由曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置[2]共8大系統(tǒng)組成。其中，曳引系統(tǒng)一般都由曳引機(jī)、鋼絲繩、反繩輪、導(dǎo)向輪等組成。曳引機(jī)是電梯的動(dòng)力設(shè)備，一般被稱為電梯主機(jī)，主要由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、聯(lián)軸器、減速箱和曳引輪等組成[3]。

電梯主機(jī)按減速器的結(jié)構(gòu)不同可分為有齒輪曳引機(jī)（異步機(jī)）和無(wú)齒輪曳引機(jī)（同步機(jī)）兩類[4]。其中有齒輪曳引機(jī)，由電力拖動(dòng)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(dòng)效率低，只能達(dá)到70%左右，傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，因此普遍用于低速貨梯中；行星或者斜齒輪曳引機(jī)傳動(dòng)效率可達(dá)90%，但加工精度高，成本高[5]。有齒輪曳引機(jī)特點(diǎn)主要是傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、輸出力矩大，但噪聲大、啟動(dòng)不平穩(wěn)。無(wú)齒輪曳引機(jī)則不通過減速器而直接傳遞到曳引輪上[6]。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，低溫升，小體積，效率高，超節(jié)能，穩(wěn)定性高，改善了啟動(dòng)過程不平穩(wěn)問題，無(wú)需潤(rùn)滑油，維保簡(jiǎn)單，但成本高，維修不方便[7]。本文通過分析一則日常檢驗(yàn)中遇到的電梯運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重抖動(dòng)且噪聲的案例，利用福建省特檢院開發(fā)的便攜式電梯運(yùn)行質(zhì)量測(cè)試儀測(cè)量其運(yùn)行質(zhì)量，并通過分析該電梯的曳引機(jī)的具體情況，發(fā)現(xiàn)是由于曳引機(jī)中的減速器內(nèi)的蝸輪蝸桿發(fā)生了部分失效引起電梯抖動(dòng)。

1 案例

在對(duì)泉州臺(tái)商投資區(qū)某醫(yī)院進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，依據(jù)檢規(guī)要求進(jìn)行檢驗(yàn)。所檢設(shè)備的基本參數(shù)：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(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)主要缺陷：乘坐電梯到站時(shí)轎廂會(huì)上下抖動(dòng)，運(yùn)行時(shí)同樣出現(xiàn)轎廂抖動(dòng)，在機(jī)房觀察電梯停止時(shí)曳引輪出現(xiàn)上下轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象，且運(yùn)行時(shí)曳引機(jī)噪聲大，上行制動(dòng)試驗(yàn)存在同樣的現(xiàn)象。

2 缺陷原因分析

根據(jù)所出現(xiàn)的缺陷情況，現(xiàn)場(chǎng)采用便攜式電梯運(yùn)行質(zhì)量測(cè)試儀測(cè)量出其上下運(yùn)行時(shí)垂直抖動(dòng)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(yùn)行抖動(dòng)大的原因可能是以下幾點(diǎn)：（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(xiàn)不同程度的滑移，導(dǎo)致轎廂出現(xiàn)抖動(dòng)；（2）電梯減速箱的蝸輪磨損、曳引輪磨損等機(jī)械原因?qū)е碌碾娞葸\(yùn)行抖動(dòng)；（3）電梯變頻器或編碼器等電氣故障導(dǎo)致的運(yùn)行抖動(dòng)。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼絲繩等進(jìn)行檢查并未發(fā)現(xiàn)異常，同時(shí)變頻器或編碼器等電器未發(fā)現(xiàn)故障，大概率是減速箱發(fā)生故障，因此本文對(duì)減速箱發(fā)生故障進(jìn)行重點(diǎn)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(fā)現(xiàn)溫度過高，蓋板處有漏油現(xiàn)象，打開其蓋板，發(fā)現(xiàn)蝸輪齒面出現(xiàn)點(diǎn)蝕剝落現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 減速箱出現(xiàn)嚴(yán)重點(diǎn)蝕現(xiàn)象

