电梯曳引能力的检验方法及相关问题的探讨
本文刊登于《中国电梯》杂志2023年第10期作者：苏 哲，王济鸿 / 江苏省特种设备安全监督检验研究院
在用电梯中占比最大的是曳引式电梯。由于电梯曳引系统是通过悬挂装置与曳引轮绳槽(带槽)之间的摩擦力传递动力，因此曳引力的大小决定了电梯的曳引能力，对电梯曳引能力的验证就是对曳引力的验证。
1 新检规中对于电梯曳引能力检验方面的要求
TSG T7001—2023《电梯监督检验和定期检验规则》(以下简称新检规)中关于电梯曳引能力的检验主要有两项：(1)第A1.2.4.2项，检查曳引轮绳槽(带槽)是无缺损还是有不正常磨损，这里的检查方法主要是通过目测，有质疑的情况下再进行手动测量或是通过试验来验证。(2)第A1.3.11项，通过以下3个试验对曳引能力进行验证：①第A1.3.11.1(1)项，轿厢空载，当对重压在缓冲器上而驱动主机按电梯上行方向旋转时，观察悬挂装置是否相对曳引轮打滑，或者驱动主机停止运转；②第A1.3.11.1(2)项，轿厢空载，以额定速度上行至行程上部，切断电动机与制动器供电，观察轿厢(运载装置)是否完全停止；③第A1.3.11.2项，轿厢内装载125%额定载重量的载荷，以额定速度下行至行程下部,切断电动机和制动器供电，观察轿厢(运载装置)是否完全停止。
2 关于新检规第A1.3.11.1(1)项的相关问题探讨
2.1 试验目的与失效分析
这项试验的主要目的是为了防止曳引力过大，或是曳引轮与悬挂装置出现卡阻后，导致电梯轿厢即使在极限位置仍然有继续上行的可能。图1与图2为两种试验不合格的情形。图1中，由于电梯停用一段时间，加上机房顶部漏水、缺少保养等原因，导致钢丝绳表面已经严重锈蚀，极大地增加了钢丝绳与曳引轮绳槽间的摩擦力，导致曳引力过大；而图2中，曳引轮严重磨损，导致钢丝绳容易卡死在曳引轮绳槽中，几乎不会打滑。这两种情况带来的结果是：即使对重压实了缓冲器，驱动主机依然能够提起轿厢，此时的电梯也由曳引系统变成了强制驱动系统，很容易发生电梯冲顶导致轿厢内乘客受伤的事故。
2.2 实现方式与可能存在的误区
为了避免上述危险，制造单位主要从两个方面对电梯进行设计：(1)合理设计各项参数，参考GB/T 7588.2—2022《电梯制造与安装安全规范 第2部分：电梯部件的设计原则、计算和检验》附录D中给出的对重滞留工况时的曳引力计算公式，通过对轿厢质量、对重质量、绳槽类型、钢丝绳在曳引轮上的包角等参数进行模拟与计算，来确保对重压实缓冲器时的曳引力不会过大。(2)根据GB/T 7588.1—2022《电梯制造与安装安全规范 第1部分：乘客电梯和载货电梯》第5.5.3条中的要求，设置电气安全装置使驱动主机停止，这也是由于电梯在使用过程中悬挂装置与曳引轮绳槽(带槽)的不断磨损，计算参数容易发生变化而设置的第2道保险。需要注意的是，部分人会认为当对重压实缓冲器时，上限位开关、极限开关与对重缓冲器的柱塞复位开关已先动作，此时的驱动主机必然是停止状态，也就不需要额外再设置一个电气安全装置。这其实是对标准的误解，标准的要求是，当对重压实缓冲器时，驱动主机继续按电梯上行方向旋转，也就是要将上述几个开关进行短接后继续上行，因此不能将上述开关代替该项要求的电气安全装置。实际上，目前很多厂家是通过变频器中的驱动主机过流保护功能来实现的，也就是设定一个最大转矩，当驱动主机的转矩超过这个值后，就会触发变频器的过流保护，使变频器停止对驱动主机输出电流，实现驱动主机的自动停转。
3 关于新检规第A1.3.11.1(2)项与第A1.3.11.2项的相关问题探讨
3.1 试验目的与区别
这两项试验的目的其实是一样的，都是为了防止曳引力过小，导致电梯可能出现溜车、冲顶等风险，但是测试的工况却有很大区别。以下进行简单计算：假设对重重量为W1，轿厢重量为W2，额定载重量为Q，平衡系数为K，重力为g，可以算出当轿厢做空载上行制动时，轿厢受到向上的拉力为对重重力减去轿厢重力，即(W1-W2)g；当轿厢装载125%额定载荷下行制动时，轿厢受到向下的拉力为轿厢重力加上载荷重力减去对重重力，即(W2+1.25Q-W1)g。根据平衡系数计算公式，W1-W2=KQ，代入后可得：空载上行制动时轿厢受到向上的拉力为KQg，125%额定载荷下行制动时，轿厢受到向下的拉力为(1.25-K)Qg。为了方便说明，取平衡系数为新检规要求的0.4～0.5之间的中间值，即0.45，带入后可得空载上行制动时轿厢受到的拉力为0.45Qg，轿厢装载125%额定载荷下行制动时，轿厢受到的拉力为0.8Qg，多出了近一倍，对电梯曳引力的要求也更高。正是基于上述原因，新检规相比于旧检规，还额外规定了要对第A1.3.11.2项试验进行音像记录，并至少包括检验人员身份、受检电梯的唯一性标识,驱动主机启动、运行和制停状况等内容，这不仅说明这项试验的重要性，也表明其附带了更大的责任风险。
