因曳引机失效导致轿厢过度抖动的案例分析

许宏达

（福建省特种设备检验研究院泉州分院，福建泉州362200）

0 引言

电梯使用的增长率逐年递增，根据市场监督管理总局-中国电梯行业商务年鉴的数据显示，2019年中国电梯的保有量已达700万台，2020年中国电梯增长达到107万台[1]。电梯的快速增长也带来了许多电梯故障，要消除故障就必须了解电梯结构，电梯的结构主要由曳引系统、导向系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、轿厢、门系统、安全保护装置[2]共8大系统组成。其中，曳引系统一般都由曳引机、钢丝绳、反绳轮、导向轮等组成。曳引机是电梯的动力设备，一般被称为电梯主机，主要由电动机、制动器、联轴器、减速箱和曳引轮等组成[3]。

电梯主机按减速器的结构不同可分为有齿轮曳引机（异步机）和无齿轮曳引机（同步机）两类[4]。其中有齿轮曳引机，由电力拖动装置通过减速器（蜗轮蜗杆、斜齿轮、行星齿轮）传递到曳引轮上。蜗轮蜗杆减速器一般用于低速电梯上，传动效率低，只能达到70%左右，传动转矩大，因此普遍用于低速货梯中；行星或者斜齿轮曳引机传动效率可达90%，但加工精度高，成本高[5]。有齿轮曳引机特点主要是传动比大、结构紧凑、传动平稳、输出力矩大，但噪声大、启动不平稳。无齿轮曳引机则不通过减速器而直接传递到曳引轮上[6]。其特点是结构简单，运行可靠，低温升，小体积，效率高，超节能，稳定性高，改善了启动过程不平稳问题，无需润滑油，维保简单，但成本高，维修不方便[7]。本文通过分析一则日常检验中遇到的电梯运行时出现严重抖动且噪声的案例，利用福建省特检院开发的便携式电梯运行质量测试仪测量其运行质量，并通过分析该电梯的曳引机的具体情况，发现是由于曳引机中的减速器内的蜗轮蜗杆发生了部分失效引起电梯抖动。

1 案例

在对泉州台商投资区某医院进行检验时，依据检规要求进行检验。所检设备的基本参数：额载为1 600 kg；5层5站5门；额定速度为1.6 m/s；出厂日期为2005年；制造单位为湖州中菱电梯有限公司。检验时发现设备出现主要缺陷：乘坐电梯到站时轿厢会上下抖动，运行时同样出现轿厢抖动，在机房观察电梯停止时曳引轮出现上下转动的现象，且运行时曳引机噪声大，上行制动试验存在同样的现象。

2 缺陷原因分析

根据所出现的缺陷情况，现场采用便携式电梯运行质量测试仪测量出其上下运行时垂直抖动的最大峰峰值为58 cm/s2，大大超出30 cm/s2的要求。分析引起轿厢运行抖动大的原因可能是以下几点：（1）曳引轮上有钢丝绳的张力不均，将使张力松弛的钢丝绳在轮槽中出现不同程度的滑移，导致轿厢出现抖动；（2）电梯减速箱的蜗轮磨损、曳引轮磨损等机械原因导致的电梯运行抖动；（3）电梯变频器或编码器等电气故障导致的运行抖动。

现场对钢丝绳等进行检查并未发现异常，同时变频器或编码器等电器未发现故障，大概率是减速箱发生故障，因此本文对减速箱发生故障进行重点分析。该电梯为蜗轮蜗杆减速箱电梯，检查电梯减速箱的外壳发现温度过高，盖板处有漏油现象，打开其盖板，发现蜗轮齿面出现点蚀剥落现象，如图1所示。

图1 减速箱出现严重点蚀现象

该电梯从投入使用至今已十多年，且为医院用梯，日常使用频率大，期间维保更换了好几家，平常的维保质量也就相对的比较差，加上机房里的空调损坏未修复，电梯主机用手触摸，明显感觉温度比较高。维保员反映接手后减速机缺油，首次更换时发现从减速机流出来的润滑油已经被乳化，变质发黑，齿轮齿面腐蚀、磨损，甚至出现点蚀。

分析减速箱润滑油出现乳化、变质发黑的原因及后果：曳引机工作时，蜗轮蜗杆将产生大量热量，造成零件和密封件热胀差异，从而在各配合面形成间隙；润滑油液由于温度的升高会变质变稀，且齿轮油温度升高又冷却后会产生凝结水和水混合，影响润滑效果，造成润滑效果降低及泄漏；而在缺油或者润滑效果差时，减速机停止运行时，齿轮得不到应有的润滑保护，减速机启动时，齿轮由于得不到润滑导致加速磨损或断裂，而金属碎屑混合在油中又会加快齿轮的损坏。

