永磁同步曳引机曳引钢丝绳打滑分析

宣作恕

（绍兴市特种设备检测院，浙江 绍兴 312000）

电梯的控制由继电器到PLC 再到集成模块和芯片处理，控制方式的巨大发展使现代电梯变得更智能、更舒适、更安全；曳引机也由异步机发展到永磁同步机。永磁同步曳引机的出现，让我国的电梯发展上了很大的一个台阶。无论是节能降耗，还是对高速电梯的设计都带来极其有利的一面。但在检测检验工作实践中，也发现了永磁同步曳引机一些缺陷。尤其在电梯做曳引试验时发现的钢丝绳打滑现象，引起了人们的思考。钢丝绳打滑，是曳引力不足，但造成曳引力不足的原因在哪？本文由此展开了分析。

1 综述

GB7588 附录M 关于电梯曳引力的计算中表明，曳引力在下列情况下均应得到保证：（1）正常运行；（2）在层站装载；（3）紧急制停。当轿厢或对重无论何种原因在井道中滞留时，如果驱动主机转矩足以提升轿厢或对重，应考虑允许钢丝绳在曳引轮上滑移。曳引驱动是采用曳引轮作为驱动部件，钢丝绳一端悬吊轿厢，另一端悬吊对重装置，由钢丝绳和曳引轮之间的摩擦产生摩擦力——曳引力驱动轿厢上下运行。如果曳引力不足，就会造成电梯在运行过程或装载过程中打滑，因此曳引力是确保电梯安全运行的必要条件，是确保曳引电梯运行安全的关键。据此可以总结为：在通常情况下，钢丝绳在曳引轮上是不能滑移的，只有当轿厢或对重在其运行通道中有障碍物阻挡其运行时，才允许滑移；曳引力应该有足够的安全裕量，即便轿厢超载125%曳引钢丝绳在绳槽中也不能打滑；曳引力不能过大。

2 对电梯曳引力的检验方法和判断

2.1 空载曳引检查方法

（1）对重压实缓冲器时，检修向上运行曳引机不能提升轿厢。注意这里讲的“提升轿厢”是个瞬间过程，轿厢产生“上移”的微小动作就应该认为是提升轿厢。这是对曳引力不能过大的要求。当对重完全压实在对重缓冲器上时，曳引钢丝绳对重侧不受其对重重力的张力影响。此时，钢丝绳对曳引轮槽的产生的压力都由轿厢重力提供。如果此时的曳引摩擦力足够提升轿厢，轿厢会因为曳引轮的向上方向转动而被提起，但因为对重一侧的钢丝绳不会下行，随着轿厢的上移，曳引轮两侧的钢丝绳都会松垮。所以提升轿厢的动作是短暂的。这便是曳引驱动与强制驱动的根本区别。曳引力过大时，当对重登底，压到其缓冲器以后，由于曳引轮的转动，还会给轿厢提供上抛的力，因此加重了轿厢冲顶的程度。（2）轿厢以正常运行速度上行至行程上部切断电动机与制动器供电（通常按急停），轿厢应当完全停止。（3）电梯在某个任意楼层时，在曳引轮连同钢丝绳画一条横线作为标志，让电梯运行一个轮回，回到原来的层站，观察原来画线情况。如果此线基本完好，说明电梯在运行过程中没有滑移，如果钢丝绳上的标志跟曳引轮上的标志，错开比较多，说明电梯运行过程有滑移，曳引力不足。

2.2 有载曳引检查

（1）轿厢在最底层装载额定载荷125%重量，如果轿厢面积超标，应按实际面积计算出的载重量125%作为载荷。轿厢不应移动。（2）轿厢载125%额定载荷，以正常运行速度下行至行程下部，切断电动机和制动器供电，轿厢应完全停止。

以上“轿厢完全停止”不是指轿厢“最终停止”。是否完全停止要观察在正常制动距离内，曳引轮停止了，曳引钢丝绳是否停止。如果产生曳引轮与钢丝绳不同步即钢丝绳还在滑动，说明不是“完全停止”。因此，轿厢完全停止应该理解为随着制动的结束而停止。不然，就是曳引力不足。

3 现象和危害后果

电梯曳引力不足，直接的证据就是钢丝绳在曳引轮上打滑。这也是检验人员可以通过上述方法直观看到的现象，只是滑移多少而已。那么，我们对曳引力的检查就应当从钢丝绳在曳引轮上是否产生滑移去判断这台电梯的曳引力情况。也就是说，从上面的试验过程中，切断电动机和制动器供电，曳引轮停止时，有没有发现钢丝绳在曳引轮上滑移。如果产生滑移，显然是不满足曳引力的试验要求，不符合GB7588 附录M 所说的要求。

无论如何，钢丝绳在曳引轮上的滑移，是绝不安全的。电梯一旦打滑，除了安全钳和上行超速保护外，其他部件都无法使轿厢停下来。打滑不但可能引发乘客恐慌并引发人身伤亡事故。而且对钢丝绳和曳引轮也会造成严重的损伤。

