电梯轿厢上行超速保护装置失效与检验探讨

郑 挺

(福建省劳安设备技术开发中心，福建 福州 350008）

1 引言

随着社会发展和城市建设进程日益加快，电梯给人们日常生活带来越来越多的便利，发挥越来越重要的作用。同时，社会也越来越关注由电梯引发的各类安全问题，尤其是电梯事故在逐年上升。轿厢冲顶事故是所有事故中最危险的，一旦发生后果非常严重，将给设备和人身带来严重威胁。导致冲顶事故的原因错综复杂，但是电梯在超速上行情况下轿厢失控引发冲顶事故的概率最高。各电梯厂家在设备出厂设计时，为了防止冲顶事故，保证电梯设备安全，轿厢配置了上行超速保护装置（以下简称“上超”）。国家规范标准也对“上超”的配置做了强制性要求：必须装设。由此可见，“上超”是确保电梯安全运行最重要的防线，对其进行分析探讨非常必要。

2 上行超速保护装置设置要求

图1 限速器结构原理图

由“上超”的工作原理可知，该装置主要由两大类机构组成：一是速度监控元件机构；二是减速执行元件机构。电梯限速器通常作为执行速度检测元件机构，在工作过程中可以实时监测电梯运行速度的变化[1]，如图1所示。当电梯运行速度发生异常情况，一般下限值超过额定速度的115%时，上限值超过10%限速器速度允许值，速度监控元件机构动作触发“上超”减速执行元件机构工作。减速执行元件机构（如制动器、夹绳器、制绳器等）在电梯超速情况下可以有效地制停轿厢，通过机械装置作用于钢丝绳使电梯减速至停止，或降速至规范允许的速度范围内。当速度监控元件即限速器监测到梯速超过设定值，“上超”先实施电气保护，超速安全开关动作；如果梯速超过设定值并继续上升，“上超”强制执行机械保护使电梯制停。

“上超”是独立工作装置系统，不应依靠减速装置（如制动器、夹绳器、制绳器等）、速度监控装置或强制减速电气安全开关等单独作用，应靠系统自身的制动力实现电梯工作异常时轿厢减速制停的保护。但是如果这些装置设计构造存在冗余，可利用协助“上超”实现减速或制停轿厢。例如：当“上超”配置双向限速器且上下行同时作用的安全钳类型时，该结构类型通常只设计一套拉杆系统用来触发不同工况下安全钳动作。因此，可以通过利用与轿厢相连的机械装置帮助实现“上超”动作，无需专门设置“上超”动作部件。

假如“上超”的动作（包括制停和减速电梯）需要通过外部能量来实现，当外部能量被切断或者无法提供时，“上超”必须处于可靠动作状态，即“上超”动作时的制动力不能由外部能量来提供，外部能量只能释放“上超”。

“上超”动作状态的验证还应通过安全开关或者电气安全装置来实现。电气安全装置或安全开关必须直接验证“上超”工作保护状态，不能采用其它电气安全装置（比如速度监控元件上）来替代。这些电气安全装置最直接的作用是使曳引主机立即停止或者防止其再启动。

导致“上超”动作的原因错综复杂，一旦动作必须由专业人员负责检查，排除系统故障之后才可释放“上超”，确认其处于正常工作状态，电梯应立即恢复正常运行。

3 上行超速保护装置动作实现形式

根据国家规范规定，“上超”可以作用于钢丝绳系统、对重系统、轿厢系统和驱动曳引轮。[2]由“上超”事故分析，钢丝绳断裂不可能导致电梯上行超速冲顶，因此“上超”作用于钢丝绳系统行之可效。根据“上超”相对应的作用位置，主要由如下四种实现方式：

（1）限速器—夹绳器形式，即“上超”作用于钢丝绳系统。该形式分为两类，一类是机械触发式，主要通过配用双向机械动作限速器来实现工作；另一类是电气触发式，配用单向机械动作双电气触点限速器来实现工作。工作原理是“上超”通过夹紧钢丝绳系统达到减速制停轿厢的目的。

（2）限速器—对重安全钳形式，即“上超”作用于对重系统。该结构采用对重安全钳作为“上超”的减速制停元件，配置单向机械动作限速器和渐进式安全钳，严禁采用瞬时式安全钳。

（3）限速器—上行安全钳形式，即“上超”作用于轿厢系统。该形式减速制停元件是导轨制动器和上行安全钳，限速器分别配备单向机械动作双电气触点限速器和双向机械动作限速器实现其工作。

（4）限速器—曳引轮制动器形式，即“上超”作用于驱动曳引轮。由于该形式性价比高、整机成本低、噪音小，广泛应用于现代节能环保小型客梯的结构。该形式“上超”直接作用在曳引轮上，这是永磁同步无齿轮曳引机最常见和最常用的型式。

4 上行超速保护装置失效分析

“上超”的设置完善了电梯安全保护措施，在防止电梯上行超速以及轿厢冲顶的预防过程中发挥重要作用。“上超”失效的形式多种多样，归结原因主要有装置本身存在不可靠的失效、使用与维修保养认识上对“上超”的误区以及安装与维修调试过程中失效问题。

4.1 装置本身存在不可靠的问题

由“上超”的工作原理可知，该装置主要由两大类机构组成：一是速度监控元件机构；二是减速执行元件机构，其本身失效也主要发生在这两个元器件上。对于速度监控元件，主要是指限速器失效。其主要失效原因有限速器动作机构锈蚀，卡阻不灵活；弹簧力度不足，棘爪卡不住棘齿；限速器轴承损坏、缺油，配合轴磨损严重；限速器未经专业人员拆卸，未按照规范进行调整，导致出厂标准的封记遭到损坏；棘爪上弹簧未调整到位、连杆拉臂锈蚀，致使摩擦力减小、提拉力超标等。限速器装置的失效，执行机构将无法动作，电梯运行速度也无法得到有效检测，进而导致轿厢冲顶事故。

