基于检验案例分析影响电梯空载上行制停距离的因素

倪道安

（天津市特种设备监督检验技术研究院 天津 300192）

随着城市化进程不断加快，高层、超高层住宅和办公楼增长速度也很快。繁华的都市人口密度高度地集中，使得电梯成为人们生活中不可或缺的一种重要垂直交通运输工具，随之而来的电梯安全问题日益受到社会和媒体的强烈关注。

曳引能力作为曳引式电梯运行至关重要的条件，在不同工况下的曳引条件是否满足要求是决定着电梯运行是否安全可靠。由曳引钢丝绳和曳引轮之间相互摩擦产生的曳引力随着电梯在实际使用环节使用频次、运转频率的不断累积，致使曳引钢丝绳和曳引轮轮槽发生不可逆的损耗，磨损到一定程度后将造成曳引条件弱化直至完全失去曳引能力。曳引轮槽磨损是日常检验中重要检验项目，为验证轮槽磨损是否影响曳引能力，需要通过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》（含1、2号修改单，以下简称TSG T7001）8.9空载曳引检查、8.10上行制动工况曳引检查、8.11下行制动工况曳引检查及8.12静态曳引检查（其中8.12适用于曳引驱动载货电梯）[1]试验结果进行综合分析、判定。

本文结合笔者在实际检验工作中发现的检验案例，即受检电梯在上行制停位移远超出中国特种设备检验协会发布的T/CASEI T102—2015《曳引驱动电梯制动能力快捷检测方法》（以下简称T/CASEI T102）关于制停距离的推荐值[2]，且在减速区段速度曲线出现波峰-波谷的异常抖动现象，通过空载上行制动工况曳引检查试验，通过测量上行制停位移，对同一批次相同配置的其他电梯重复同样试验过程，比对分析找出可能存在的原因。此外，通过建立数学模型，分析电梯系统质量对空载上行制动工况曳引检查试验制停位移及制停速度的影响。

1 检验案例情况

笔者在对一台使用超过十年的曳引驱动乘客（为行文便宜，称该梯为A梯）电梯实施定期检验时发现：

1）曳引轮轮槽存在严重磨损、磨损不均匀现象，初步怀疑轮槽磨损可能会影响曳引能力；

2）在进行检规8.9项空载曳引试验时发现A梯上行制动距离过长，怀疑其曳引能力存在问题。

2 问题分析

为验证上述疑问，笔者根据TSG T7001§2.7（3）项中检验内容、要求及方法，综合TSG T7001§8.9空载曳引检查、TSG T7001§8.10上行制动工况曳引检查、8.11下行制动工况曳引检查三项试验结果来判定当前轮槽磨损量是否影响曳引能力。在进行上述试验前，应首先进行平衡系数试验，根据TSG T7001§8.1检验方法，轿厢分别装载额定载重量的30%、40%、45%、50%、60%进行上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电动机的电流值，绘制电流-负荷曲线（见图1），以上、下行运行曲线的交点确定平衡系数，根据图2可知A梯平衡系数约为45%，在TSG T7001要求的范围值内。检验人员随后对小区内同批次同型号同规格的其他电梯平衡系数也进行了测试，均符合要求。

图1 A梯电流-负荷曲线

随后在进行TSG T7001§8.10上行制动工况曳引检查试验时，发现其制停位移达到了1.8m远超出T/CASEI T102给出的推荐值（对于额定速度为1.5m/s的电梯空载上行制动距离的合理范围为0.68m～1.24m）。笔者结合其他检验项目，综合判定该梯的本次定期检验结论为不合格，出具特种设备整改意见通知书，理由是曳引轮轮槽磨损严重且不均匀，导致曳引能力不足，存在安全隐患，告知使用单位应立即停止使用。该梯在检验后被判定为不合格后进行了重大修理，施工涉及项目为更换曳引轮、抱闸闸皮和钢丝绳。在实施重大修理以后进行的监督检验时发现其上行制动工况曳引检查试验制停位移确实较重大修理前的定期检验有所减小（多次测量后的平均值为1.4m），但仍超出T/CASEI T102给出的制停位移推荐值。

