电梯曳引系统严重磨损的危险分析

郭俊一

（广州特种机电设备检测研究院　广州　510180）

电梯曳引系统严重磨损的危险分析

郭俊一

（广州特种机电设备检测研究院广州510180）

针对某国际著名品牌高层电梯在使用多年后，由于轮槽和钢丝绳的严重磨损，导致出现对重压实缓冲器后曳引轮能继续提升空轿厢这一危险现象，从独特的视角对风险原因进行了理论分析，得出电梯运行至行程最上端时曳引力条件发生改变，曳引力明显增强，最终导致冲顶现象发生这一结论。并提出了消除这一潜在风险的应对措施。

曳引系统 严重磨损电梯冲顶 曳引力条件 应对措施

电梯是依靠曳引轮与钢丝绳间的摩擦力带动钢丝绳使轿厢和对重做相对运动的设备。电梯曳引力由钢丝绳在曳引轮上的包角、曳引轮的槽形以及材料摩擦系数决定，这也是电梯设计时确定曳引力能否满足要求的重要因素。一般来说，新安装电梯的曳引力设计都能满足要求。但是，随着运行时间的增加，曳引系统会因为摩擦而逐渐磨损。部分高层电梯，由于使用频繁，负载持续率高，产生的磨损较为严重，这可能会改变电梯原有的曳引力条件。一般认为，磨损后将会导致曳引力下降［1-2］，可能出现轿厢装载125%额定载荷时钢丝绳在曳引轮上打滑，或者轿厢在紧急制动时减速度的值，超过缓冲器作用时减速度的值，最终可能导致事故的发生。然而，笔者在现场检验中发现，部分高层电梯的曳引系统严重磨损后，反而出现曳引力增强的现象，给电梯安全运行带来了新的风险隐患。

1　现场风险隐患

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》中附件A的2.8项明确规定：曳引轮轮槽不得有严重磨损，如果轮槽的磨损可能影响曳引能力时，应当进行曳引能力验证试验（包括空载曳引力试验、上行制动试验、下行制动试验和125%额定载荷的静态曳引试验）。

笔者做为一名电梯检验人员，在电梯年检中多次发现某国际著名品牌的高层电梯在运行多年后，经常出现钢丝绳深陷轮槽的情况，怀疑轮槽已处于严重磨损状态。根据TSG T7001—2009的要求，对其进行曳引能力验证试验。在进行上行制动试验、下行制动试验和125%额定载荷静态曳引试验时，并无异常发生；在进行空载曳引力试验时，发现对重压实缓冲器后，检修向上行运行，曳引轮能够继续提升空轿厢。持续向上运行一段距离后，轿厢顶部设备几乎撞击井道顶板，此时对重侧钢丝绳呈灯笼状松散的下垂（见图1）。停止运行电梯，部分电梯曳引轮上的钢丝绳向轿厢侧缓缓下滑，将对重侧钢丝绳拉伸至竖直状态；部分电梯的轿厢则可持续“悬空”停留在井道顶端位置。

图1　空载曳引力试验中轿厢“悬空”后的对重侧钢丝绳

毫无疑问，该电梯的轮槽严重磨损，已经改变了原有的曳引力条件，才导致了这一异常现象的产生。如果该电梯在空载或轻载上行过程中出现电气失控的情况，那么原本通过合理的曳引力设计得以实现的机械层面的安全措施（对重压实缓冲器后，不能继续提升空轿厢）也将失效，电梯安全失去最后一层保障，轿厢冲顶、甚至曳引机拉断钢丝绳的事故几乎不可避免，势必造成人员伤亡、设备损坏的后果。

2　原因分析

2.1磨损原因分析

本文以某台空载曳引力试验失败的电梯为例进行研究。经过查阅资料及现场观察、测量发现：该电梯额定载重量1000kg，额定速度1.75m/s，22层22站，提升高度66m；曳引轮轮槽为V型带切口槽（经硬化处理），V型槽开口角36°，下部切口角95°，轮槽几乎磨损到底部；钢丝绳公称直径为12mm，无断丝现象；端部钢丝绳（正常运行范围之外的部分）直径约为11.91mm，中部钢丝绳直径约为11.72mm。分析认为，因端部钢丝绳在正常运行时与轮槽无接触，不产生磨损，其直径变小是由于长期承重拉伸所致；中部钢丝绳直径变化较大，是承重拉伸和摩擦磨损的双重作用所致。

