倪道安

（天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 天津 300192）

隨著城市化進(jìn)程不斷加快，高層、超高層住宅和辦公樓增長(zhǎng)速度也很快。繁華的都市人口密度高度地集中，使得電梯成為人們生活中不可或缺的一種重要垂直交通運(yùn)輸工具，隨之而來(lái)的電梯安全問(wèn)題日益受到社會(huì)和媒體的強(qiáng)烈關(guān)注。

曳引能力作為曳引式電梯運(yùn)行至關(guān)重要的條件，在不同工況下的曳引條件是否滿足要求是決定著電梯運(yùn)行是否安全可靠。由曳引鋼絲繩和曳引輪之間相互摩擦產(chǎn)生的曳引力隨著電梯在實(shí)際使用環(huán)節(jié)使用頻次、運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的不斷累積，致使曳引鋼絲繩和曳引輪輪槽發(fā)生不可逆的損耗，磨損到一定程度后將造成曳引條件弱化直至完全失去曳引能力。曳引輪槽磨損是日常檢驗(yàn)中重要檢驗(yàn)項(xiàng)目，為驗(yàn)證輪槽磨損是否影響曳引能力，需要通過(guò)TSG T7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則—曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》（含1、2號(hào)修改單，以下簡(jiǎn)稱(chēng)TSG T7001）8.9空載曳引檢查、8.10上行制動(dòng)工況曳引檢查、8.11下行制動(dòng)工況曳引檢查及8.12靜態(tài)曳引檢查（其中8.12適用于曳引驅(qū)動(dòng)載貨電梯）[1]試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析、判定。

本文結(jié)合筆者在實(shí)際檢驗(yàn)工作中發(fā)現(xiàn)的檢驗(yàn)案例，即受檢電梯在上行制停位移遠(yuǎn)超出中國(guó)特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會(huì)發(fā)布的T/CASEI T102—2015《曳引驅(qū)動(dòng)電梯制動(dòng)能力快捷檢測(cè)方法》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)T/CASEI T102）關(guān)于制停距離的推薦值[2]，且在減速區(qū)段速度曲線出現(xiàn)波峰-波谷的異常抖動(dòng)現(xiàn)象，通過(guò)空載上行制動(dòng)工況曳引檢查試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量上行制停位移，對(duì)同一批次相同配置的其他電梯重復(fù)同樣試驗(yàn)過(guò)程，比對(duì)分析找出可能存在的原因。此外，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，分析電梯系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)空載上行制動(dòng)工況曳引檢查試驗(yàn)制停位移及制停速度的影響。

1 檢驗(yàn)案例情況

筆者在對(duì)一臺(tái)使用超過(guò)十年的曳引驅(qū)動(dòng)乘客（為行文便宜，稱(chēng)該梯為A梯）電梯實(shí)施定期檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：

1）曳引輪輪槽存在嚴(yán)重磨損、磨損不均勻現(xiàn)象，初步懷疑輪槽磨損可能會(huì)影響曳引能力；

2）在進(jìn)行檢規(guī)8.9項(xiàng)空載曳引試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)A梯上行制動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)，懷疑其曳引能力存在問(wèn)題。

2 問(wèn)題分析

為驗(yàn)證上述疑問(wèn)，筆者根據(jù)TSG T7001§2.7（3）項(xiàng)中檢驗(yàn)內(nèi)容、要求及方法，綜合TSG T7001§8.9空載曳引檢查、TSG T7001§8.10上行制動(dòng)工況曳引檢查、8.11下行制動(dòng)工況曳引檢查三項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)判定當(dāng)前輪槽磨損量是否影響曳引能力。在進(jìn)行上述試驗(yàn)前，應(yīng)首先進(jìn)行平衡系數(shù)試驗(yàn)，根據(jù)TSG T7001§8.1檢驗(yàn)方法，轎廂分別裝載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%進(jìn)行上、下全程運(yùn)行，當(dāng)轎廂和對(duì)重運(yùn)行到同一水平位置時(shí)，記錄電動(dòng)機(jī)的電流值，繪制電流-負(fù)荷曲線（見(jiàn)圖1），以上、下行運(yùn)行曲線的交點(diǎn)確定平衡系數(shù)，根據(jù)圖2可知A梯平衡系數(shù)約為45%，在TSG T7001要求的范圍值內(nèi)。檢驗(yàn)人員隨后對(duì)小區(qū)內(nèi)同批次同型號(hào)同規(guī)格的其他電梯平衡系數(shù)也進(jìn)行了測(cè)試，均符合要求。

