一起曳引電梯沖頂事故的原因分析

張書(shū)輝 毛健 趙慶凱 張 建 冉堅(jiān)強(qiáng)

（六盤(pán)水特種設(shè)備檢驗(yàn)所，貴州 六盤(pán)水 553000）

近年來(lái)，隨著我國(guó)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(xiǎn)且一旦發(fā)生會(huì)給人身和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)重大傷害和損失的事故之一。該文通過(guò)分析一起在定期檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生的電梯沖頂事故，詳細(xì)闡述制動(dòng)器在電梯安全運(yùn)行中重要性。

1 事故情況概述

2020年3 月，我單位按計(jì)劃對(duì)轄區(qū)某單位電梯實(shí)施定期檢驗(yàn)，進(jìn)行上行制動(dòng)工況曳引檢查試驗(yàn)時(shí)，切斷電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器供電，電梯轎廂并未停止向上運(yùn)行，上行超速保護(hù)裝置未動(dòng)作，直至電梯對(duì)重壓實(shí)緩沖器， 轎廂才停止向上運(yùn)動(dòng)，轎廂受力引起安全鉗動(dòng)作，電梯設(shè)備各部件并未造成明顯損壞。

2 事故現(xiàn)場(chǎng)勘察

現(xiàn)場(chǎng)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(mén)數(shù)為12層12站12門(mén)，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(dòng)器抱閘檢測(cè)開(kāi)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(mén)地坎高度約1370mm；限速器為雙向限速器，在校驗(yàn)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(dòng)作，轎廂安全鉗已動(dòng)作，轎廂因?qū)χ貕簩?shí)緩沖器和安全鉗動(dòng)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(dòng)作，如圖1所示；井道中上極限開(kāi)關(guān)已完全動(dòng)作，底坑對(duì)重緩沖器被完全壓縮，部分鋼絲繩跳出了對(duì)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(mén)為閉合狀態(tài)，層門(mén)開(kāi)門(mén)裝置鋼絲繩已損壞，無(wú)法正常開(kāi)啟層門(mén)。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(wú)油污且槽型未改變。繩槽中未見(jiàn)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(dòng)器制動(dòng)閘瓦工作面有部分碳化現(xiàn)象，制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)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(dòng)作

圖2 對(duì)重鋼絲繩跳出

圖3 對(duì)重緩沖器壓實(shí)

圖4 制動(dòng)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(chǎng)電梯的勘察狀況可知，在上行制動(dòng)試驗(yàn)中，切斷電梯電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器供電時(shí)，轎廂沒(méi)有完全停止，反而發(fā)生加速上行，同時(shí)上行超速保護(hù)裝置未動(dòng)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(shí)無(wú)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€(gè)：①電氣開(kāi)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(dòng)器失效或者制動(dòng)力矩不足；⑤上行超速保護(hù)裝置失效。根據(jù)以上5個(gè)可能導(dǎo)致電梯沖頂事故的原因，檢驗(yàn)人員有針對(duì)地進(jìn)行排查、分析和判斷。

圖5 制動(dòng)閘瓦部分碳化

3.1 電氣開(kāi)關(guān)或電氣安全裝置失效

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)以及查閱電氣原理圖可知，事故電梯的上極限開(kāi)關(guān)、上限位開(kāi)關(guān)、對(duì)重緩沖器電氣開(kāi)關(guān)、張緊裝置電氣開(kāi)關(guān)、限速器電氣開(kāi)關(guān)已動(dòng)作，與之串聯(lián)的電梯安全繼電器處于斷開(kāi)狀態(tài)。為進(jìn)一步驗(yàn)證電氣開(kāi)關(guān)的功能狀態(tài)，檢驗(yàn)人員從電梯控制柜中故障顯示板上得到了驗(yàn)證。因此，排除電氣開(kāi)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(guò)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)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(wú)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(jiàn)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）?？梢耘卸ㄔ撾娞菸窗l(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(guò)查閱該電梯限速器-安全鉗相關(guān)資料結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)失效導(dǎo)致電梯沖頂。

3.4 制動(dòng)器失效或者制動(dòng)力矩不足

從理論上分析，制動(dòng)器制動(dòng)失效的原因主要包括兩個(gè)方面：1）制動(dòng)器電氣控制裝置部分失效，即切斷制動(dòng)器工作的接觸器觸點(diǎn)黏連或不斷開(kāi)或釋放遲緩造成制動(dòng)器不抱閘或抱閘時(shí)間滯后；曳引機(jī)制動(dòng)器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，如兩個(gè)切斷制動(dòng)器電流的電氣裝置非獨(dú)立、只有一個(gè)電氣裝置切斷制動(dòng)器電流等。2）制動(dòng)器機(jī)械部件失效，制動(dòng)器因調(diào)整導(dǎo)致制動(dòng)輪與閘瓦相對(duì)位置調(diào)整不符合要求，或制動(dòng)器閘瓦發(fā)生不正常磨損，二者之間間隙過(guò)大，導(dǎo)致制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)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(dòng)彈簧老化或長(zhǎng)度調(diào)整不當(dāng)，制動(dòng)彈簧力太小，制動(dòng)力矩不足。

按照制動(dòng)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(xiàng)第（3）款：電梯正常運(yùn)行時(shí)，切斷制動(dòng)器電流至少應(yīng)當(dāng)用兩個(gè)獨(dú)立的電氣裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)查閱電氣原理圖，排除了設(shè)計(jì)上的問(wèn)題。然后，重點(diǎn)檢查了切斷制動(dòng)器電流的兩路獨(dú)立控制的相關(guān)接觸器觸點(diǎn)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(wú)異常，沒(méi)有出現(xiàn)損壞、卡阻、黏連等現(xiàn)象，再結(jié)合轎廂上行制動(dòng)試驗(yàn)所引發(fā)的沖頂過(guò)程，基本排除因制動(dòng)器電氣保護(hù)裝置故障所引起的事故。

