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关于电梯曳引力异常的分析与思考

2018-08-10 来源:南粤安全文化网 文章热度:2658

1 引言

随着社会经济发展日新月异,电梯已经成为人们日常生活中不可或缺的交通工具,使用频次越来越多,它的安全关系到人们的生命财产安全,它的安全性能也越来越受社会大众和新闻媒体的关注。“溜车”“冲顶”等电梯故障的发生,电梯的曳引力是否符合要求也越来越受到电梯行业的高度重视。本文笔者从现场检验时,电梯空载曳引检查过程中发现的的问题,结合《电梯制造与安装安全规范》(GB 7588-2003)及一号修改单和《电梯监督检验和定期检验规则-曳引与强制驱动电梯》(TSG T7001-2009)的相关规定,通过案例探讨了验证电梯曳引能力的空载曳引检查的情况,分析了电梯曳引能力不符合要求的部分原因,并提出了部分解决方案。


2 案例基本情况

笔者在某小区对一台使用时间不长的准新电梯进行定期检验,其他检验项目都符合检规要求,但是对这台电梯进行空载曳引试验检查时,却出现了异常的情况。

当对重完全压在缓冲器上,指令使曳引机继续按电梯上行方向运行时,能够继续提升空载轿厢上行,出现异常情况,机房打急停,然后人下到下端站层门外,谨慎把层门打开一条缝,观察到对重完全压在对重缓冲器上,对重反绳轮的一侧钢丝绳已经完全松散状态;电梯轿厢悬空于顶层层站以上。


3 案例分析

3.1法规分析

依据《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》第8.9项,当对重压在缓冲器上而曳引机按电梯上行方向旋转时,应当不能提升空载轿厢[1]

电梯在做空载曳引检查时,从机械安全和电气安全保护考虑,曳引轮与曳引绳必须产生相对滑动或者通过设置变频器等安全保护限制曳引机的输出力矩,从而使曳引机停止旋转来防止轿厢的继续提升,但现场却能够提升空载轿厢,故不符合检规要求。

3.2风险分析

做空载曳引检查时,当对重压到缓冲器上,轿厢必然在顶层平层位置以上,已经处于非平层位置,曳引机按电梯上行方向旋转时,不考虑其他阻力,即对重不再受向上的力的作用。检规《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》中第3.2项和《电梯制造与安装安全规范》中的5.7.1项规定的顶层高度能够保证轿厢在冲顶时人员和设备的安全,则要求曳引条件必须满足当对重完全压在它的缓冲器上以后,无论曳引轮如何转动,钢丝绳也不能将空载轿厢持续提升,这是保证曳引驱动电梯顶部空间安全的前提[2][3]。只有空载曳引检查符合要求,井道顶部空间的保护才具有意义。在电梯正常运行使用过程中,若突然发生电梯失速的情况,对重快速下行,撞击并完全压在对重缓冲器上,轿厢快速上行,闯过极限开关的保护,曳引轮槽与钢丝绳之间的摩擦力仍能够提升轿厢,则顶部空间规定的相关数据将失去意义,无法在规定的制停距离内保证轿厢能够停下来,如果不及时采取有效措施,甚至会出现轿厢顶部撞击井道顶板(冲顶)的严重事故;若轿厢上行超速保护装置(对重安全钳、夹绳器)误动作,造成对重无法正常移动,曳引力过大,也会造成轿厢继续向上运行,造成无法预料的损失。

电梯空载曳引检查不符合要求,就有很大可能出现上述风险情况。

3.3案例的失效分析

经现场观察测量,并后期查阅相关数据发现:电梯额定载重量为1050kg,额定速度为2.50m/s,31层31站,提升高度95.8m;钢丝绳公称直径为10mm×5,钢丝绳根数5,每根线密度0.34kg/m;电缆数根1,线密度1kg/m;补偿链根数2,线密度1.49kg/m;曳引轮直径450mm,曳引绳槽为带切口的半圆槽,曳引包角α=159°=2.775rad(设计值),绳槽下部切口β =105°=1.833rad,槽的角度γ =30°=0.524rad,曳引比r=2:1,轿厢自重约1100kg。

3.3.1电梯曳引力的设计验算

在曳引系统中,曳引轮轮槽与钢丝绳之间必须具有合适的摩擦力,这是设计和验证曳引系统是否安全的核心所在。

在空载曳引检查中,判断曳引系统的摩擦力是否合适的理论根本依据是欧拉公式在滞留工况下与的关系[4]

根据GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》及一号修改单附录M2提示曳引力计算采用下面的公式[2]

用于轿厢滞留工况(对重压在缓冲器上,曳引机向上方向旋转)。

式中:f—当量摩擦系数;—钢丝绳在绳轮上的包角,rad;—曳引轮两侧曳引绳中的拉力。

图1 带切口半圆槽示意图

据GB 7588—2003附录M针对常用的带切口半圆槽的当量摩擦系数公式[2]

式中:—下部切口角度值105°;—槽的角度值30°;—摩擦系数,轿厢滞留工况下取0.2。

电梯在空载曳引检查工况下:

