一起轿厢坠落事故的原因分析与预防措施

程文超，吴 兵，方少林

（苏州华碧微科检测技术有限公司，江苏苏州 215000）

0 引言

随着我国现代化建设的速度越来越快，人们对物质生活的要求越来越高[1-3]，电梯已不再是人员密集区域的购物中心、交通枢纽等场所的专属设备。别墅作为一种新型的住房，能够满足几代人同时居住，而且私密性强，逐渐成为高收入家庭购房时的首选，而家用升降机作为一种非标产品也越来越被广泛安装在别墅内，而家用升降机引发的事故也越来越多[4-6]。因此，本文通过一起升降机轿厢坠落事故，分析轿厢坠落原因，并提出预防措施。

1 事故案例

1.1 设备情况

目前的载重升降装置大致分为3 类：剪叉式移动升降平台、曲臂式升降平台、导轨式固定升降平台[7-9]。案例升降机为家用无机房升降机，安装于别墅住宅内，共5 层5 站。升降机驱动方式为液压驱动，轿厢上行过程采用液压驱动方式，下行时利用轿厢自重。供电电源为220 V 市电，升降机额定速度0.6 m/s，额定载重450 kg，于2017 年10 月安装完成并开始使用。

1.2 事故介绍

由于该别墅业主经常出差在外，升降机使用频率不高。2018 年10 月业主单独一人乘坐升降机从5 楼下行，下行过程中轿厢突然卡顿，随后轿厢发生坠落，跌落至井道底部，乘客受伤。升降机提升装置中的横梁架钢板断裂，坠落至井道（图1）。

图1 横梁架坠落现场

2 原因分析

通过向业主了解情况并对坠落升降机现场进行勘察，根据升降机使用人员和电梯维保人员反馈，升降机使用频率很低，升降机从安装结束到使用期间未进行过保养工作，事发当时轿厢中有1 名乘客，未超载运行。

2.1 工作原理

升降机液压提升系统主要包括电机、油泵、油箱、阀件、液压油缸、链条。轿厢上行时，液压系统油路中的电磁阀门打开，由电机驱动油泵给液压油缸充油，液压油缸活塞杆向上移动，活塞杆顶部横梁架通过2 根链条牵引轿厢沿导轨上行。轿厢上升到指定层站，触发井道中的限位传感器，油路中电磁阀门关闭，轿厢停止上升。轿厢下行时，液压系统油路中的电磁阀门打开，在活塞杆、横梁架、轿厢自重作用下，液压油缸中的液压油回流入油箱，活塞杆下行，轿厢通过牵引链条沿导轨下降。轿厢下降至指定层站触发限位传感器，电磁阀门关闭，活塞杆停止下降。升降机结构示意见图2。

图2 升降机结构示意

2.2 提升系统导轨摩擦分析

升降机的轿厢安装在升降平台上，升降平台单侧有导轨滑动机构，滑动机构上有4 个导靴和1 根横梁。导靴为滑动形式，左右各分布2 个，上下2 个导靴安装距离约700 mm，导靴高度为80 mm，轿箱宽1200 mm。横梁上安装2 根板式链条，链条从横梁向上先经过液压油缸活塞杆顶部横梁架上的导向轮，方向转为向下，再经过井道导轨中部的导向轮，方向转为向上，连接至活塞杆顶部横梁架。

升降系统导轨布置在轿厢同侧，轿厢和乘客的重心位置不同时，会对提升平台产生不同的弯矩，弯矩作用在导轨即表现为导靴与导轨的摩擦力，乘客在轿厢中的站位，对该摩擦力的大小有影响。

轿厢运行中与导轨之间的受力分析：根据《机械设计手册》（第5 版）[10]，假设导轨与尼龙导靴之间的摩擦未润滑，摩擦因数μ 取0.37～0.57，轿厢沿导轨匀速直线运行，对导轨摩擦力进行分析。

