浅析电梯冲顶事故之制动器材质问题

2016-12-26黄文和

中国特种设备安全 2016年11期

关键词：冲顶柱塞轿厢

梁骁黄文和

（上海市特种设备监督检验技术研究院上海 200333）

浅析电梯冲顶事故之制动器材质问题

梁骁黄文和

（上海市特种设备监督检验技术研究院上海 200333）

电梯制动器是频繁使用的安全部件，也是维持电梯安全运行的重要基础。本文结合一起电梯冲顶事故，对事故电梯的制动器进行拆解，分析其内部结构型式，观察其受损情况，直观分析制动器的失效特征。基于相关试验和技术分析，由于制动器柱塞因本体材质问题引发机械卡阻，致使制动器制动功能失效。结合制动器失效的原因，建议在有关电梯法规标准中考虑增加对制动器相关零部件材质、化学成分符合性的要求，避免类似事故的再次发生。

制动器冲顶事故失效特征材质问题机械卡阻

1 事故情况描述

某地一刚投入使用的居民小区内，一部电梯由16楼向1楼运行，此时轿厢内共有2名乘客。当电梯到达1楼后，电梯层门、轿门开启，轿厢内的2人中1人刚走出轿厢，电梯突然失控，轿厢在层门、轿门仍然处于开启的状态下发生向上移动，随即速度越来越快一直越过27楼顶层，并与井道顶部产生猛烈的碰撞，巨大的冲击力造成留在轿厢内的乘客肢体骨折，轿厢的天花板等物件掉落。

2 制动器相关部件的材质分析

事故发生后，当地负责特种设备安全监督管理的部门立即组织多名技术专家赶赴现场，对事故发生的原因进行调查。经现场勘查，事故设备为一部曳引驱动乘客电梯，制造日期2007年11月（制动器制造日期同样为2007年11月），额定载重量1000kg，额定速度2.50m/s，层站数28层28站28门(-1F—27F)。

结合现场技术勘查和相关试验，事故调查组初步判定本起电梯冲顶事故的发生与制动器出现机械卡阻故障有关。为进一步确认制动器失效原因，针对该事故电梯制动器的结构特点，事故调查组委托第三方检测机构对制动器几个关键零部件如柱塞、松闸杆等进行深入分析：

2.1 制动器分析、检查

电梯制动器拆卸后发现，柱塞与导磁环（套）配合面区域均有明显的纵向磨损条痕，并在间隙区域有粉末小颗粒状及片状粘附物，这些颗粒及粘附物在磁场内均形成沿磁力线分布形态，表明均为铁磁性物质，如图1所示。

图1 腔体内粘附物形貌特征

片状粘附物在电镜下形貌呈现多边形块状及粉末状形态，具体如图2所示。

图2 粉末（粘附）状颗粒物电镜下形貌

2.2 柱塞综合分析

由化学分析及磁性能测试结果可知，故障制动器柱塞的材质不符合电磁纯铁（DT4) 的相关技术要求（GB/T 6983—2008 《电磁纯铁》），其中C、Si、P、Mn含量偏高，Al含量偏低。

柱塞体一端与导磁套匹配，另一端配有支承小轴。在支承小轴上配有铜套，两铜套外表均可见周向分布的细纹，为正常旋转摩擦痕迹。

在两柱塞体底端面上可见有多条与松闸杆撞击压痕，压痕深浅不一，扇形分布，这表明运行中柱塞有一定的旋转运动，如图3所示。

图3 两柱塞体底端面上有多条撞击压痕

对柱塞体磨损区域进行X射线能谱分析，可见Fe（约75.73%）、Zn（约6.43%）等元素峰线，能谱曲线如图4所示。

图4 嵌入物X 射线能谱曲线

2.3 松闸杆综合分析

制动器松闸杆材质符合45钢的相关技术要求（GB/T 699—1999 《优质碳素结构钢》）。

由宏观及电镜、能谱等微观分析可看到，松闸杆外表经镀锌处理，在与导磁环的支承孔间匹配面有较严重的磨损（单边磨损达0.07mm），并由磨损痕迹表明松闸杆在运行中有异常转动。同时，携带镀锌层的磨损屑散落在内腔的导磁环内，并且进入柱塞与导磁环间隙中。

图5 松闸杆及其磨损形貌

由宏观检测及各项微观分析还可看到，柱塞与导磁环之间发生了异常流变粘着磨损，并且根据异常磨损区的分布及磨损区含锌的嵌入颗粒可推断，异常磨损的发生与松闸杆散落的磨屑有关。