曳引轮轮槽的过量磨损一般表现为：1）均匀磨损；2）不均匀磨损；3）凹坑、表面局部剥落等。该电梯不同轮槽之间的磨损深度较为均匀，轮槽内无凹槽和局部剥落现象，应为长期正常运行所产生的均匀磨损。曳引钢丝绳的过量磨损一般表现为：1）均匀磨损；2）不均匀磨损，如单侧磨损［3］。现场的钢丝绳属于长期正常运行所产生的均匀磨损。

曳引轮-钢丝绳传动系统的摩擦磨损机制主要由以下几个方面：表面疲劳磨损、磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损、冲击磨损或振动磨损［3］。经过现场观察和实物分析，认为该台电梯曳引轮轮槽和钢丝绳的磨损主要以表面疲劳磨损和磨粒磨损为主。

2.2曳引力分析

根据欧拉公式，正常情况下，滞留工况（对重压在缓冲器上，曳引机向上方向旋转）曳引力需满足下面的公式［4］：

式中：

f——当量摩擦系数；

μ——摩擦系数，滞留工况下取0.2；

α——钢丝绳在曳引轮上的包角，本文为154°；

T1——对重压在缓冲器上时，曳引轮上空载轿厢侧钢丝绳的拉力；

T2——对重压在缓冲器上时，对重侧钢丝绳的拉力。

本文中轿厢的自重约为1200kg，补偿链的重量约为170kg，随行电缆的重量约为34kg，轿厢侧钢丝绳的重量约为8kg，轿厢侧重量合计约为1412kg；对重侧钢丝绳的自重约为204kg。经计算，式中T1/T2约为6.92；fα约为1.7396，efα约为5.69。T1/T2大于efα，说明出厂设计满足滞留工况的曳引力条件。

在空载曳引力试验中，对重压在缓冲器上，曳引机向上方向旋转时，钢丝绳不能在轮槽中打滑，说明上文不等式被改变为：

分析可知，T1和T2均未改变；包角α未改变；则必定是f发生变化。滞留工况时：

式中μ为摩擦系数，未发生改变；γ为V型槽的开口角。f发生变化，必定是由于γ的变化引起的。γ的出厂设计值一般为25°到45°［4］，研究对象的γ初始值为36°。本文认为正是运行过程中的磨损导致了γ值的改变。下图2是轮槽与钢丝绳啮合状态示意图。图2（a）为出厂时的啮合状态；图2（b）为长期运行、均匀磨损后的啮合状态。从图2（b）中可以看出，长期运行后钢丝绳由于承重拉伸和磨损，直径明显变小；钢丝绳在逐步向轮槽底部下沉的过程中，对槽壁有一定量的磨损，且磨损后形成了新的V型槽，新的V型槽的γ角比出厂设计值小。图2（c）为新的V型槽与端部钢丝绳的啮合状态。

图2　轮槽与钢丝绳啮合状态示意图

当对重压在缓冲器上，未经磨损的端部钢丝绳嵌入新形成的V型槽，由于γ变小，sin（γ/2）变小，f变大，efα变大。当γ小于32.27°时，fα大于1.9344，efα超出临界值T1/T2（本文约为6.92），滞留工况的曳引力条件被打破。此时曳引机向上方向旋转时，钢丝绳不能在轮槽中打滑，轿厢可持续上行。若γ已减小至15.97°以下，则fα大于1.9344（装载工况下，摩擦系数μ取0.1），efα超出临界值T1/T2，此时满足装载工况的曳引力条件T1/T2≤efα，则曳引机停止旋转后，“悬空”的轿厢将保持在该状态；若γ介于15.97°和32.27°之间，此时不满足装载工况的曳引力条件T1/T2≤efα，则曳引机停止旋转后，“悬空”的轿厢将会拖动钢丝绳向下滑动，将对重侧钢丝绳拉伸至竖直状态。