其次制動(dòng)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)排查，外觀檢查制動(dòng)器制動(dòng)臂、制動(dòng)彈簧、銷軸沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋和松動(dòng)，可以確定制動(dòng)器整體外觀機(jī)械結(jié)構(gòu)良好；對(duì)制動(dòng)器各機(jī)構(gòu)環(huán)節(jié)的機(jī)械動(dòng)作靈活性作檢查，制動(dòng)器動(dòng)作靈活無(wú)卡阻現(xiàn)象；對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)電磁鐵通電斷電試驗(yàn)，制動(dòng)器電磁鐵能夠正常吸合，未發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器電磁鐵機(jī)械卡阻現(xiàn)象；對(duì)制動(dòng)器制動(dòng)閘瓦和制動(dòng)輪工作面檢查，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器制動(dòng)閘瓦工作面有部分碳化現(xiàn)象，說(shuō)明制動(dòng)器處于長(zhǎng)期帶閘運(yùn)行狀態(tài)。制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)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(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力矩是靠閘瓦和閘盤(pán)之間的摩擦力產(chǎn)生的，在制動(dòng)過(guò)程中，分別會(huì)產(chǎn)生靜摩擦力和動(dòng)摩擦力。

靜摩擦力滿足：

式中：?為靜摩擦系數(shù) ，F為制動(dòng)彈簧正壓力（法向約束反力）

動(dòng)摩擦力滿足：

式中：?為動(dòng)摩擦系數(shù)。

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

式中：m為轎廂側(cè)質(zhì)量總和。

在制動(dòng)器緊急制動(dòng)的過(guò)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(duì)重及曳引機(jī)組成的整體為研究對(duì)象，假定鋼絲繩與曳引輪間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，不考慮曳引鋼絲繩所產(chǎn)生的質(zhì)量差，可知制動(dòng)器所受力矩：

整理得：

式中：為對(duì)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(dòng)閘瓦與制動(dòng)輪摩擦表面油污的存在，使制動(dòng)器工作表面靜摩擦系數(shù)?及動(dòng)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(dòng)器制動(dòng)力矩不足，不能起到有效制停轎廂向上運(yùn)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(zhǎng)期運(yùn)行，導(dǎo)致橡膠油封老化破損，潤(rùn)滑油外滲。曳引機(jī)整體向制動(dòng)器方向傾斜，在重力的作用下，外滲油污流向制動(dòng)輪與蝸桿軸的連接處。同時(shí)制動(dòng)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(rùn)滑油不斷隨轉(zhuǎn)動(dòng)軸滲出，灑落到制動(dòng)輪與制動(dòng)閘瓦摩擦面上，長(zhǎng)期存在的潤(rùn)滑油與空氣中灰塵形成油膜，導(dǎo)致制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)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(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，該電梯采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，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(kāi)關(guān)。事故發(fā)生后，限速器上行電氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作，說(shuō)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(wú)法使執(zhí)行元件夾繩器動(dòng)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(duì)夾繩器電磁繼電器進(jìn)行通電試驗(yàn)，電磁繼電器通電后能夠正常吸合。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)夾繩器外觀檢查，發(fā)現(xiàn)夾繩器閘線調(diào)整不當(dāng)，動(dòng)作機(jī)構(gòu)未調(diào)整到位致夾緊力不足，復(fù)位螺桿過(guò)度旋緊，使夾繩器未能有效動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)轎廂上行超速時(shí)使轎廂制?；蛑辽偈蛊渌俣冉档椭翆?duì)重緩沖器的設(shè)計(jì)范圍，導(dǎo)致轎廂繼續(xù)上行沖頂。

對(duì)該事故案例分析可知，由于制動(dòng)器油污的存在導(dǎo)致電梯制動(dòng)器制動(dòng)力矩不足、上行超速保護(hù)裝置失效兩個(gè)主要問(wèn)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(duì)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(dòng)器以及上行超速保護(hù)裝置在電梯安全運(yùn)行中的重要性，并在該基礎(chǔ)上給出具體的應(yīng)對(duì)措施：1）及時(shí)清理制動(dòng)輪表面油污灰塵，通過(guò)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?cái)嘤臀畚廴局苿?dòng)閘瓦與制動(dòng)輪表面的途徑。2）定期對(duì)上行超速保護(hù)裝置進(jìn)行檢查，及時(shí)調(diào)整了夾繩器閘線、動(dòng)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(shí)有效動(dòng)作，復(fù)查夾繩器電氣安全裝置。3）維保單位要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，尤其對(duì)曳引電梯制動(dòng)器、層門(mén)、限速器、上行超速保護(hù)裝置、極限開(kāi)關(guān)等重要部件要加大維護(hù)保養(yǎng)頻次和力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

5 結(jié)論

通過(guò)該案例分析，筆者意識(shí)到電梯安全部件隱患影響電梯的安全運(yùn)行。當(dāng)進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)電梯作動(dòng)態(tài)的上行制動(dòng)試驗(yàn)和下行有載制動(dòng)試驗(yàn)可以有效檢查安全部件，及時(shí)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(yàn)單位對(duì)檢驗(yàn)工作要認(rèn)真負(fù)責(zé)，除了做好電梯的常規(guī)性檢驗(yàn)以外，要注重電梯的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的安全性和可靠性是電梯安全使用的重要保證。