一起曳引电梯冲顶事故的原因分析

张书辉 毛健 赵庆凯 张 建 冉坚强

（六盘水特种设备检验所，贵州 六盘水 553000）

近年来，随着我国电梯保有量不断增加，电梯事故的发生起数也逐步上升。在众多电梯事故中，电梯冲顶事故又是众多事故中非常危险且一旦发生会给人身和财产带来重大伤害和损失的事故之一。该文通过分析一起在定期检验过程中发生的电梯冲顶事故，详细阐述制动器在电梯安全运行中重要性。

1 事故情况概述

2020年3 月，我单位按计划对辖区某单位电梯实施定期检验，进行上行制动工况曳引检查试验时，切断电动机和制动器供电，电梯轿厢并未停止向上运行，上行超速保护装置未动作，直至电梯对重压实缓冲器， 轿厢才停止向上运动，轿厢受力引起安全钳动作，电梯设备各部件并未造成明显损坏。

2 事故现场勘察

现场进行勘察发现，该电梯基本参数情况如下：该电梯为2008年安装投入使用的载货电梯，额定载质量为1600kg，额定速度为1.0m/s，层站门数为12层12站12门，提升高度为78.2m，出厂日期为2007年12月，上行超速保护装置采用夹绳器，集选微机控制，未配备制动器抱闸检测开关。

事故发生后，电梯轿厢位于井道顶部，轿厢地坎高出顶层层门地坎高度约1370mm；限速器为双向限速器，在校验合格有效日期内，限速器存在积尘严重现象，限速器电气安全装置已动作，轿厢安全钳已动作，轿厢因对重压实缓冲器和安全钳动作被可靠地制停在井道顶部导轨上；上行超速保护装置夹绳器未动作，如图1所示；井道中上极限开关已完全动作，底坑对重缓冲器被完全压缩，部分钢丝绳跳出了对重反绳轮的轮槽；如图2、图3所示；曳引轮钢丝绳部分松脱；顶层层门为闭合状态，层门开门装置钢丝绳已损坏，无法正常开启层门。控制柜中的电脑板和各电气元器件积灰严重，继电器接触良好；曳引轮绳槽磨损均匀、绳槽及钢丝绳无油污且槽型未改变。绳槽中未见钢丝绳剧烈磨损后所产生的铁屑，未发现钢丝绳存在断丝、断股、变形等现象。曳引机制动器制动闸瓦工作面有部分碳化现象，制动闸瓦与制动轮之间存在油污，曳引机与减速箱之间的联轴器存在明显漏油现象，如图4~图6所示。

图1 夹绳器未动作

图2 对重钢丝绳跳出

图3 对重缓冲器压实

图4 制动轮表面油污

图6 减速箱联轴器漏油

3 事故原因分析

根据事故现场电梯的勘察状况可知，在上行制动试验中，切断电梯电动机和制动器供电时，轿厢没有完全停止，反而发生加速上行，同时上行超速保护装置未动作，最后导致电梯冲顶。电梯冲顶就是电梯轿厢上行至顶层端站时无法有效制停，直至轿厢冲向井道顶部。造成电梯冲顶的原因主要有以下几个：①电气开关或者电气安全装置失效；②曳引力不足；③限速器-安全钳失效；④制动器失效或者制动力矩不足；⑤上行超速保护装置失效。根据以上5个可能导致电梯冲顶事故的原因，检验人员有针对地进行排查、分析和判断。

图5 制动闸瓦部分碳化

3.1 电气开关或电气安全装置失效

通过现场勘测以及查阅电气原理图可知，事故电梯的上极限开关、上限位开关、对重缓冲器电气开关、张紧装置电气开关、限速器电气开关已动作，与之串联的电梯安全继电器处于断开状态。为进一步验证电气开关的功能状态，检验人员从电梯控制柜中故障显示板上得到了验证。因此，排除电气开关或者电气安全装置失效导致电梯冲顶的可能性。