該電梯從投入使用至今已十多年，且為醫(yī)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(zhì)量也就相對(duì)的比較差，加上機(jī)房里的空調(diào)損壞未修復(fù)，電梯主機(jī)用手觸摸，明顯感覺溫度比較高。維保員反映接手后減速機(jī)缺油，首次更換時(shí)發(fā)現(xiàn)從減速機(jī)流出來(lái)的潤(rùn)滑油已經(jīng)被乳化，變質(zhì)發(fā)黑，齒輪齒面腐蝕、磨損，甚至出現(xiàn)點(diǎn)蝕。

分析減速箱潤(rùn)滑油出現(xiàn)乳化、變質(zhì)發(fā)黑的原因及后果：曳引機(jī)工作時(shí)，蝸輪蝸桿將產(chǎn)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(rùn)滑油液由于溫度的升高會(huì)變質(zhì)變稀，且齒輪油溫度升高又冷卻后會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)水和水混合，影響潤(rùn)滑效果，造成潤(rùn)滑效果降低及泄漏；而在缺油或者潤(rùn)滑效果差時(shí)，減速機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，齒輪得不到應(yīng)有的潤(rùn)滑保護(hù)，減速機(jī)啟動(dòng)時(shí)，齒輪由于得不到潤(rùn)滑導(dǎo)致加速磨損或斷裂，而金屬碎屑混合在油中又會(huì)加快齒輪的損壞。

發(fā)生點(diǎn)蝕面積較大的原因可能是：齒面上最初出現(xiàn)的點(diǎn)蝕僅為針尖大小的麻點(diǎn)，維保單位未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和根據(jù)季節(jié)性更換合適濃度的潤(rùn)滑油，從而使齒面點(diǎn)蝕麻點(diǎn)逐漸擴(kuò)大，如圖2所示數(shù)點(diǎn)連成一片，再加上金屬表面產(chǎn)生過度伸張，促使疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，并出現(xiàn)齒面的點(diǎn)蝕破壞。破壞性點(diǎn)蝕通常呈小點(diǎn)狀金屬脫落形成凹坑，多個(gè)點(diǎn)蝕相互擴(kuò)散將連成一片，最終形成大面積的破壞，齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)出現(xiàn)不平穩(wěn)、傳動(dòng)噪聲大。這種點(diǎn)蝕破壞發(fā)展到足夠程度時(shí)，可能導(dǎo)致輪齒斷裂，齒輪又是減速機(jī)的關(guān)鍵性部件，齒輪的失效必將影響到整個(gè)減速機(jī)的正常運(yùn)行，影響到整個(gè)電梯的安全運(yùn)行，如在點(diǎn)蝕的初始階段就發(fā)現(xiàn)并及時(shí)采取相應(yīng)措施，則可有效延長(zhǎng)使用壽命，減少電梯故障。

圖2 齒面點(diǎn)蝕及斷齒

除了上述點(diǎn)蝕有可能導(dǎo)致缺陷，蝸輪蝸桿本身的工作方式也可能導(dǎo)致上述缺陷出現(xiàn)，蝸輪強(qiáng)度、硬度一般比蝸桿弱，失效一般發(fā)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(chǎn)生一定的彈性變形，在蝸輪、蝸桿的齒面上產(chǎn)生接觸應(yīng)力，通常情況下，齒面所受的接觸應(yīng)力小于齒面的強(qiáng)度，蝸輪蝸桿能正常工作，受潤(rùn)滑條件、磨損接觸率及傳遞的載荷等影響，接觸面應(yīng)力增大，當(dāng)應(yīng)力增大到一定強(qiáng)度時(shí)，齒面就會(huì)斷裂。齒面斷裂一般發(fā)生在齒根，因?yàn)辇X根是在蝸輪蝸桿傳動(dòng)中彎曲應(yīng)力最大的地方，而且是蝸輪的應(yīng)力集中點(diǎn)，如果蝸輪的設(shè)計(jì)、選材、材料缺陷、裝配精度不足時(shí)，則蝸輪齒根將承受很大的彎曲應(yīng)力，從而產(chǎn)生疲勞裂紋直至斷裂。排除設(shè)計(jì)、選材、材質(zhì)缺陷等維保無(wú)法控制的因素以外，添加劑和潤(rùn)滑油的選用及液位合理，也尤為重要。

綜上所述，發(fā)生抖動(dòng)大，噪聲大的主要原因是電梯維護(hù)保養(yǎng)工作不到位，減速機(jī)內(nèi)部缺潤(rùn)滑油等原因造成的。