圖1 A梯電流-負(fù)荷曲線

隨后在進(jìn)行TSG T7001§8.10上行制動(dòng)工況曳引檢查試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其制停位移達(dá)到了1.8m遠(yuǎn)超出T/CASEI T102給出的推薦值（對(duì)于額定速度為1.5m/s的電梯空載上行制動(dòng)距離的合理范圍為0.68m～1.24m）。筆者結(jié)合其他檢驗(yàn)項(xiàng)目，綜合判定該梯的本次定期檢驗(yàn)結(jié)論為不合格，出具特種設(shè)備整改意見(jiàn)通知書(shū)，理由是曳引輪輪槽磨損嚴(yán)重且不均勻，導(dǎo)致曳引能力不足，存在安全隱患，告知使用單位應(yīng)立即停止使用。該梯在檢驗(yàn)后被判定為不合格后進(jìn)行了重大修理，施工涉及項(xiàng)目為更換曳引輪、抱閘閘皮和鋼絲繩。在實(shí)施重大修理以后進(jìn)行的監(jiān)督檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其上行制動(dòng)工況曳引檢查試驗(yàn)制停位移確實(shí)較重大修理前的定期檢驗(yàn)有所減?。ǘ啻螠y(cè)量后的平均值為1.4m），但仍超出T/CASEI T102給出的制停位移推薦值。

針對(duì)此現(xiàn)象，筆者又對(duì)同一小區(qū)類(lèi)似服役環(huán)境的其他相同型號(hào)相同規(guī)格相同配置的B梯進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)分析，B梯上行制動(dòng)工況曳引檢查試驗(yàn)制停位移在T/CASEI T102給出的制停位移推薦值范圍內(nèi)（實(shí)測(cè)空載上行制停距離為1.1m）。對(duì)井道有關(guān)檢驗(yàn)項(xiàng)目檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，A梯對(duì)重塊數(shù)量較其他電梯多出2塊（經(jīng)測(cè)算每塊對(duì)重塊重約47kg），經(jīng)檢查A梯、B梯對(duì)重塊的規(guī)格和質(zhì)量與同批次電梯對(duì)重塊無(wú)明顯的差異，鑒于A梯在本次定期檢驗(yàn)不合格后更換了曳引輪和鋼絲繩，輪槽、鋼絲繩無(wú)過(guò)度磨損現(xiàn)象，且前面經(jīng)測(cè)算該批次電梯平衡系數(shù)均在規(guī)定范圍內(nèi)，可排除因平衡系數(shù)過(guò)大、對(duì)重側(cè)較轎廂側(cè)重使得對(duì)重側(cè)拉力增大，進(jìn)而增大了空載上行制動(dòng)工況曳引檢查制動(dòng)距離。

同批次同規(guī)格同型號(hào)且平衡系數(shù)基本相同的電梯，而對(duì)重質(zhì)量卻要多出將近100kg，著實(shí)讓人匪夷所思。檢驗(yàn)過(guò)程中，在與同現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)保養(yǎng)人員的交流中得知在該梯重大修理以前因曳引輪輪存在槽磨損嚴(yán)重且不均勻的現(xiàn)象，因此嘗試通過(guò)同時(shí)增加轎廂側(cè)和對(duì)重側(cè)的質(zhì)量以增加鋼絲繩與曳引輪間的正壓力，從而增大鋼絲繩-曳引輪之間的摩擦力、曳引力，即維護(hù)保養(yǎng)人員在對(duì)重側(cè)增加近100kg的同時(shí)在轎廂底部增加了相同重量的配重，以增大轎廂自身質(zhì)量，保證了平衡系數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)。得知該情況后，筆者要求維護(hù)保養(yǎng)人員同時(shí)拆除轎廂側(cè)和對(duì)重側(cè)增加的配重塊，并重新根據(jù)TSG T7001§8.1檢驗(yàn)方法測(cè)算了A梯平衡系數(shù)約為42%，在要求的范圍內(nèi)。隨后進(jìn)行了上行制動(dòng)工況曳引檢查試驗(yàn)，結(jié)果表明，制停距離在T/CASEI T102給出的推薦值范圍內(nèi)。

3 電梯系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)空載上行制停位移的影響分析

筆者通過(guò)建立一個(gè)理想狀態(tài)的物理模型來(lái)分析系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)空載上行制停距離的影響。由于曳引輪軸承的摩擦、軌道與轎廂的摩擦很難測(cè)量且在同一電梯中數(shù)值基本固定，所以在本模型中并沒(méi)有考慮。

該電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)為永磁同步曳引機(jī)，基本參數(shù)為：額定速度V=2.0m/s；額定載重量Q=1000kg；平衡系數(shù)為q=0.45；曳引輪為未經(jīng)硬化處理的V型槽；曳引輪槽下部切口角β=90°。