3.2 试验中的注意事项
(1)关于切断供电的时机。以额定载荷上行制动试验为例，GB/T 7588.2—2022第6.3.4条“曳引检查”要求要在电梯最不利制动工况下进行。对于低层电梯，只要到了行程上部就可以进行断电试验；而对于高层电梯，由于钢丝绳自重较大，建议先在1/2高度时断电，观察轿厢继续滑行的距离，然后再进行第2次试验，在确保有一定安全距离的前提下，尽量在靠近上端站的位置进行断电。
(2)检验的顺序。虽然新检规中没有明确规定，但是考虑到做该项试验可能带来的危险，建议在试验前先按照第A1.2.4.2项与第A1.2.4.3项，对曳引绳、曳引轮绳槽、制动器进行检查，确认符合后再进行试验。同时从电梯最不利工况的角度出发，试验应该按照先做第A1.3.11.1(1)项，再做第A1.3.11.1(2)项，最后做第A1.3.11.2项的顺序比较合理。
3.3 可能出现的现象与合格判定
切断供电后，钢丝绳在曳引轮绳槽中可能有4种工况：(1)不出现打滑，轿厢完全停止；(2)出现打滑，轿厢明显减速，钢丝绳在绳槽滑行一段距离后停止；(3)出现打滑，轿厢没有明显的减速，钢丝绳在绳槽中一直滑行，直至轿厢撞击缓冲器；(4)出现打滑，轿厢下行的速度逐渐变快，钢丝绳在绳槽中一直滑行，直至轿厢撞击缓冲器。依据新检规，第1与第2种工况都能满足轿厢最终完全停止的要求；第3种与第4种工况表明此时钢丝绳与曳引轮之间的摩擦力已约等于或小于轿厢侧的重力，导致轿厢无法制停，因此不合格。
4 紧急制动后的制停距离
由于轿厢空载上行制动和125%额定载荷下行制动都是曳引轮两侧张力差最大时的工况，钢丝绳难免会在曳引轮绳槽中出现滑移，而制停距离应该小于多少，此项在新检规中并未提及。在曳引系统中，由于曳引轮与悬挂装置并非刚性连接，因此在制停试验中光靠制动器来制停曳引轮是不够的，还需要依靠曳引轮与悬挂装置的摩擦力来最终实现制停。也就是说当其他因素不变的情况下，如果制动器的制动力矩较大，能够瞬间制停曳引轮时，那么制停的力几乎全部来源于曳引轮与悬挂装置之间的摩擦力，悬挂装置在曳引轮上的滑移量就会较大。反之，如果制动器的制动力矩较小，那么在两者共同参与减速的过程中，滑移量就会变小。在实际检验中，笔者遇到一台1.00m/s的乘客电梯，在做上行制动时，钢丝绳在绳槽中长时间打滑，轿厢向上滑行了约2m后才停止，依据新检规的要求，应该判定合格。然而GB/T 7588.2—2022第5.11.2.2.2条要求紧急制动时的减速度不应小于0.50m/s2(在没有使用减行程缓冲器的情况下)。根据运动学公式S=v2/(2a)(其中：S为制动距离；v 为速度，a为加速度)计算后得出：额定速度1.00m/s的电梯，在紧急制动时的最大制停距离不应大于1m，因此轿厢滑行了2m虽然符合新检规要求，但也表明了此时曳引力已经存在过小的问题了，应该及时进行维保和调整。需要注意的是，这里所说的制停距离，指的是钢丝绳在绳槽中滑行的距离。在实际的检验中，如果采用的是在钢丝绳上做标记的方法测量制停距离，测出来的值实际上是钢丝绳在绳槽中滑移的距离加上制动器在制停驱动主机过程中打滑的距离。如果在试验中制动器能够迅速将驱动主机制停，那么这个距离可忽略不计，否则还应在原先条件下减去制动器在驱动主机上打滑的距离，才是钢丝绳的实际滑移距离。
5 结语
在本文中，笔者对新检规和国家标准中与曳引能力验证相关的条文进行了探讨，解释了部分在检验中遇到的问题，指出了可能存在的误区，对曳引能力失效类型及原因进行了分析。如今，彻底开放了电梯自行检测的市场，未来将有更多的使用单位、维护保养单位参与电梯的检测，笔者期望通过本文能够提高大家对电梯的曳引能力检查的认识与重视，共同保障电梯的本质安全，预防电梯事故的发生。
来源：《中国电梯》杂志
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