电梯聚氨酯缓冲器风险控制方法研究

赵伟涵 张绪鹏

（1.北京市海淀区特种设备检测所 北京 100083）

（2.北京市特种设备检验检测研究院 北京 100029）

电梯缓冲器作为电梯安全系统的重要组成部分,能够吸收轿厢蹲底以及对重撞击带来的冲击,保障乘客人身安全,是减少电梯冲顶或蹲底事故伤害的最后一道关卡。聚氨酯缓冲器用于电梯低速运行场合,是最常见的缓冲器。探究电梯聚氨酯缓冲器安全性,分析其性能指标及影响因素,提出相应的风险控制方法,能够为提高电梯安全性能提供理论支持和实践指导。

目前,国内外学者针对电梯聚氨酯缓冲器的安全性研究主要集中在聚氨酯弹性体的制备性能研究、缓冲器设计与实验研究、聚氨酯缓冲器性能影响因素分析、国内外标准比对、检验检测方法研究五个方面。冯云介绍了电梯聚氨酯缓冲器有关标准规定和型式试验情况,提出聚氨酯缓冲器检验建议[1]；杨乐等分析了一起聚氨酯缓冲器散落成粉末状的检验案例及其原因[2]；汪连城和焦青山等阐述了电梯缓冲器失效模式及原因,提出了风险控制建议[3-4]；梁骁等结合一起事故,分析聚氨酯材料缓冲器风险,并提出风险控制措施[5]；喻彪等研究聚氨酯材料老化主要因素,并通过试验分析了老化的微观形貌和力学性能[6]；冯金奎等通过试验证明温度、湿度可显著影响聚氨酯缓冲器老化性能,随着撞击次数增加,弹性性能发生不可逆的劣化,在此基础上提出了使用检验建议[7]。本文在以上成果的基础上,结合检验中发现的实际案例,分析了电梯聚氨酯缓冲器使用过程中的风险,指出聚氨酯缓冲器风险控制重点在于加强日常检查,并提出了日常检查的要点,提出了在设计制造、检验检测、维保、监管四个环节的风险控制措施。

1 电梯聚氨酯缓冲器的风险分析及性能测试方法

电梯聚氨酯缓冲器主要作用是吸收和消耗电梯在运行中产生的冲击能量,以减少对电梯乘客的伤害。聚氨酯缓冲器通常由聚氨酯弹性体、金属外壳和连接件组成。聚氨酯弹性体是利用聚氨酯材料的微孔气泡结构来吸能缓冲,在冲击过程中相当于一个带有多气囊阻尼的弹簧。当轿厢对重的冲击作用于聚氨酯缓冲器时,聚氨酯弹性体发生形变,吸收冲击振动能量。随着轿厢对重的冲击结束后,聚氨酯弹性体会逐渐恢复原状,释放吸收能量。

聚氨酯缓冲器优点在于节约空间、维护简便、绝缘性好,其风险包括寿命有限、受使用环境影响大、使用过程中性能不稳定、缺乏有效的现场性能检测办法,优点和缺点都很突出。

1.1 聚氨酯缓冲器的优点

1）节约空间。聚氨酯缓冲器主要功能部件就是一个聚氨酯弹性体,相当于一个阻尼弹簧,不需要额外的结构,占用的底坑空间少。

2）维护简便。聚氨酯缓冲器相较于其他类型的缓冲器更易维护。当需要更换或修理时,聚氨酯缓冲器的更换过程相对简单,减少了维修时间和成本。

3）绝缘性好。聚氨酯绝缘性好,不会产生电火花,因此特别适合应用于需要防爆、防尘的场合,对于低速的防爆载货电梯,聚氨酯缓冲器成了不二选择。

1.2 聚氨酯缓冲器的风险分析

聚氨酯缓冲器的主要问题包括寿命有限、受使用环境影响大、使用过程中性能不稳定。目前,无有效的现场性能检测办法验证缓冲器本体在轿厢或对重超速撞击时是否满足安全标准规范。

1）寿命有限。虽然聚氨酯缓冲器可以吸收冲击能量,但其承载能力有一定范围,对于较大的冲击或振动可能会超出其承载范围,无法有效吸收,导致缓冲器损坏。特别是在老旧建筑中,由于聚氨酯缓冲器容易老化、脆化,当电梯受到较大冲击时,缓冲器无法完全吸收冲击能量,导致缓冲器受损。已收到多次检验员在现场试验时,发现承受载荷时聚氨酯结构发生损坏的报告。从图1 明显看出,在重压下聚氨酯本体上出现了明显的裂纹。

图1 重压下聚氨酯本体上出现了明显的裂纹

2）易受环境影响。聚氨酯缓冲器对环境因素较为敏感,如温度、湿度、光照等,长时间处于高温高湿或腐蚀性环境中可能会影响其性能和使用寿命。

3）使用过程中性能不稳定。聚氨酯缓冲器的响应速度相对较慢,变形越大,吸收能量越大,导致压缩过程初期无法快速吸收冲击和振动,加上易受环境影响和使用寿命限制。尽管其限制范围为可用于不大于1 m/s 的梯速,但目前在额定速度0.65 m/s 以上以及大吨位的载货电梯,应用已经比较少了。