针对此现象，笔者又对同一小区类似服役环境的其他相同型号相同规格相同配置的B梯进行比对试验分析，B梯上行制动工况曳引检查试验制停位移在T/CASEI T102给出的制停位移推荐值范围内（实测空载上行制停距离为1.1m）。对井道有关检验项目检验发现，A梯对重块数量较其他电梯多出2块（经测算每块对重块重约47kg），经检查A梯、B梯对重块的规格和质量与同批次电梯对重块无明显的差异，鉴于A梯在本次定期检验不合格后更换了曳引轮和钢丝绳，轮槽、钢丝绳无过度磨损现象，且前面经测算该批次电梯平衡系数均在规定范围内，可排除因平衡系数过大、对重侧较轿厢侧重使得对重侧拉力增大，进而增大了空载上行制动工况曳引检查制动距离。

同批次同规格同型号且平衡系数基本相同的电梯，而对重质量却要多出将近100kg，着实让人匪夷所思。检验过程中，在与同现场维护保养人员的交流中得知在该梯重大修理以前因曳引轮轮存在槽磨损严重且不均匀的现象，因此尝试通过同时增加轿厢侧和对重侧的质量以增加钢丝绳与曳引轮间的正压力，从而增大钢丝绳-曳引轮之间的摩擦力、曳引力，即维护保养人员在对重侧增加近100kg的同时在轿厢底部增加了相同重量的配重，以增大轿厢自身质量，保证了平衡系数在规定的范围内。得知该情况后，笔者要求维护保养人员同时拆除轿厢侧和对重侧增加的配重块，并重新根据TSG T7001§8.1检验方法测算了A梯平衡系数约为42%，在要求的范围内。随后进行了上行制动工况曳引检查试验，结果表明，制停距离在T/CASEI T102给出的推荐值范围内。

3 电梯系统质量对空载上行制停位移的影响分析

笔者通过建立一个理想状态的物理模型来分析系统质量对空载上行制停距离的影响。由于曳引轮轴承的摩擦、轨道与轿厢的摩擦很难测量且在同一电梯中数值基本固定，所以在本模型中并没有考虑。

该电梯驱动主机为永磁同步曳引机，基本参数为：额定速度V=2.0m/s；额定载重量Q=1000kg；平衡系数为q=0.45；曳引轮为未经硬化处理的V型槽；曳引轮槽下部切口角β=90°。

空载上行制动试验是对电梯曳引能力以及制动力的综合实验，其中曳引能力的优劣表现在绳轮之间的位移；制动力的优劣表现在曳引轮的滑移。上行制动距离就是绳槽滑移量与曳引轮在制动后转动所产生位移的和。因此我们分别进行讨论。

3.1 系统质量对曳引能力的影响

假设在进行空载制动试验时轿厢和对重处在等势面上，并且在制停的过程中制动器可以在断电的同时将曳引轮制停。（从而忽略制动力不足对空载上行制动试验中制停距离的影响）

根据机械能守恒定律：

即

式中：

E动——制停前系统动能；

E势——制停前系统势能；

E’动——制停后系统动能；

E’势——制停后系统势能；

F——摩擦力所消耗的功；

f——当量摩擦系数；

M1——轿厢总质量；

M2——对重总质量；

Q——电梯额定载重量；

q——电梯平衡系数；

M——系统总质量。而其中：

代入式（1）中得

由于该梯使用的曳引轮为未经硬化处理的V型槽根据国标附录M，在制停工况时：

代入式（3）得出f=0.17；

将电梯基本参数以及计算所得结果代入式（1）中可得：

据此绘制出系统质量与绳槽滑移量的关系曲线。

图2 系统质量与绳槽滑移量关系图

由图2可知随着系统总质量的增加，绳槽滑移量会逐渐减少，但从图中曲线可知随着系统质量的增加绳槽滑移量逐渐趋近于一个固定值。当系统总质量达到3500kg之后即使增加系统质量对绳槽滑移量的影响也变得极小，即当系统质量达到一定阈值时由曳引力所影响的绳槽滑移量并不会随着系统总质量的增加而增加。由于此系统中并未考虑轴承之间以及轨道与轿厢的摩擦，会使模拟的结果偏大，且在系统质量过低时由于正压力不足使绳槽之间摩擦变小，而由于没有考虑其他的摩擦，致使绳轮之间的滑移距离急剧增大，与实际数值有所不符，只能通过该图观察系统质量与绳槽滑移量之间的关系。

