永磁同步曳引機(jī)曳引鋼絲繩打滑分析

宣作恕

（紹興市特種設(shè)備檢測院，浙江 紹興 312000）

電梯的控制由繼電器到PLC 再到集成模塊和芯片處理，控制方式的巨大發(fā)展使現(xiàn)代電梯變得更智能、更舒適、更安全；曳引機(jī)也由異步機(jī)發(fā)展到永磁同步機(jī)。永磁同步曳引機(jī)的出現(xiàn)，讓我國的電梯發(fā)展上了很大的一個臺階。無論是節(jié)能降耗，還是對高速電梯的設(shè)計都帶來極其有利的一面。但在檢測檢驗工作實踐中，也發(fā)現(xiàn)了永磁同步曳引機(jī)一些缺陷。尤其在電梯做曳引試驗時發(fā)現(xiàn)的鋼絲繩打滑現(xiàn)象，引起了人們的思考。鋼絲繩打滑，是曳引力不足，但造成曳引力不足的原因在哪？本文由此展開了分析。

1 綜述

GB7588 附錄M 關(guān)于電梯曳引力的計算中表明，曳引力在下列情況下均應(yīng)得到保證：（1）正常運行；（2）在層站裝載；（3）緊急制停。當(dāng)轎廂或?qū)χ責(zé)o論何種原因在井道中滯留時，如果驅(qū)動主機(jī)轉(zhuǎn)矩足以提升轎廂或?qū)χ?，?yīng)考慮允許鋼絲繩在曳引輪上滑移。曳引驅(qū)動是采用曳引輪作為驅(qū)動部件，鋼絲繩一端懸吊轎廂，另一端懸吊對重裝置，由鋼絲繩和曳引輪之間的摩擦產(chǎn)生摩擦力——曳引力驅(qū)動轎廂上下運行。如果曳引力不足，就會造成電梯在運行過程或裝載過程中打滑，因此曳引力是確保電梯安全運行的必要條件，是確保曳引電梯運行安全的關(guān)鍵。據(jù)此可以總結(jié)為：在通常情況下，鋼絲繩在曳引輪上是不能滑移的，只有當(dāng)轎廂或?qū)χ卦谄溥\行通道中有障礙物阻擋其運行時，才允許滑移；曳引力應(yīng)該有足夠的安全裕量，即便轎廂超載125%曳引鋼絲繩在繩槽中也不能打滑；曳引力不能過大。

2 對電梯曳引力的檢驗方法和判斷

2.1 空載曳引檢查方法

（1）對重壓實緩沖器時，檢修向上運行曳引機(jī)不能提升轎廂。注意這里講的“提升轎廂”是個瞬間過程，轎廂產(chǎn)生“上移”的微小動作就應(yīng)該認(rèn)為是提升轎廂。這是對曳引力不能過大的要求。當(dāng)對重完全壓實在對重緩沖器上時，曳引鋼絲繩對重側(cè)不受其對重重力的張力影響。此時，鋼絲繩對曳引輪槽的產(chǎn)生的壓力都由轎廂重力提供。如果此時的曳引摩擦力足夠提升轎廂，轎廂會因為曳引輪的向上方向轉(zhuǎn)動而被提起，但因為對重一側(cè)的鋼絲繩不會下行，隨著轎廂的上移，曳引輪兩側(cè)的鋼絲繩都會松垮。所以提升轎廂的動作是短暫的。這便是曳引驅(qū)動與強(qiáng)制驅(qū)動的根本區(qū)別。曳引力過大時，當(dāng)對重登底，壓到其緩沖器以后，由于曳引輪的轉(zhuǎn)動，還會給轎廂提供上拋的力，因此加重了轎廂沖頂?shù)某潭?。?）轎廂以正常運行速度上行至行程上部切斷電動機(jī)與制動器供電（通常按急停），轎廂應(yīng)當(dāng)完全停止。（3）電梯在某個任意樓層時，在曳引輪連同鋼絲繩畫一條橫線作為標(biāo)志，讓電梯運行一個輪回，回到原來的層站，觀察原來畫線情況。如果此線基本完好，說明電梯在運行過程中沒有滑移，如果鋼絲繩上的標(biāo)志跟曳引輪上的標(biāo)志，錯開比較多，說明電梯運行過程有滑移，曳引力不足。