3.2 曳引力不足

曳引式电梯的曳引力是通过钢丝绳与绳槽之间的摩擦力产生的，如果曳引力不足，即使安全保护装置有效，也不能有效地防止电梯轿厢冲顶。造成曳引力不足的原因主要是曳引轮槽磨损、曳引钢丝绳直径减小、断丝、断股、平衡系数不符合标准等。通过现场对该电梯的曳引绳槽和曳引钢丝绳外观检查发现，曳引轮绳槽磨损均匀且槽型未改变、绳槽及钢丝绳无油污，未发现钢丝绳存在断丝、断股、直径减小现象，绳槽中未见钢丝绳剧烈磨损后所产生的铁屑。该电梯的平衡系数为0.43，符合检规TST G7001-2009的平衡系数要求（0.4~0.5）。可以判定该电梯未发生曳引力不足的现象，因此排除曳引力不足导致电梯冲顶的原因。

3.3 限速器-安全钳失效

通过查阅该电梯限速器-安全钳相关资料结合现场观察发现，该电梯采用作用于钢丝绳系统的夹绳器作为上行超速保护装置，并未使用轿厢安全钳或对重安全钳作为上行超速保护装置，因此排除限速器-安全钳联动失效导致电梯冲顶。

3.4 制动器失效或者制动力矩不足

从理论上分析，制动器制动失效的原因主要包括两个方面：1）制动器电气控制装置部分失效，即切断制动器工作的接触器触点黏连或不断开或释放迟缓造成制动器不抱闸或抱闸时间滞后；曳引机制动器控制系统设计缺陷，如两个切断制动器电流的电气装置非独立、只有一个电气装置切断制动器电流等。2）制动器机械部件失效，制动器因调整导致制动轮与闸瓦相对位置调整不符合要求，或制动器闸瓦发生不正常磨损，二者之间间隙过大，导致制动器制动能力不足；因闸瓦老化、表面碳化、磨损、油污杂物存在降低摩擦系数，制动摩擦力减小；因内部机械移位、粉尘、剩磁造成机械卡阻等造成机械失效。制动弹簧老化或长度调整不当，制动弹簧力太小，制动力矩不足。

按照制动器可能发生的故障原因一一排查，首先是电气部分排查。根据检规第 2.8 项第（3）款：电梯正常运行时，切断制动器电流至少应当用两个独立的电气装置来实现。通过查阅电气原理图，排除了设计上的问题。然后，重点检查了切断制动器电流的两路独立控制的相关接触器触点和其他相关继电器，初步确定接触器、继电器结构和工作状况无异常，没有出现损坏、卡阻、黏连等现象，再结合轿厢上行制动试验所引发的冲顶过程，基本排除因制动器电气保护装置故障所引起的事故。

其次制动器的机械结构排查，外观检查制动器制动臂、制动弹簧、销轴没有发现明显的裂纹和松动，可以确定制动器整体外观机械结构良好；对制动器各机构环节的机械动作灵活性作检查，制动器动作灵活无卡阻现象；对制动器进行制动电磁铁通电断电试验，制动器电磁铁能够正常吸合，未发现制动器电磁铁机械卡阻现象；对制动器制动闸瓦和制动轮工作面检查，发现制动器制动闸瓦工作面有部分碳化现象，说明制动器处于长期带闸运行状态。制动闸瓦与制动轮之间摩擦表面存在油污，曳引机与减速箱之间的联轴器存在明显漏油现象。

制动器产生的制动力矩是靠闸瓦和闸盘之间的摩擦力产生的，在制动过程中，分别会产生静摩擦力和动摩擦力。

静摩擦力满足：

式中：ƒ为静摩擦系数 ，F为制动弹簧正压力（法向约束反力）

动摩擦力满足：

式中：ƒ为动摩擦系数。

在紧急制动工况下，在满足曳引力要求的临界条件下摩擦力对轿厢侧产生的减速度可由公式（1）计算得到。

式中：m为轿厢侧质量总和。

在制动器紧急制动的过程中，由于突然减速，使曳引系统承受的力矩增加。以轿厢、对重及曳引机组成的整体为研究对象，假定钢丝绳与曳引轮间无相对滑动，不考虑曳引钢丝绳所产生的质量差，可知制动器所受力矩：