空載上行制動(dòng)試驗(yàn)是對(duì)電梯曳引能力以及制動(dòng)力的綜合實(shí)驗(yàn)，其中曳引能力的優(yōu)劣表現(xiàn)在繩輪之間的位移；制動(dòng)力的優(yōu)劣表現(xiàn)在曳引輪的滑移。上行制動(dòng)距離就是繩槽滑移量與曳引輪在制動(dòng)后轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生位移的和。因此我們分別進(jìn)行討論。

3.1 系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)曳引能力的影響

假設(shè)在進(jìn)行空載制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)轎廂和對(duì)重處在等勢(shì)面上，并且在制停的過(guò)程中制動(dòng)器可以在斷電的同時(shí)將曳引輪制停。（從而忽略制動(dòng)力不足對(duì)空載上行制動(dòng)試驗(yàn)中制停距離的影響）

根據(jù)機(jī)械能守恒定律：

即

式中：

E動(dòng)——制停前系統(tǒng)動(dòng)能；

E勢(shì)——制停前系統(tǒng)勢(shì)能；

E’動(dòng)——制停后系統(tǒng)動(dòng)能；

E’勢(shì)——制停后系統(tǒng)勢(shì)能；

F——摩擦力所消耗的功；

f——當(dāng)量摩擦系數(shù)；

M1——轎廂總質(zhì)量；

M2——對(duì)重總質(zhì)量；

Q——電梯額定載重量；

q——電梯平衡系數(shù)；

M——系統(tǒng)總質(zhì)量。而其中：

代入式（1）中得

由于該梯使用的曳引輪為未經(jīng)硬化處理的V型槽根據(jù)國(guó)標(biāo)附錄M，在制停工況時(shí)：

代入式（3）得出f=0.17；

將電梯基本參數(shù)以及計(jì)算所得結(jié)果代入式（1）中可得：

據(jù)此繪制出系統(tǒng)質(zhì)量與繩槽滑移量的關(guān)系曲線。

圖2 系統(tǒng)質(zhì)量與繩槽滑移量關(guān)系圖

由圖2可知隨著系統(tǒng)總質(zhì)量的增加，繩槽滑移量會(huì)逐漸減少，但從圖中曲線可知隨著系統(tǒng)質(zhì)量的增加繩槽滑移量逐漸趨近于一個(gè)固定值。當(dāng)系統(tǒng)總質(zhì)量達(dá)到3500kg之后即使增加系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)繩槽滑移量的影響也變得極小，即當(dāng)系統(tǒng)質(zhì)量達(dá)到一定閾值時(shí)由曳引力所影響的繩槽滑移量并不會(huì)隨著系統(tǒng)總質(zhì)量的增加而增加。由于此系統(tǒng)中并未考慮軸承之間以及軌道與轎廂的摩擦，會(huì)使模擬的結(jié)果偏大，且在系統(tǒng)質(zhì)量過(guò)低時(shí)由于正壓力不足使繩槽之間摩擦變小，而由于沒(méi)有考慮其他的摩擦，致使繩輪之間的滑移距離急劇增大，與實(shí)際數(shù)值有所不符，只能通過(guò)該圖觀察系統(tǒng)質(zhì)量與繩槽滑移量之間的關(guān)系。

3.2 系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)制動(dòng)力的影響

該電梯主機(jī)采用的是永磁同步曳引機(jī)，其制動(dòng)輪與曳引輪同軸且無(wú)相對(duì)位移。制動(dòng)輪上受到的徑向力為曳引繩摩擦力和制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力，兩力方向相反。

根據(jù)剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律[4]：

式中：

μ——制動(dòng)器摩擦系數(shù)；

F壓——制動(dòng)器制動(dòng)力；

D——曳引輪直徑；

J——曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

α——曳引輪角減速度。

對(duì)于一臺(tái)電梯，公式中的μ、F壓、D、J都是定量的值，而α為曳引輪角減速度。

可以將曳引輪角減速度視為制動(dòng)器所產(chǎn)生的制動(dòng)效果，即在制動(dòng)器工作后曳引輪由于慣性產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)，其產(chǎn)生的線距離即制動(dòng)力對(duì)上行制停距離的影響。由式（5）可知α?xí)S著系統(tǒng)質(zhì)量的變大而變小，而此變化是為線性變化。曳引輪角減速度變小會(huì)導(dǎo)致曳引輪由額定轉(zhuǎn)速到靜止的時(shí)間變長(zhǎng)，而制停時(shí)間變長(zhǎng)，隨著曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)的鋼絲繩位移也會(huì)增大，由曳引輪減速所產(chǎn)生的制停距離會(huì)因此而變大，由此可知上行制動(dòng)距離中由制動(dòng)力所影響的距離會(huì)隨著系統(tǒng)質(zhì)量的變大而變大，且呈線性變化。