2.2 有載曳引檢查

（1）轎廂在最底層裝載額定載荷125%重量，如果轎廂面積超標(biāo)，應(yīng)按實際面積計算出的載重量125%作為載荷。轎廂不應(yīng)移動。（2）轎廂載125%額定載荷，以正常運行速度下行至行程下部，切斷電動機(jī)和制動器供電，轎廂應(yīng)完全停止。

以上“轎廂完全停止”不是指轎廂“最終停止”。是否完全停止要觀察在正常制動距離內(nèi)，曳引輪停止了，曳引鋼絲繩是否停止。如果產(chǎn)生曳引輪與鋼絲繩不同步即鋼絲繩還在滑動，說明不是“完全停止”。因此，轎廂完全停止應(yīng)該理解為隨著制動的結(jié)束而停止。不然，就是曳引力不足。

3 現(xiàn)象和危害后果

電梯曳引力不足，直接的證據(jù)就是鋼絲繩在曳引輪上打滑。這也是檢驗人員可以通過上述方法直觀看到的現(xiàn)象，只是滑移多少而已。那么，我們對曳引力的檢查就應(yīng)當(dāng)從鋼絲繩在曳引輪上是否產(chǎn)生滑移去判斷這臺電梯的曳引力情況。也就是說，從上面的試驗過程中，切斷電動機(jī)和制動器供電，曳引輪停止時，有沒有發(fā)現(xiàn)鋼絲繩在曳引輪上滑移。如果產(chǎn)生滑移，顯然是不滿足曳引力的試驗要求，不符合GB7588 附錄M 所說的要求。

無論如何，鋼絲繩在曳引輪上的滑移，是絕不安全的。電梯一旦打滑，除了安全鉗和上行超速保護(hù)外，其他部件都無法使轎廂停下來。打滑不但可能引發(fā)乘客恐慌并引發(fā)人身傷亡事故。而且對鋼絲繩和曳引輪也會造成嚴(yán)重的損傷。

4 原因分析

4.1 制動力矩過大

電梯的制動力矩，只要滿足125%額定載重量靜載10min 轎廂不滑動就夠。過大的制動力，使曳引輪幾乎瞬間被制停。實際上是沒有了合適的制動距離，轎廂貫性沒有消耗。如果保證鋼絲繩和轎廂要跟曳引輪同步停止，顯然需要有足夠的力提供其減速，而曳引力無法提供足夠的力，所以曳引力不足而產(chǎn)生鋼絲繩滑移，轎廂繼續(xù)滑動。電梯緊急制動工況下的減速度最小值為0.5m/s2；在使用了減行程緩沖器的情況下，最小減速度值應(yīng)使轎廂和對重減速到不超過緩沖器的設(shè)計速度，通常為0.8m/s2。而轎廂減速度的最大值不能超過1g 的重力加速度。電梯制動減速度的規(guī)定，一方面考慮到制動的有效性，另一方面是考慮到制動的安全性。制動減速度的要求也是對電梯曳引力的基本要求：在可靠有效的制動范圍內(nèi)，曳引力應(yīng)當(dāng)滿足轎廂減速所需要的作用力。因此，如果制動力矩調(diào)整合適，讓轎廂的運行慣性在制動過程中得以消耗，曳引力可以滿足轎廂減速所需要的作用力，鋼絲繩定然不會滑移。反之，如果制動力矩過大，制動距離很短，甚至于曳引輪瞬間停止，較大的慣性和過大的減速度使曳引力無法滿足轎廂減速停止所需要的作用力，鋼絲繩便滑移。由于摩擦產(chǎn)生熱量，鋼絲繩發(fā)熱冒煙，對鋼絲繩或繩槽損傷都很大。