3 預(yù)防措施

為了防止上述缺陷繼續(xù)發(fā)生，今后維保單位、檢驗(yàn)人員以及使用單位應(yīng)從不同方面進(jìn)行相應(yīng)預(yù)防[8]。

3.1 維保單位

（1）維保單位對(duì)所承保的傳動(dòng)方式為蝸輪蝸桿的電梯進(jìn)行全面排查，重點(diǎn)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(diǎn)蝕、齒面膠合等現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)齒輪有出現(xiàn)相應(yīng)的失效形式，應(yīng)及時(shí)分析產(chǎn)生失效的原因，先消除缺陷后再進(jìn)行針對(duì)性維修。對(duì)于斷齒等無(wú)法修復(fù)的渦輪蝸桿，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)進(jìn)行更換，更換時(shí)應(yīng)依據(jù)電梯的使用環(huán)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(xiàn)斷齒；對(duì)于處理后可以再使用的，應(yīng)及時(shí)處理后再使用，例如可以對(duì)應(yīng)力集中區(qū)進(jìn)行熱處理，對(duì)于出現(xiàn)點(diǎn)蝕的齒面應(yīng)提高齒面硬度，增強(qiáng)齒輪抗點(diǎn)蝕的能力。

（2）在日常的維保當(dāng)中，應(yīng)選擇合適的潤(rùn)滑油，電梯有齒輪曳引機(jī)通常選用的是VG320或VG460的渦輪蝸桿齒輪油[9]，此類潤(rùn)滑劑抗磨潤(rùn)滑性能得到極大提升，在金屬表面形成極強(qiáng)的油膜，長(zhǎng)時(shí)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(dòng)時(shí)立刻得到良好的潤(rùn)滑保護(hù)[10]。

3.2 檢驗(yàn)人員

檢驗(yàn)人員在檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真分析日常電梯運(yùn)行出現(xiàn)的抖動(dòng)或者噪聲，參照上文提到的有可能引起抖動(dòng)的原因進(jìn)行分析。同時(shí)應(yīng)重點(diǎn)分析曳引機(jī)方面引起的抖動(dòng)：（1）加強(qiáng)對(duì)傳動(dòng)方式為蝸輪蝸桿電梯的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)工作，特別是對(duì)投入使用多年的、運(yùn)行頻繁的、減速箱存在異響的電梯；（2）檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)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(jù)檢規(guī)要求認(rèn)真試驗(yàn)電梯的乘運(yùn)質(zhì)量，認(rèn)真試驗(yàn)電梯上行制動(dòng)實(shí)驗(yàn)、電梯的上行超速保護(hù)實(shí)驗(yàn)、電梯的限速器安全鉗聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)等，根據(jù)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)綜合情況分析具體原因，提出合理的整改方案；（3）現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問題后無(wú)法進(jìn)行整改或者現(xiàn)場(chǎng)不配合整改的應(yīng)及時(shí)上報(bào)監(jiān)察機(jī)構(gòu)督促整改。

3.3 使用單位

使用單位除日常加強(qiáng)對(duì)維保單位平常維保質(zhì)量的監(jiān)督外，還應(yīng)對(duì)潤(rùn)滑油的具體規(guī)格嚴(yán)格把關(guān)，同時(shí)，及時(shí)更換變質(zhì)的潤(rùn)滑油，對(duì)曳引機(jī)潤(rùn)滑油泄漏處及時(shí)更換密封圈保證曳引機(jī)中潤(rùn)滑油液位始終處于合理位置。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次案例中遇到的缺陷，經(jīng)過分析是由于維保單位維保不到位，潤(rùn)滑油添加不當(dāng)，導(dǎo)致曳引機(jī)中的減速器的蝸輪蝸桿出現(xiàn)嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，同時(shí)由于潤(rùn)滑油不足導(dǎo)致蝸輪上的齒輪出現(xiàn)應(yīng)力性斷齒等缺陷，該缺陷直接導(dǎo)致了電梯運(yùn)行抖動(dòng)，影響電梯的乘運(yùn)質(zhì)量。為此，現(xiàn)場(chǎng)維保應(yīng)該及時(shí)采取措施，防止再次出現(xiàn)類似情況再次發(fā)生。此案例的分析為電梯檢驗(yàn)中遇到電梯抖動(dòng)的案例提供了借鑒。