当“上超”使用制动器作为减速执行装置时，其主要失效原因有制动弹簧、制动闸瓦、制动轮以及其他不均匀的间隙调整，导致制动闸瓦和制动轮发生摩擦和过热，制动力降低。在严重的情况下会导致制动器卡死，制动臂不动作和轴销断裂等机械故障；曳引轮和制动器的中间部件故障，例如主轴、齿轮、蜗杆和轴承等机械部件的破损或损坏，曳引力严重下降；制动器电气控制系统故障，电机过热、电源电压异常波动等原因导致制动器故障。

当“上超”使用夹绳器作为减速执行装置时，其主要失效原因有触发夹绳器闸线调整不当，不能有效动作；复位螺杆过度旋紧，夹绳器不动作；机械机构未调整到位夹紧力不足，导致电梯不能可靠制停；电气安全装置未调整到位，存在夹绳器误动作现象等。

4.2 使用与维修保养认识上的误区问题

“上超”于2003年标准规范强制执行，但是电梯制造、安装、维保和使用等单位对其认识还不够深刻到位，由于“上超”在使用过程中经常存在误动作等故障，认为此装置是多余无用的。在我们日常检验过程中，常常发现以夹绳器作为减速执行装置的电梯，经常将复位螺杆旋紧并且压死夹绳装置致使夹绳器无法工作，导致事故发生。还有一些维保和使用单位对“上超”试验不理解，认为在进行动态试验时会损伤夹绳器、钢丝绳和电梯，因此人为将“上超”失效。

4.3 安装与维修调试过程中的问题

“上超”是重要的安全部件，但是有一部分制造企业在产品出厂时却没有配备安装调式维护说明书，安装调试及维保人员没有经过系统专业化的培训，在安装和维修过程中出现很多问题。例如限速器未按图纸施工，导致安装位置错误，方向相反；闸线安装调整不当，导致夹绳器无法工作；闸线直径太小未考虑足够的拉力，试验时拉断闸线；绳槽中存在异物，夹绳器动作不可靠；夹绳板间隙调整不到位，夹绳器不动作；安装调试及维保人员在“上超”发生故障后不懂复位。

5 上行超速保护装置检验检测方法探讨

GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范及1号修改单》和TSGT 7001-2009《电梯监督检验和定期检验规则－曳引与强制驱动电梯,含第1号和第2号修改单》从“上超”设计、制造以及后续整个安装过程及试验方法对可能发生的冲顶风险提出了具体要求。并将“上超”的检验条款列为B类项即重要项。在监督检验和定期检验时，如果该项检验不合格，则整机判定不合格，可见“上超”是一项非常重要的国家强制要求装设的安全保护装置，根据规范技术要求规定如下：

（1）明确了“上超”必须要有型式试验合格证。GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范及1号修改单》中对技术资料的审核列为A类项即关键停止点，对于新装电梯如果没有“上超”型式试验合格证或者审核通不过，施工单位无法进行下一道工序施工。并且“上超”型式试验合格证的信息必须与铭牌信息相符。

（2）明确了“上超”必须要有铭牌并且对铭牌有规范要求。铭牌必须标清“上超”的型号编号、规格形式、额定载重量、制造日期、额定速度、上行超速动作速度范围、制造厂家以及型式试验机构等信息[3]。

（3）明确规定了电梯整机制造单位必须有“上超”动作试验方法。不同的电梯整机制造单位，不同“上超”型号及作用位置，应该有不同的检验检测方法。

（4）明确规定了厂家应在显著的位置张贴“上超”动作试验方法。一般标注在紧急操作屏或者控制屏位置，当“上超”发生故障时，专业技术人员可以根据试验方法第一时间实行操作。

“上超”在上行超速严重不利情况下，如不能可靠动作，将给设备和人身带来严重威胁。但是由于制造厂家的不同、设计理念差异以及不同型号作用位置不一，不同的“上超”相对应的试验方法也不尽相同[4]，这是检规明确的规定。永磁同步电梯具有良好的节能环保性能，应用广泛，其“上超”试验方法如图2所示。

图2 永磁同步电梯“上超”试验方法原理图

三菱电梯“上超”试验方法：（1）使轿厢空载并处于底层，且处于自动运行状态；（2）关闭电梯门电梯向上运行至额定速度后，人为触发速度监控元件，切断电动机供电电源，仅靠“上超”使轿厢减速或制停。如果电梯不能制停，重新进行试验并且用EVA625（电梯综合性能测试仪）测量“上超”动作时电梯是否减速，如果减速则说明“上超”动作正常；如果不减速则说明“上超”动作异常；（3）“上超”电气安全开关动作时，电梯应无法启动或继续运行。

奥的斯电梯“上超”试验方法：（1）使轿厢空载并处于底层，取消外呼和门禁系统；（2）关闭电梯门电梯向上运行至额定速度后，将限速器电气开关动作，电梯应立即制动停止；（3）动作试验完后应该手动复位限速器电气和机械开关，使门禁系统复位正常，电梯应处于正常工作状态。

6 结语

电梯已成为与我们生活息息相关的重要组成部分，避免其冲顶事故的发生尤为重要。文中从国家规范标准层面出发，全面分析了“上超”的设置要求及不同实现形式，从“上超”本身存在不可靠的问题、使用与维修保养认识上的误区以及安装与维修调试过程中的问题三个方面论述“上超”失效原因，探讨了不同的“上超”相对应的试验方法，提出了“上超”的检验应该根据检规并且严格按照制造单位提供的试验方法。