综合上述各项分析结果可推断，制动器电磁铁组件在使用中发生柱塞阻尼卡死故障与柱塞与导磁环间发生异常粘着磨损有关。该粘着磨损的发生主要是由于松闸杆异常转动而形成磨损磨屑的嵌入柱塞与导磁环间隙中造成。同时，由于松闸杆硬度明显高于导磁环及柱塞，而且导磁环及柱塞均为非正常的电磁纯铁材料，会增加对铁磁屑的吸附作用必将加剧松闸杆磨损剥离的相对高硬度颗粒嵌入导磁环及柱塞之间，增加了异常粘着磨损的发生的概率。

3 事故原因分析

基于以上试验和技术分析，本起电梯冲顶事故的发生与制动器发生机械卡阻，制动功能完全失效有关。

事发时，电梯停梯，进入制动器控制电路失电状态，由于制动器柱塞卡阻致使制动器无法进入制动状态，当制动器失效后，电梯轿厢在对重的重力作用下依据当时的负载状况发生位移，如果轿厢处于空载或轻载状态，轿厢向上移动，并逐步加速，如果轿厢处于满载状态，轿厢向下移动，并逐步加速。电梯轿厢超速运行时有限速器安全钳和上行超速保护装置进行监控和保护，此时若达到限速器的限定动作值时，限速器的电气开关动作，断开安全回路（制动器控制电路电源失电），限速器动作。轿厢下行超速时安全钳动作，轿厢上行超速时该型号电梯超速保护的执行部件为工作制动器，制动器应该动作使得轿厢制停并保持静止状态。由于事发时制动器因卡阻失效，因此不能使电梯轿厢停止运行，最终导致轿厢运行加速并冲顶。

4 预防措施

为了使电磁制动器的柱塞在断电后立即消磁，柱塞材质多采用具有矫顽力小、容易磁化和退磁特点的软磁材料，其中以电磁纯铁（DT4）为主，国家标准GB/T 6983—2008对电磁纯铁（DT4）的化学成分也进行了相应规定。本起事故中，恰恰就是由于涉事电梯制动器的柱塞的化学成分不符合标准GB/T 6983—2008的相关要求，其含碳量等多个成分超标，造成柱塞的磁性在制动线圈失电的情况下无法及时消除，增加了柱塞吸附铁磁屑灰尘颗粒等的作用，使得柱塞异常粘附尘粒、铁屑并与导套发生磨损，致使制动器柱塞在工作中发生阻尼或卡死故障，造成制动功能失效。因此，制动器主要零部件材质、化学成分的符合性问题需要引起我们的重视。

目前，我国适用的电梯相关制动器标准中，如GB/T 24478—2009《电梯曳引机》，未对制动器主要零部件的材质、化学成分符合性作出明确规定。因此，为避免类似事故的再次发生，考虑到制动器动作的可靠性对保障电梯安全运行的重要性，建议进一步完善我国相关电梯制动器标准，在GB/T 24478—2009中对制动器主要零部件的材质、化学成分符合性作出具体要求，如柱塞材质为电磁纯铁材料时，其化学成分应符合GB/T 6983—2008的要求，从而借助于标准的约束性，确保制动器主要零部件的材质、化学成分符合相关标准的要求，这样有助于预防/减少制动器机械卡阻故障的发生，确保制动器动作的可靠性。

[1] GB 7588—2003 电梯制造与安装安全规范[S].

[2] TSG T7001—2012 电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯[S].

[3] GB/T 6983—2008 电磁纯铁[S].

[4] GB/T 699—1999 优质碳素结构钢[S].

Analysis on the Material Problems of Elevator Hoisting Accident

Liang Xiao Huang Wenhe
(Shanghai Institute of Special Equipment Inspection Technical Research Shanghai 200333)

Brake is a frequently used safety part of elevator, also it is the important basis to maintain the safe operation of the elevator. Combined with an elevator hoisting accident, this paper dismantles the elevator brake, analyzes its internal structure type, observes the damage, intuitively analyzes the failure characteristics of the brake. Based on the related test and technical analysis, it is found that mechanical jam caused by the brake piston body material problem results in brake function failure. Combined with the brake failure reason, it suggests to increase material and chemical composition requirements for break part in in elevator standard and law, to avoid similar accidents happening again.

Brake Elevator hoisting accident Failure characteristics Material problem Mechanical jam