由于上行制動(dòng)距離包含繩槽滑移量和曳引輪在制動(dòng)后轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生位移，結(jié)合3.1和3.2的結(jié)果可以看出系統(tǒng)質(zhì)量的變化會(huì)對(duì)轎廂空載上行制停距離造成影響。在同等條件下適當(dāng)增加系統(tǒng)質(zhì)量的確可以使鋼絲繩與曳引輪之間的正壓力增大從而加大鋼絲繩與曳引輪之間的摩擦，減小曳引輪與繩槽之間的滑移，縮短上行制停距離，但隨著系統(tǒng)質(zhì)量的增大達(dá)到一定值之后制停距離就會(huì)達(dá)到穩(wěn)定，而增加系統(tǒng)質(zhì)量會(huì)持續(xù)增加制動(dòng)器的制停距離。在本案例中，系統(tǒng)質(zhì)量增加，使鋼絲繩與曳引輪之間的滑移量減小，而使制動(dòng)器的制動(dòng)距離增大，但是減小量不足以抵消增大量，故最終導(dǎo)致空載上行制動(dòng)距離變大。

4 建議與對(duì)策

4.1 檢驗(yàn)檢測(cè)方面

新裝曳引式電梯在投入使用前的監(jiān)督檢驗(yàn)及每個(gè)五年需進(jìn)行的125%荷載制動(dòng)試驗(yàn)，均應(yīng)測(cè)量電梯平衡系數(shù)，當(dāng)平衡系數(shù)滿足TSG T7001要求或者符合制造（改造)單位的設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)在對(duì)重側(cè)做出具有能夠快速識(shí)別對(duì)重塊數(shù)量的有效措施（例如標(biāo)明對(duì)重塊的數(shù)量或者總高度)。監(jiān)督檢驗(yàn)應(yīng)驗(yàn)證是否滿足TSG T7001要求，如不滿足請(qǐng)查閱制造或改造廠家設(shè)計(jì)值；定期檢驗(yàn)應(yīng)重點(diǎn)檢查對(duì)重塊標(biāo)識(shí)的數(shù)量、高度等是否齊全，同時(shí)還應(yīng)查看轎廂頂部和底部是否放置重物（如過(guò)度裝飾物）、配重等。目前仍在改革且或?qū)?shí)施的電梯定期檢測(cè)活動(dòng)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注鋼絲繩、曳引輪槽磨損情況，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證曳引條件是否滿足相應(yīng)工況要求，曳引能力是否可靠有效。

4.2 維護(hù)保養(yǎng)方面

維保單位在周期性的檢查、維護(hù)保養(yǎng)活動(dòng)中，應(yīng)重點(diǎn)查看曳引鋼絲繩、曳引輪槽磨損情況，如經(jīng)TSG T7001§8.9空載曳引檢查、TSG T7001§8.10上行制動(dòng)工況曳引檢查、TSG T7001§8.11下行制動(dòng)工況曳引檢查及TSG T7001§8.12靜態(tài)曳引檢查等有關(guān)試驗(yàn)得知兩者磨損值影響曳引能力的，應(yīng)立即告知使用單位電梯存在的安全隱患，同時(shí)維保人員也扮演著監(jiān)督角色的社會(huì)公眾有權(quán)向監(jiān)督管理部門(mén)報(bào)告。

5 總結(jié)

通過(guò)上行制動(dòng)工況曳引檢查試驗(yàn)，有助于快速了解受檢電梯曳引能力是否滿足要求，在實(shí)際檢驗(yàn)檢測(cè)還應(yīng)結(jié)合TSG T7001§8.9空載曳引檢查、TSG T7001§8.10上行制動(dòng)工況曳引檢查、TSG T7001§8.11下行制動(dòng)工況曳引檢查及TSG T7001§8.12靜態(tài)曳引檢查等有關(guān)試驗(yàn)綜合判定，并以制動(dòng)距離、制動(dòng)減速度作為判定指標(biāo)，從而判定曳引能力是否存在重大安全隱患。此外，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注電梯在投入使用后是否存在引起電梯平衡系數(shù)變化的再裝修裝飾（如加裝轎廂空調(diào)設(shè)備），確保曳引條件滿足要求以保證電梯安全平穩(wěn)運(yùn)行。