式中 F——导靴与导轨摩擦接触压力，N

Ff——导靴与导轨摩擦接触压力，N

μ——滑动摩擦因数，取0.37～0.57

m0——轿厢自重，取60 kg

m1——乘客质量，kg

s——轿箱乘客站位与导轨之间的垂直距离，mm

l0——轿厢1/2 宽度，取600 mm

g——重力加速度

分别取不同摩擦因数和不同乘客重量，计算轿箱乘客站位与导轨之间的垂直安全距离（图3）。导轨与导靴之间的润滑不良时，随着摩擦因数的增大，轿厢中乘客距离导轨之间的安全距离会降低，乘客靠近导轨侧会比较安全。

图3 乘客轿厢安全距离与摩擦因数关系

2.3 升降机部件断口分析

升降系统中横梁架部件有板材断裂和开裂（图4），采用体视显微镜对板材断口进行分析，确定断裂源的源区、扩展区、断裂区，并利用扫描电子显微镜分别对各个区域进行观察。

横梁架板材断口宏观形貌整体未见明显塑性变形，宏观可见明显的放射状花样和光亮的晶粒外形（图5），源区位于放射状台阶收敛处横梁架板材内表面，向外侧扩展开裂。横梁架板材断口断裂源区附近微观形貌为沿晶形貌+解理形貌+瓦纳线形貌，见图6、图7；扩展区微观形貌以解理形貌为主，见图8、图9；最后断裂区微观形貌以韧窝形貌为主，见图10、图11[11～13]。

图4 升降机横梁架

通过横梁架板材断口观察和分析，断口类型为脆性断口，不存在长时间使用引起的疲劳断裂。

2.4 升降机维护保养分析

对升降机轨道表面进行观察发现无明显润滑油（图12）。检查导轨润滑油杯，发现润滑油极少，未能淹没润滑油绳，增大了在轿厢上行和下行时导靴与导轨之间的摩擦力。

图5 横梁架板材断口宏观形貌

图6 裂纹源区（500×）

图7 裂纹源区（1000×）

图8 裂纹扩展区（500×）

图9 裂纹扩展区（1000×）

图10 裂纹断裂区（500×）

图11 裂纹断裂区（1000×）

图12 导轨表面

2.5 升降机安全部件分析

升降机系统中未见安装类似安全钳、限速器、缓冲器、安全悬挂绳等安全部件。检查井道和底坑，该升降机未安装其他安全装置以阻止轿厢意外下行，没有缓冲装置缓冲轿厢下行速度，在轿厢意外下降时，增加了乘客人身安全隐患。

3 综合分析

导轨未进行及时润滑，导轨与导靴摩擦力变大，在乘客乘坐升降平台时，乘客在轿厢中的站位会引起轿厢下行卡顿，升降系统没有安装背压装置，液压缸持续下降，提升轿箱的提升链不受力，当导轨不卡顿时，轿厢自由落体与提升链发生冲击，提升链断裂，轿厢坠落井道。

4 预防措施

该家用升降机虽不作为电梯进行特种设备监督检验，但其安装在单一家庭住宅中时，应采取以下措施预防使用中出现危险。

（1）优化结构设计。在设计上，轿厢的提升机构、导轨的布置应当考虑轿厢重心作用在导轨表面的摩擦力，使用前结合计算机仿真进行模拟分析和系统安全评价，减少使用中因结构不合理引起的危险事故。

（2）增加安全装置。该家用升降机轿厢用于载人时，缺少足够的安全装置部件，以避免发生坠落、剪切、碰撞等安全事故。产品生产厂家应对产品进行优化设计，调整设备配置，增加设备载人时的安全装置。

（3）加强维护保养。在大多数情况下，设备发生伤人事故，除了设备本身的故障或设计缺陷外，与设备的使用以及维修都有关系。作为一种家用设备，没有人员负责监督和管理时，更应该建立一套家用设备定期维护保养的方法，定时联系专业人士对升降机进行保养，确保设备功能正常。

（4）完善监督机制。家用升降机作为一种小型家用提升系统，属于非标设备，没有国家和行业标准，缺少系统的设计制造安装指导文件，因此需要对该类产品完善相关监督机制，从产品的开发设计、生产制造、安装验收、使用、维护保养等环节进行监督，避免使用中出现安全事故。