4）缺乏有效的现场性能检测办法。难以确定其动作时整体的可靠性及性能指标的标准性。目前,无有效的性能检验方法验证聚氨酯缓冲器本体在轿厢或超速撞击时是否满足标准要求。目前,对聚氨酯缓冲器本体的检验主要为外观检查,缓冲器实验仅仅进行轿厢空载,以检修速度运行的工况使缓冲器被压缩,轿厢、对重停在其上再离开后,观察缓冲器是否出现对电梯正常使用有不利影响的损坏,以上2 种检查对缓冲器是否符合要求,均基于外观判定。由于聚氨酯缓冲器工作原理独特,它利用聚氨酯材料的微孔气泡结构来吸能缓冲,聚氨酯缓冲器的性能强弱由内部微孔数量及微孔间的结构直接决定,而缓冲器内部结构在不进行报废性破坏的情况下难以确认,这就有可能出现以下情况,内部结构具有一定程度老化的聚氨酯缓冲器在缓冲器实验后仍然可以保持外观完好,但由于其内部结构已经发生变化,这就导致了即使通过缓冲器实验的缓冲器,在遇到轿厢或对重超速撞击时,不能确保缓冲器本体的稳定性,且在缓冲器动作过程中,也难以确保其性能指标符合标准要求。但如果聚氨酯缓冲器内部出现老化则往往会影响其弹性性能。所以,为了规避以上风险建议加入对聚氨酯缓冲器本体弹性性能指标的测试。

1.3 聚氨酯缓冲器的弹性性能测试方法

对聚氨酯缓冲器的弹性性能测试可以采取以下3种方式：

1）变形量测试。使用推拉力计对聚氨酯缓冲器的表面进行同等力量的下压,检查并记录缓冲器本体表面形变量,并对全新同规格缓冲器做相同实验对比数据差异。

2）压缩量测试。测量无载荷情况下聚氨酯缓冲器的本体长度,并在缓冲器实验压实缓冲器后测量缓冲器长度,在记录数据后得到缓冲器被压缩行程,并对全新同规格缓冲器做相同实验对比数据差异。

3）复位量测试。在有相关设备的条件下,可以在上述压缩量测试的基础上增加检测缓冲器被压缩过程中的长度变化过程并绘制随时间变化的压缩行程图,在缓冲器恢复过程中,增加对其长度变化的检测并绘制随时间变化的恢复行程图,在轿厢及对重侧增加加速度变化检测并绘制随时间变化的加速度变化图,并对全新同规格缓冲器做相同实验对比数据差异。

考虑到实际测试中可能出现的误差,如变形量测试及压缩量测试中出现较大数据偏差,则缓冲器的弹性指标就有了一定程度的变化,存在一定风险,可以考虑将其更换。由于聚氨酯缓冲器为非线性蓄能缓冲器,考虑到其在实验当中瞬时性能可能存在小幅波动,故复位量测试仅作为一种额外参考。另外,如检查中出现相对较新但压实后出现裂纹或破碎及弹性性能指标出现较大变化的情况,也可将缓冲器及井道环境样本送检化验,确定是否为缓冲器批次或井道环境所致。

2 电梯聚氨酯缓冲器的日常检查要点及 清单

日常检查包括聚氨酯缓冲器的检验,是保证聚氨酯缓冲器安全工作的重点,能够有效预防因缓冲器失效而引起的电梯事故,同时及时发现和解决潜在的问题,保证电梯的安全运行。

2.1 电梯聚氨酯缓冲器的日常检查要点

电梯聚氨酯缓冲器的日常检查要点包括检查缓冲器选型是否正确、检查缓冲器完好情况、检查支撑部位是否损坏、检查缓冲器固定情况、检查缓冲器所处井道环境情况、测试缓冲器弹性性能指标。

1）检查缓冲器选型是否正确。检查缓冲器铭牌或标签是否与型式试验证书中内容相符。

2）检查缓冲器完好情况。检查缓冲器本体是否存在开裂、破损等情况,是否存在变形。聚氨酯缓冲器使用的材料在光照、潮湿、高温的情况下极易发生老化,产生破损、开裂、变形、鼓胀等老化情形。由于聚氨酯缓冲器可能存在外观完好但内部已经老化的情况,建议定期对缓冲器压实并在其恢复后检查其是否完好。

3）检查支撑部位是否损坏。检查缓冲器支撑部位是否存在变形、锈蚀等情况,如果支撑部位不能牢固固定或脱离基座,会导致缓冲器无法有效执行功能。从图2 明显看到,该缓冲器支撑部位存在严重锈蚀,损坏严重,已经影响了整体受力性能。