发生点蚀面积较大的原因可能是：齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，维保单位未及时发现和根据季节性更换合适浓度的润滑油，从而使齿面点蚀麻点逐渐扩大，如图2所示数点连成一片，再加上金属表面产生过度伸张，促使疲劳裂纹的产生和扩展，并出现齿面的点蚀破坏。破坏性点蚀通常呈小点状金属脱落形成凹坑，多个点蚀相互扩散将连成一片，最终形成大面积的破坏，齿轮运转会出现不平稳、传动噪声大。这种点蚀破坏发展到足够程度时，可能导致轮齿断裂，齿轮又是减速机的关键性部件，齿轮的失效必将影响到整个减速机的正常运行，影响到整个电梯的安全运行，如在点蚀的初始阶段就发现并及时采取相应措施，则可有效延长使用寿命，减少电梯故障。

图2 齿面点蚀及断齿

除了上述点蚀有可能导致缺陷，蜗轮蜗杆本身的工作方式也可能导致上述缺陷出现，蜗轮强度、硬度一般比蜗杆弱，失效一般发生在蜗轮上。在蜗轮蜗杆的啮合过程中，接触部位在力的作用下产生一定的弹性变形，在蜗轮、蜗杆的齿面上产生接触应力，通常情况下，齿面所受的接触应力小于齿面的强度，蜗轮蜗杆能正常工作，受润滑条件、磨损接触率及传递的载荷等影响，接触面应力增大，当应力增大到一定强度时，齿面就会断裂。齿面断裂一般发生在齿根，因为齿根是在蜗轮蜗杆传动中弯曲应力最大的地方，而且是蜗轮的应力集中点，如果蜗轮的设计、选材、材料缺陷、装配精度不足时，则蜗轮齿根将承受很大的弯曲应力，从而产生疲劳裂纹直至断裂。排除设计、选材、材质缺陷等维保无法控制的因素以外，添加剂和润滑油的选用及液位合理，也尤为重要。

综上所述，发生抖动大，噪声大的主要原因是电梯维护保养工作不到位，减速机内部缺润滑油等原因造成的。

3 预防措施

为了防止上述缺陷继续发生，今后维保单位、检验人员以及使用单位应从不同方面进行相应预防[8]。

3.1 维保单位

（1）维保单位对所承保的传动方式为蜗轮蜗杆的电梯进行全面排查，重点检查减速箱中蜗轮蜗杆的失效情况，如齿轮断齿、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合等现象，如发现齿轮有出现相应的失效形式，应及时分析产生失效的原因，先消除缺陷后再进行针对性维修。对于断齿等无法修复的涡轮蜗杆，现场应进行更换，更换时应依据电梯的使用环境、载重情况、使用频率等因素选择合适的齿轮材料，防止再次出现断齿；对于处理后可以再使用的，应及时处理后再使用，例如可以对应力集中区进行热处理，对于出现点蚀的齿面应提高齿面硬度，增强齿轮抗点蚀的能力。

（2）在日常的维保当中，应选择合适的润滑油，电梯有齿轮曳引机通常选用的是VG320或VG460的涡轮蜗杆齿轮油[9]，此类润滑剂抗磨润滑性能得到极大提升，在金属表面形成极强的油膜，长时间黏附在金属表面，有效地减少金属间的摩擦，使齿轮在起动时立刻得到良好的润滑保护[10]。

3.2 检验人员

检验人员在检验时，应认真分析日常电梯运行出现的抖动或者噪声，参照上文提到的有可能引起抖动的原因进行分析。同时应重点分析曳引机方面引起的抖动：（1）加强对传动方式为蜗轮蜗杆电梯的现场检验工作，特别是对投入使用多年的、运行频繁的、减速箱存在异响的电梯；（2）检验现场要求维保单位打开减速箱观察孔，检查蜗轮、蜗杆磨损情况等，并根据检规要求认真试验电梯的乘运质量，认真试验电梯上行制动实验、电梯的上行超速保护实验、电梯的限速器安全钳联动实验等，根据试验及现场综合情况分析具体原因，提出合理的整改方案；（3）现场发现问题后无法进行整改或者现场不配合整改的应及时上报监察机构督促整改。

3.3 使用单位

使用单位除日常加强对维保单位平常维保质量的监督外，还应对润滑油的具体规格严格把关，同时，及时更换变质的润滑油，对曳引机润滑油泄漏处及时更换密封圈保证曳引机中润滑油液位始终处于合理位置。

4 结束语

本次案例中遇到的缺陷，经过分析是由于维保单位维保不到位，润滑油添加不当，导致曳引机中的减速器的蜗轮蜗杆出现严重的点蚀，同时由于润滑油不足导致蜗轮上的齿轮出现应力性断齿等缺陷，该缺陷直接导致了电梯运行抖动，影响电梯的乘运质量。为此，现场维保应该及时采取措施，防止再次出现类似情况再次发生。此案例的分析为电梯检验中遇到电梯抖动的案例提供了借鉴。