3　应对的措施

鉴于该品牌该型号电梯有较大的在用量，提出针对曳引系统严重磨损的应对措施，以防止事故发生，是急需解决的问题。导致曳引系统磨损的原因包括非正常磨损和正常磨损。非正常磨损的原因包括钢丝绳张力不均、曳引轮与导向轮间的不平行度或不垂直度过大、曳引轮组织和性能不一致等，此时应首先采取调整钢丝绳的张力、调整曳引轮和（或）导向轮位置或更换曳引轮等方法［3，5］。正常磨损是指由于电梯长期正常运行产生的均匀磨损。

曳引系统严重磨损后的电梯（包含非正常磨损后完成调整的），若无法满足曳引力条件，直接更换曳引系统当为最有效的办法。但该办法经济成本较高，有一定的局限性。本文提供了一种经济、便捷的整改方案，即通过同时增加轿厢和对重的重量，改变T1/T2的值，来使其重新满足曳引力条件。轿厢和对重的重量同时增加后，滞留工况下，T1（空载轿厢侧钢丝绳拉力）增加而T2（对重侧钢丝绳自重产生的拉力）不变，则T1/T2增大。当T1/T2超过某一临界值时，即可使滞留工况重新满足曳引力条件T1/T2≥efα；装载和紧急制动工况下，只需考虑轿厢装载125%额定载荷的装载工况和空载轿厢的紧急制动工况即可。T1和T2同时增大后，T1/T2的值减小（T1为任一载荷条件下曳引轮两侧钢丝绳拉力中的大值，T2为对应的另一侧小值），更有利于满足此时的曳引力条件T1/T2≤efα。

需要注意的是，该项措施应在保证驱动主机、主机支架和安全钳、导轨等部件满足受力条件的情况下进行；同时还应保证重量增加后钢丝绳的实际安全系数不小许用安全系数。若同时给轿厢和对重增加一定的重量后，仍不能使其重新满足曳引力条件，则仍需采取更换曳引系统的办法。

4 结语

曳引系统是电梯的重要组成部分，曳引力试验是检验曳引系统能否满足国标要求的重要判定手段。某国际著名品牌的高层老旧电梯，较大比例地出现了对重压实缓冲器后，曳引轮能继续提升空轿厢的危险现象。如不及时整改，可能出现电梯冲顶、人员伤亡的安全事故。

本文对空载曳引力试验中发生冲顶的原因进行了理论分析。指出是由于曳引系统严重磨损后，曳引轮槽型发生改变，电梯运行至行程最上端时曳引力明显增强，滞留工况的曳引力条件被打破，导致冲顶的发生。

本文提出了针对曳引系统严重磨损的应对措施。部分电梯可采取调整钢丝绳张力、调整曳引轮和（或）导向轮位置等方法；部分电梯可采取同时增加轿厢和对重重量的方法。如以上方法不能解决问题，应更换电梯的曳引系统。

［1］杨轶平，陈辉，俞平.电梯曳引轮磨损与检验分析［J］.科技创新与应用，2015（36）：63.

［2］陈本瑶，杨轶平，冯建平.电梯曳引轮槽新型测量装置与实验分析［J］.科技创新与应用，2016（1）：112-114.

［3］林吉曙.电梯曳引系统摩擦磨损的分析［J］.成都纺织高等专科学校学报，2007，24（4）：12-14.

［4］GB 7588—2003 电梯制造与安装安全规范［S］.

［5］李立新，潘辛敏.电梯曳引轮绳槽磨损的预防［J］.中国特种设备安全，2008，24（11）：59-60+63.

Risk Analysis on Heavy Wear of the Traction System in Elevators

Guo Junyi
（Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection &TestingGuangzhou510180）

After being in use for many years， due to the heavy wear of wire rope and traction sheave grooves，a famous international brand high-rise elevators empty car continue hoisting after the buffer is pushed to the end by counter weight， which is a dangerous phenomenon. This dissertation makes a theoretical analysis for cause of the risk from a unique perspective. The conclusion is that when the car reaches the top of the guide rail， conditions for traction force change， so the traction force enhance significantly and lead to the dangerous phenomenon. Measures to eliminate this potential risk are also come up with in this dissertation.

Traction systemHeavy wearElevator hoistingConditions for traction forceMeasures

X941

B

1673-257X（2016）08-0062-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.08.016

郭俊一（1982～），男，硕士，工程师，从事电梯安全检验工作。

2016-04-05）