电梯在轿厢滞留工况中,的静态比值应按照轿厢空载或装有额定载荷并考虑轿厢在井道的不同位置时的最不利情况进行计算。通常最不利的情况是空轿厢在最顶层时,对重压在缓冲器上,也就是电梯做空载曳引检查所表现出了的状况。此时为空载轿厢重量、轿厢底下补偿链重量和随行电缆之和;而为对重侧钢丝绳的总和。

由以上计算可知:电梯曳引系统设计符合要求。

3.3.2 电梯曳引力变化原因分析

电梯轿厢空载在滞留工况下,应不能提升空载轿厢,但是在实际检验过程中,电梯的对重完全压在缓冲器上,曳引机按电梯上行方向旋转时,轿厢却能够被提升起来,可能会造成“冲顶”事故,说明上文所计算的不等式在电梯运行一段时间后,在实践中被改变,即此时应该是,分析可知在用曳引电梯曳引力发生变化的原因主要是当量摩擦系数f发生了变化。

根据现场勘查,曳引轮绳槽没有明显磨损的痕迹,钢丝绳外观良好,用游标卡尺实测末端钢丝绳直径(空载曳引检查时,和曳引轮接触的端部钢丝绳),电梯正常运行中段钢丝绳直径D=10.24mm,根据《电梯用钢丝绳》(GB 8903-2005)第4.2项钢丝绳直径允许偏差可知[5],直径10mm的纤维芯钢丝绳直径允许偏差为,而曳引轮半圆切口槽的直径为10mm,曳引钢丝绳直径比曳引轮槽尺寸大,出现过盈配合,即钢丝绳和曳引轮绳槽不匹配。

勘察机房现场并询问业主和电梯维保单位得知,受到近期台风暴雨的侵袭,雨水通过未关闭的窗户,正好打在曳引轮和钢丝绳上,导致钢丝绳受潮,绳芯吸收潮气后,会不同程度的膨胀,胀大的绳芯会将绳股向外推,造成钢丝绳在直径方向上的增加,且轿厢在顶层平层后由于曳引轮到轿顶轮之间的这段钢丝绳与曳引轮不经常接触,平时只受拉力,很少受绳轮折弯的影响,受到以上因素影响,端部钢丝绳直径变大,钢丝绳在绳槽里的圆心上移。

(a)                                      (b)

图2 钢丝绳在半圆切口槽正常表面压力分布、非正常表面压力分布

当钢丝绳直径比曳引轮绳槽直径更大时,钢丝绳与曳引轮绳槽之间的接触理论上来说是半圆切口槽,钢丝绳和轮槽接触正常表面压力分布见图2(a),但实际上它们接触的位置不仅仅在半圆槽底部,由于钢丝绳具有一定的弹性,随着钢丝绳直径的增大,钢丝绳就会和半圆切口槽左右两侧,甚至槽角γ的直线段,绳槽的槽缘挤压接触,在压力的作用下钢丝绳能够有一定范围的变形,此时钢丝绳与绳槽壁的接触为面接触,钢丝绳和轮槽接触非正常表面压力分布见图2(b),从而对应的当量摩擦系数f变大。此时虽然半圆切口槽没有太多磨损,但从钢丝绳受力情况来看,实际上趋近于V形切口槽的受力情况。从电梯设计角度来说,曳引轮轮槽V形切口槽的γ值不应小于35°,而电梯的轮槽γ值为30°,故钢丝绳在绕入绕出曳引轮时可能会产生卡绳现象。

据GB 7588—2003附录M针对常用带切口V形槽的滞留工况下的当量摩擦系数公式[2]

由以上计算可知:

故电梯不满足轿厢滞留工况下的曳引力条件,电梯在做空载曳引检查时,能够在对重完全压在缓冲器上时,空载轿厢还能继续上行,这就是空载曳引检查不符合要求的原因。


4 结论

空载曳引检查的本质是保证或限制电梯的曳引能力不能过大,是十分重要的安全条件,当电气保护失效的时候,是电梯越程后不发生冲顶事故的最后保障。

本案中,电梯空载曳引力检查试验,轿厢在顶层平层后,曳引轮到轿顶反绳轮之间这段只受拉力,不经常折弯的钢丝绳与曳引轮不经常接触,受潮后绳直径膨胀变大,和曳引轮出现过盈配合,且有卡绳现象,当量摩擦系数变大,进而导致电梯的曳引能力变大,可能出现电梯“冲顶”的事故,故电梯的空载曳引检查不符合要求。

电梯“冲顶”故障会导致剪切,碰撞等事故,具有突发,后果严重的特点。

在后续处理中,电梯维保单位更换完电梯钢丝绳,重新做空载曳引检查,符合检规要求。电梯由于钢丝绳受潮,曳引力过大而可能发生电梯“冲顶”的风险得到排除。

电梯使用、维保单位在电梯使用过程中,必须加强日常检查和维保,及时发现并排除故障隐患,保证电梯正常安全运行。

( 作者 郭在焱 广州特种机电设备检测研究院 )

参考文献

[1]TSG T7001-2009电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯[S].

[2]GB 7588-2003/XG1-2015电梯制造与安装安全规范[S].国家质量监督检验检疫总局.2016.

[4]毛怀新.电梯与自动扶梯的技术检验[M].北京:学苑出版社,2001.

[5]GB 8903-2005电梯用钢丝绳[S].国家质量监督检验检疫总局.2006.

内容标签:电梯;空载曳引检查;冲顶;曳引力