4.2 同步機(jī)自身存在的問題

同步電機(jī)盡管給電梯的制造成本、控制和安裝帶來很多有利之處。尤其是對無機(jī)房電梯，沒有同步電機(jī)的出現(xiàn)，很難完成無機(jī)房電梯的設(shè)計，但它的致命缺點是扭矩不如異步機(jī)大。曳引輪越大，其電機(jī)轉(zhuǎn)動所要求的扭矩就越大。因此，永磁同步曳引機(jī)的曳引輪無法做大。異步機(jī)曳引輪的節(jié)圓直徑通常可以做到520mm或620mm，甚至更大。電梯設(shè)計要求：曳引輪節(jié)圓直徑與其懸掛的鋼絲繩公稱直徑比≥40。所以曳引輪的大小，決定了曳引鋼絲繩的直徑大小。國標(biāo)規(guī)定曳引鋼絲繩的公稱不小于8mm。意味著曳引輪的最小節(jié)圓直徑為320mm。而由于目前永磁同步曳引機(jī)沒有足夠扭矩，使曳引輪無法做，鋼絲繩就配不大。同步機(jī)的鋼絲繩不能達(dá)到異步機(jī)鋼絲繩的12mm 以上的直徑。目前，對永磁同步曳引機(jī)的鋼絲繩一般采用直徑10mm 或8mm。也就是它的曳引輪直徑普遍只能采用400mm 左右。這是由同步機(jī)的曳引輪直徑確定的。那么，曳引輪直徑小，鋼絲繩直徑也小，鋼絲繩與曳引輪槽的接觸面積就少，直接導(dǎo)致曳引摩擦力小。這便是目前的電梯曳引比沒有了1:1的原因。盡管很多廠家采用了復(fù)繞的辦法來增加接觸面，增加曳引力，但其效果還是不理想。

4.3 轎廂自重輕

鋼絲繩對曳引輪繩槽如果沒有足夠的壓力，便產(chǎn)生不了足夠的曳引力。通常我們對額定載荷1000kg的電梯，轎廂重量為它的1.2 倍，也就是需要有1200kg 的轎廂自重，目前，這個重量沒有達(dá)到，有的甚至不到一半的重量。按照電梯平衡系數(shù)要滿足40%～50%的比例要求，即轎廂裝載額定載荷40%～50%重物時，轎廂總重跟對重總重相等。所以轎廂自重輕，與之相配的對重的重量也就輕，所以鋼絲繩對繩曹的繩壓比就小，產(chǎn)生的摩擦力就小，曳引力便小。

4.4 其他原因

其他原因不是著重要討論的問題，所以在此作簡單介紹。

（1）曳引輪繩槽設(shè)計存在問題，如U 型開口或V型缺口的開口或角度不合理，造成摩擦系數(shù)小。電梯使用年限長，繩槽摩損嚴(yán)重。（2）鋼絲繩質(zhì)量問題，或者鋼絲繩油污較多，鋼絲繩摩損，鋼絲繩直徑變小等。（3）平衡系數(shù)原因。電梯的平衡系數(shù)實際上就是轎廂的自重和對重之間的比例關(guān)系。國標(biāo)要求平衡系數(shù)控制在40% ～50%。但是，對于確定的某臺電梯來講，平衡系數(shù)有一個設(shè)計值，平衡系數(shù)是電梯設(shè)計的參考依據(jù)之一。因此，電梯的平衡系數(shù)數(shù)值應(yīng)該由制造設(shè)計單位提供，當(dāng)然，它提供設(shè)計的平衡系數(shù)值不能超出國標(biāo)范圍。只有滿足測量所得的平衡系數(shù)值在設(shè)計數(shù)值附近，才是合格的對重配置。不然，即使測量所得的平衡系數(shù)在國標(biāo)范圍，如果跟設(shè)計值偏差大，一樣會導(dǎo)致電梯的曳引力不足。

5 結(jié)語

綜上所述，電梯的制動距離和滑移距離是完全不同的2 個概念。電梯轎廂的制動距離有明確的要求，其制動減速度也有規(guī)定，所以它是可控的。而鋼絲繩的滑移，是一種不安全的隱患。鋼絲繩的滑移造成轎廂的失控，不但對人的生命安全帶來危險，而且對電梯設(shè)備也會造成很大損傷，長此以往，必將造成嚴(yán)重后果。我們不能把鋼絲繩的滑移造成的轎廂移動（盡管最終轎廂停止）看作制動距離。從曳引力的要求上，也可以明白這種滑移是不滿足曳引力條件才產(chǎn)生的。那么，從設(shè)計制造方面，就應(yīng)當(dāng)從問題的根源上去查找。盡管永磁同步電機(jī)在電梯曳引機(jī)上的應(yīng)用促進(jìn)了我國電梯的快速發(fā)展，但它自身存在的隱患不能小覷。

建議如下：（1）加強(qiáng)對大扭矩永磁同步電機(jī)的研發(fā)。增大曳引輪的直徑，增粗曳引鋼絲繩。從根本上消除設(shè)備缺陷。（2）提高電梯轎廂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增加轎廂必要的自身重量。（3）合理配置制動力矩。（4）合理配置對重比例，提供科學(xué)的平衡系數(shù)。