3.2 系统质量对制动力的影响

该电梯主机采用的是永磁同步曳引机，其制动轮与曳引轮同轴且无相对位移。制动轮上受到的径向力为曳引绳摩擦力和制动器产生的制动力，两力方向相反。

根据刚体定轴转动定律[4]：

式中：

μ——制动器摩擦系数；

F压——制动器制动力；

D——曳引轮直径；

J——曳引轮转动惯量；

α——曳引轮角减速度。

对于一台电梯，公式中的μ、F压、D、J都是定量的值，而α为曳引轮角减速度。

可以将曳引轮角减速度视为制动器所产生的制动效果，即在制动器工作后曳引轮由于惯性产生的转动，其产生的线距离即制动力对上行制停距离的影响。由式（5）可知α会随着系统质量的变大而变小，而此变化是为线性变化。曳引轮角减速度变小会导致曳引轮由额定转速到静止的时间变长，而制停时间变长，随着曳引轮转动的钢丝绳位移也会增大，由曳引轮减速所产生的制停距离会因此而变大，由此可知上行制动距离中由制动力所影响的距离会随着系统质量的变大而变大，且呈线性变化。

由于上行制动距离包含绳槽滑移量和曳引轮在制动后转动所产生位移，结合3.1和3.2的结果可以看出系统质量的变化会对轿厢空载上行制停距离造成影响。在同等条件下适当增加系统质量的确可以使钢丝绳与曳引轮之间的正压力增大从而加大钢丝绳与曳引轮之间的摩擦，减小曳引轮与绳槽之间的滑移，缩短上行制停距离，但随着系统质量的增大达到一定值之后制停距离就会达到稳定，而增加系统质量会持续增加制动器的制停距离。在本案例中，系统质量增加，使钢丝绳与曳引轮之间的滑移量减小，而使制动器的制动距离增大，但是减小量不足以抵消增大量，故最终导致空载上行制动距离变大。

4 建议与对策

4.1 检验检测方面

新装曳引式电梯在投入使用前的监督检验及每个五年需进行的125%荷载制动试验，均应测量电梯平衡系数，当平衡系数满足TSG T7001要求或者符合制造（改造)单位的设计值时，应在对重侧做出具有能够快速识别对重块数量的有效措施（例如标明对重块的数量或者总高度)。监督检验应验证是否满足TSG T7001要求，如不满足请查阅制造或改造厂家设计值；定期检验应重点检查对重块标识的数量、高度等是否齐全，同时还应查看轿厢顶部和底部是否放置重物（如过度装饰物）、配重等。目前仍在改革且或将实施的电梯定期检测活动，应重点关注钢丝绳、曳引轮槽磨损情况，必要时应进行试验验证曳引条件是否满足相应工况要求，曳引能力是否可靠有效。

4.2 维护保养方面

维保单位在周期性的检查、维护保养活动中，应重点查看曳引钢丝绳、曳引轮槽磨损情况，如经TSG T7001§8.9空载曳引检查、TSG T7001§8.10上行制动工况曳引检查、TSG T7001§8.11下行制动工况曳引检查及TSG T7001§8.12静态曳引检查等有关试验得知两者磨损值影响曳引能力的，应立即告知使用单位电梯存在的安全隐患，同时维保人员也扮演着监督角色的社会公众有权向监督管理部门报告。

5 总结

通过上行制动工况曳引检查试验，有助于快速了解受检电梯曳引能力是否满足要求，在实际检验检测还应结合TSG T7001§8.9空载曳引检查、TSG T7001§8.10上行制动工况曳引检查、TSG T7001§8.11下行制动工况曳引检查及TSG T7001§8.12静态曳引检查等有关试验综合判定，并以制动距离、制动减速度作为判定指标，从而判定曳引能力是否存在重大安全隐患。此外，还应重点关注电梯在投入使用后是否存在引起电梯平衡系数变化的再装修装饰（如加装轿厢空调设备），确保曳引条件满足要求以保证电梯安全平稳运行。