4 原因分析

4.1 制动力矩过大

电梯的制动力矩，只要满足125%额定载重量静载10min 轿厢不滑动就够。过大的制动力，使曳引轮几乎瞬间被制停。实际上是没有了合适的制动距离，轿厢贯性没有消耗。如果保证钢丝绳和轿厢要跟曳引轮同步停止，显然需要有足够的力提供其减速，而曳引力无法提供足够的力，所以曳引力不足而产生钢丝绳滑移，轿厢继续滑动。电梯紧急制动工况下的减速度最小值为0.5m/s²；在使用了减行程缓冲器的情况下，最小减速度值应使轿厢和对重减速到不超过缓冲器的设计速度，通常为0.8m/s²。而轿厢减速度的最大值不能超过1g 的重力加速度。电梯制动减速度的规定，一方面考虑到制动的有效性，另一方面是考虑到制动的安全性。制动减速度的要求也是对电梯曳引力的基本要求：在可靠有效的制动范围内，曳引力应当满足轿厢减速所需要的作用力。因此，如果制动力矩调整合适，让轿厢的运行惯性在制动过程中得以消耗，曳引力可以满足轿厢减速所需要的作用力，钢丝绳定然不会滑移。反之，如果制动力矩过大，制动距离很短，甚至于曳引轮瞬间停止，较大的惯性和过大的减速度使曳引力无法满足轿厢减速停止所需要的作用力，钢丝绳便滑移。由于摩擦产生热量，钢丝绳发热冒烟，对钢丝绳或绳槽损伤都很大。

4.2 同步机自身存在的问题

同步电机尽管给电梯的制造成本、控制和安装带来很多有利之处。尤其是对无机房电梯，没有同步电机的出现，很难完成无机房电梯的设计，但它的致命缺点是扭矩不如异步机大。曳引轮越大，其电机转动所要求的扭矩就越大。因此，永磁同步曳引机的曳引轮无法做大。异步机曳引轮的节圆直径通常可以做到520mm或620mm，甚至更大。电梯设计要求：曳引轮节圆直径与其悬挂的钢丝绳公称直径比≥40。所以曳引轮的大小，决定了曳引钢丝绳的直径大小。国标规定曳引钢丝绳的公称不小于8mm。意味着曳引轮的最小节圆直径为320mm。而由于目前永磁同步曳引机没有足够扭矩，使曳引轮无法做，钢丝绳就配不大。同步机的钢丝绳不能达到异步机钢丝绳的12mm 以上的直径。目前，对永磁同步曳引机的钢丝绳一般采用直径10mm 或8mm。也就是它的曳引轮直径普遍只能采用400mm 左右。这是由同步机的曳引轮直径确定的。那么，曳引轮直径小，钢丝绳直径也小，钢丝绳与曳引轮槽的接触面积就少，直接导致曳引摩擦力小。这便是目前的电梯曳引比没有了1:1的原因。尽管很多厂家采用了复绕的办法来增加接触面，增加曳引力，但其效果还是不理想。

4.3 轿厢自重轻

钢丝绳对曳引轮绳槽如果没有足够的压力，便产生不了足够的曳引力。通常我们对额定载荷1000kg的电梯，轿厢重量为它的1.2 倍，也就是需要有1200kg 的轿厢自重，目前，这个重量没有达到，有的甚至不到一半的重量。按照电梯平衡系数要满足40%～50%的比例要求，即轿厢装载额定载荷40%～50%重物时，轿厢总重跟对重总重相等。所以轿厢自重轻，与之相配的对重的重量也就轻，所以钢丝绳对绳曹的绳压比就小，产生的摩擦力就小，曳引力便小。

4.4 其他原因

其他原因不是着重要讨论的问题，所以在此作简单介绍。

（1）曳引轮绳槽设计存在问题，如U 型开口或V型缺口的开口或角度不合理，造成摩擦系数小。电梯使用年限长，绳槽摩损严重。（2）钢丝绳质量问题，或者钢丝绳油污较多，钢丝绳摩损，钢丝绳直径变小等。（3）平衡系数原因。电梯的平衡系数实际上就是轿厢的自重和对重之间的比例关系。国标要求平衡系数控制在40% ～50%。但是，对于确定的某台电梯来讲，平衡系数有一个设计值，平衡系数是电梯设计的参考依据之一。因此，电梯的平衡系数数值应该由制造设计单位提供，当然，它提供设计的平衡系数值不能超出国标范围。只有满足测量所得的平衡系数值在设计数值附近，才是合格的对重配置。不然，即使测量所得的平衡系数在国标范围，如果跟设计值偏差大，一样会导致电梯的曳引力不足。

5 结语

综上所述，电梯的制动距离和滑移距离是完全不同的2 个概念。电梯轿厢的制动距离有明确的要求，其制动减速度也有规定，所以它是可控的。而钢丝绳的滑移，是一种不安全的隐患。钢丝绳的滑移造成轿厢的失控，不但对人的生命安全带来危险，而且对电梯设备也会造成很大损伤，长此以往，必将造成严重后果。我们不能把钢丝绳的滑移造成的轿厢移动（尽管最终轿厢停止）看作制动距离。从曳引力的要求上，也可以明白这种滑移是不满足曳引力条件才产生的。那么，从设计制造方面，就应当从问题的根源上去查找。尽管永磁同步电机在电梯曳引机上的应用促进了我国电梯的快速发展，但它自身存在的隐患不能小觑。

建议如下：（1）加强对大扭矩永磁同步电机的研发。增大曳引轮的直径，增粗曳引钢丝绳。从根本上消除设备缺陷。（2）提高电梯轿厢的结构强度，增加轿厢必要的自身重量。（3）合理配置制动力矩。（4）合理配置对重比例，提供科学的平衡系数。