图2 缓冲器支撑部位损坏

4）检查缓冲器固定情况。缓冲器应当固定可靠,无明显倾斜,轿厢、对重装置的撞板中心对正缓冲器中心,确保缓冲器在受到冲击时能有效地发挥作用。

5）检查缓冲器所处井道环境情况。聚氨酯缓冲器对温度和湿度等环境因素比较敏感,长时间处于高温或潮湿的环境可能会影响其性能和使用寿命,如井道环境相对较为恶劣,建议定期对聚氨酯缓冲器进行弹性性能指标测试（具体测试方法见上文1.3 章节）,测试频次随井道环境恶劣程度随时调整。

6）缓冲器弹性性能测试。目前,仅依靠电梯检验检测中的外观检查及缓冲器实验,很难判断其动作性能指标是否符合标准要求,所以建议对聚氨酯缓冲器工作性能进行测试,尤其是对使用年限较长、使用环境相对恶劣的聚氨酯缓冲器,更应增加此类测试。

2.2 电梯聚氨酯缓冲器的日常检查清单

在以上工作的基础上,可以看出聚氨酯缓冲器风险发展是渐进的,受选型、本体、支撑、固定、使用环境及使用年限等多个因素影响。因此,其风险控制和事故预防的重点在于加强日常检查及进行相关实验。在前面分析的基础上,考虑到聚氨酯缓冲器的主要风险,结合日常检查经验,得到电梯聚氨酯缓冲器的日常检查要点清单,见表1。

表1 电梯聚氨酯缓冲器的日常检查要点

3 电梯聚氨酯缓冲器的风险控制措施

基于全寿命周期的风险控制分为以下几个环节：设计制造环节、电梯检验检测环节、电梯维保环节、电梯监管环节。

1）设计制造环节。设计制造环节是保证缓冲器质量的关键环节,应加强对原材料、生产工艺等方面的控制,生产厂家应充分考虑温度、湿度对材料的影响,提升聚氨酯缓冲器的安全性和可靠性。另外,缓冲器生产厂家应对投入使用的缓冲器进行跟踪,接到反馈后不断调整改善产品。

2）电梯检验检测环节。检验检测环节是保证缓冲器能安全使用的重要环节,检验检测人员应严格把关落实。应该充分认识到聚氨酯缓冲器材料易受环境及使用年限影响,进行有针对性的检查。

3）电梯维保环节。维保环节是保证缓冲器长期稳定运行的关键环节,应加强对缓冲器的维护保养,结合上文第2 章节日常检查要点进行检查周期及检查项调整,尤其是对井道环境恶劣、使用年限长的聚氨酯缓冲器应视情况增加其弹性性能测试。

4）电梯监管环节。监管环节是保证缓冲器安全运行的重要环节,应加强对缓冲器的监管力度。建议监管部门对制造单位提出更具体的失效指标和检查方法,并在作业指导书中得到体现。也建议对现存的聚氨酯缓冲器进行必要的专项抽查摸排,及时发现问题,对涉事制造商进行通报,落实产品召回制度,督促维保企业和使用单位对存在问题的部件及时更新。

4 结论

1）聚氨酯缓冲器承载能力有限、易受环境及使用时间影响、响应速度慢,这也是导致其使用过程中发生风险的主要原因。聚氨酯缓冲器失效后往往会影响其性能,所以为了规避以上风险,建议增加对聚氨酯缓冲器本体弹性性能指标的测试。

2）难以确定其动作时整体的可靠性及性能指标的标准性,目前无有效的性能检验方法验证聚氨酯缓冲器本体在轿厢或超速撞击时是否满足标准要求,这也是聚氨酯缓冲器目前最大的检查难点和痛点,本文对聚氨酯缓冲器的弹性测试提出3 种方法：（1）使用推拉力计对缓冲器表面进行下压实验并记录表面形变量数据；（2）测量缓冲器实验中缓冲器的被压缩行程；（3）在有设备的条件下可记录实验中的加速度变化、缓冲器压缩速度变化及恢复速度变化,获得以上数据后可对比全新同规格缓冲器实验数据。以上检查方法能够在一定程度上减少使用时的风险。建议在此基础上,每隔2 ～3 年开展一次关于聚氨酯缓冲器的抽查,对现场的部件取样由各个省级特检院进行测试,排除此类系统性风险。

3）本文提出了设计制造环节、电梯检验检测环节、电梯维保环节、电梯监管环节风险控制措施,通过对电梯聚氨酯缓冲器全生命周期的管理,可以有效提高缓冲器的性能和使用寿命,保障乘客的生命安全。对于井道环境不好、缓冲器使用年限较长的情况,应根据实际情况增加本文提出的弹性性能测试。若检查中出现相对较新但压实后出现裂纹或破碎及弹性性能指标出现较大变化的情况,也可将缓冲器及井道环境样本送检化验,确定是否为缓冲器批次或井道环境所致。

4）对电梯聚氨酯缓冲器安全性的研究可以推动电梯产业的发展,有效控制电梯风险,提高我国在全球电梯市场的竞争力,研究可以促进聚氨酯材料在其他领域的应用与发展,推动相关产业发展。