整理得：

式中：为对重质量，为轿厢空载质量，为电梯额定载荷，为曳引轮节圆直径。

由上述公式可知，由于制动闸瓦与制动轮摩擦表面油污的存在，使制动器工作表面静摩擦系数ƒ及动摩擦系数ƒ变小，摩擦力变小，轿厢侧产生的减速度变小，导致制动器制动力矩不足，不能起到有效制停轿厢向上运行，是导致轿厢冲顶的主要原因之一。

油污存在原因分析：蜗杆轴通孔端的油封有渗油。该电梯采用橡胶油封，由于电梯长期运行，导致橡胶油封老化破损，润滑油外渗。曳引机整体向制动器方向倾斜，在重力的作用下，外渗油污流向制动轮与蜗杆轴的连接处。同时制动轮随蜗杆轴一起旋转产生的离心力，使减速箱蜗杆轴上的润滑油不断随转动轴渗出，洒落到制动轮与制动闸瓦摩擦面上，长期存在的润滑油与空气中灰尘形成油膜，导致制动闸瓦与制动轮摩擦表面被油污污染。

3.5 上行超速保护装置失效

现场勘查发现，该电梯采用蜗轮蜗杆传动，采用钢丝绳夹绳器作为上行超速保护装置的执行元件，限速器作为上行超速的监控部件，夹绳器的触发装置为限速器上的电气开关。事故发生后，限速器上行电气开关动作，说明速度监控装置限速器电气安全装置未失效，排除了由于限速器失效导致无法使执行元件夹绳器动作限制轿厢上行速度的原因。接着检查上行超速保护装置执行元件夹绳器，对夹绳器电磁继电器进行通电试验，电磁继电器通电后能够正常吸合。

通过现场对夹绳器外观检查，发现夹绳器闸线调整不当，动作机构未调整到位致夹紧力不足，复位螺杆过度旋紧，使夹绳器未能有效动作，实现轿厢上行超速时使轿厢制停或至少使其速度降低至对重缓冲器的设计范围，导致轿厢继续上行冲顶。

对该事故案例分析可知，由于制动器油污的存在导致电梯制动器制动力矩不足、上行超速保护装置失效两个主要问题，使该电梯发生轿厢冲顶事故。

4 事故处理和预防措施

对该电梯冲顶事故进行技术分析，找出其冲顶事故的直接原因，详细阐述制动器以及上行超速保护装置在电梯安全运行中的重要性，并在该基础上给出具体的应对措施：1）及时清理制动轮表面油污灰尘，通过更换减速箱油封或在蜗杆伸出端增加防护罩等有效方式，截断油污污染制动闸瓦与制动轮表面的途径。2）定期对上行超速保护装置进行检查，及时调整了夹绳器闸线、动作机构，使夹绳器能够提供足够的夹紧力，调整复位螺杆的旋紧程度，使夹绳器能够及时有效动作，复查夹绳器电气安全装置。3）维保单位要加强对设备的维护保养，尤其对曳引电梯制动器、层门、限速器、上行超速保护装置、极限开关等重要部件要加大维护保养频次和力度，及时发现问题及时处理。

5 结论

通过该案例分析，笔者意识到电梯安全部件隐患影响电梯的安全运行。当进行常规检验时，对电梯作动态的上行制动试验和下行有载制动试验可以有效检查安全部件，及时排除安全隐患。因此，要保障电梯安全使用，需要使用单位、维保单位、检查单位三方协力配合，使用单位做好设备的使用管理，维保单位要确保定期保养，保证维保质量。检验单位对检验工作要认真负责，除了做好电梯的常规性检验以外，要注重电梯的各项动态试验，动态试验的安全性和可靠性是电梯安全使用的重要保证。