一起电梯曳引钢丝绳断裂事故的分析

湘军

本文刊登于《中国电梯》杂志2023年第10期

作者：叶友谊 / 福建省特种设备检验研究院

某拆迁安置小区一台电梯的轿厢上升到30层位置时发生了几次抖动，当电梯门打开后，曳引钢丝绳从层轿门相邻上坎的间隙中掉落，垂挂在层轿门中间，把正欲走出轿厢的业主吓了一跳。事故未造成人员困梯及人身伤亡事故。经事后调查，该电梯4根曳引钢丝绳中的1根发生断裂。
该电梯额定载重量为1000kg，额定速度为2.50m/s，42层/42站/42门，为有机房电梯。据测算该电梯运行次数至少达22万次以上。该电梯曳引钢丝绳公称直径为10mm，西鲁式，型号为8×19S-FC，采用天然纤维绳芯；绕绳方式为复绕，绕绳比为2∶1。
通常情况下，曳引钢丝绳常见缺陷是先出现断丝，继而断股，最后才是断绳。在断股阶段，运行中的电梯会发生异响，通常维保人员会察觉，并及时更换有缺陷的钢丝绳。电梯曳引钢丝绳被发现断绳是很少见的，因此有必要对本事故进行分析。
1 事故现场勘查
调查人员在现场勘查发现，曳引钢丝绳断裂后掉落在轿顶，断裂处锈蚀极为严重，绳芯极其干燥，钢丝脆性很大，用手稍加弯折即断，如图1、图2所示。现场还原后，查明曳引钢丝绳断裂点是在井道上方邻近机房楼板的位置。现场勘查还发现，该电梯剩余的曳引钢丝绳张力严重不均，张力差超过了10%。

图3是未打开曳引轮防护罩前曳引系统的状况，图4是打开曳引轮防护罩后曳引系统的状况。从图4可见，该电梯其他的曳引钢丝绳也有生锈状况，曳引机承重梁上锈迹斑斑，大量的钢丝绳断丝(见图5)遗落在其上。

业主们称在断绳事故发生之前该电梯运行中未发现异响等异常状况。那是不是曳引钢丝绳在经过曳引轮及导向轮时或者钢丝绳跳槽后遇到尖锐物剪断的呢？经测量，安装在曳引轮、导向轮上的防护罩、挡绳装置与曳引钢丝绳的间隙仅5mm。假设曳引钢丝绳绳股出现过断裂，那么由于捻制张力作用而张开，在电梯运行过程中断裂的绳股与曳引轮、防护罩以及挡绳装置会发生相互干涉，必将在其上留下刮擦过的痕迹，甚至引起变形。

图6、图7分别是事后拆卸下来的曳引轮、导向轮的防护罩及挡绳杆的现场实物照片。从图6、图7可见，防护罩及挡绳杆不存在被张开的曳引钢丝绳绳股刮擦过的痕迹，更不存在变形。

据介绍，一年前，该电梯36层位置的消防水栓失控，消防水顺着候梯厅灌入井道。半年前，因故不慎将机房内的空调出水管扭折，导致空调水直接流到机房地面上(见图8)，空调水渗透封闭不紧密的开口圈框流入井道，滴落到曳引钢丝绳上，持续长达3个多月。因此，该电梯在过去一年，曳引钢丝绳长时间被水浸泡。
2 安全技术规范及标准对曳引钢丝绳的报废和润滑的要求
(1)TSG T7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》指出，出现下列情况之一时，悬挂钢丝绳和补偿钢丝绳应报废：①出现笼状畸变、绳股挤出、扭结、部分压扁、弯折；②一个捻距内出现的断丝数大于一定数值时；③钢丝绳直径小于其公称直径的90%；④钢丝绳严重锈蚀，铁锈填满绳股间隙。
从上述现场勘查的情况看：出现第①种的情况可以排除。现场测量接近断裂口的曳引钢丝绳直径为9.60mm，符合要求，也就是第③种的情况可能性不大。从前述事故现场勘查来看，钢丝绳严重锈蚀及断丝数众多，是毫无疑问的。因此，该曳引钢丝绳本应在事发之前报废。
(2)国家标准GB/T 8903—2018《电梯用钢丝绳》关于电梯用钢丝绳润滑的相关要求如下。①第5.1.2.2条，悬挂钢丝绳所采用的天然纤维绳芯应由剑麻纤维芯制造，捻制成钢丝绳后，绳芯含油率为干燥纤维重量的10％～16％。②第5.2.7条，悬挂钢丝绳、限速器和补偿钢丝绳所有的股在捻制过程中宜进行涂油，在最终合绳时不应涂油。悬挂钢丝绳的股绳含油率为0.80％～1.80％。③附录F第F.1.3.2条，使用中钢丝绳的涂油。在使用过程中，由于磨损和灰尘会使润滑油脂流失减少或形成油垢，增加钢丝之间、绳股之间以及钢丝绳与曳引轮槽之间的磨损，降低钢丝绳以及曳引轮的使用寿命。因此，在使用过程中，对曳引钢丝绳应进行适时地清洁、润滑。一般情况下，视电梯速度、使用环境和频率对钢丝绳进行维护润滑，建议纤维芯钢丝绳每运行20万次维护润滑一次。
该标准中的这些条款充分说明了钢丝绳绳芯润滑的重要性。结合本事故，断裂钢丝绳的绳芯、股绳极其干燥，含油率已接近0，曳引钢丝绳运行超过20万次，未进行维护润滑，这些都为事故发生埋下隐患。
3 事故原因分析
电梯所用的曳引钢丝绳多是采用带浸油的纤维绳芯，绳芯不但能增加钢丝绳的柔韧性，减缓冲击载荷，还类似“贮油池”，为钢丝绳长期润滑提供不竭的油源。
在不良的环境下，内部和外部的腐蚀会使钢丝绳的寿命显著降低，进而使钢丝绳磨损加剧。特别是水和尘埃渗透到钢丝绳内部而引起的腐蚀，对钢丝绳的寿命影响更大。严重的锈蚀会造成钢丝绳截面积减小和力学性能降低，引起钢丝绳疲劳寿命缩短。此外，锈蚀在钢丝表面产生的蚀坑，会形成疲劳源，引起钢丝绳断丝、断股出现，引发钢丝绳脆性断裂。并且，这种断裂是“雪崩式”的，它比一般的断丝或者磨损更加危险。
本事故中，发生断裂曳引钢丝绳绳芯极其干燥，说明钢丝绳缺乏润滑已经持续很长时间，这样就容易出现锈蚀。井道较长时间的异常进水，曳引钢丝绳受水浸润，锈蚀会逐渐加重。这根曳引钢丝绳在断绳之前，锈蚀极其严重，已经出现了大量断丝，并且最薄弱处的钢丝脆性已经达到断裂的临界点。电梯轿厢从底层上行过程中，钢丝绳所受的张力在逐渐加大。最终，这根曳引钢丝绳最薄弱点在到达曳引轮之前，整体瞬间发生脆性断裂。这应当是该电梯曳引钢丝绳断裂的主要原因。
4 事故结论和反思
从本事故来看，电梯维护保养人员未依照规范作业，很长一段时间未打开机房内曳引轮防护罩查看曳引轮、曳引钢丝绳的质量状况，因此曳引钢丝绳严重锈蚀、大量断丝未被及时发现，未能在断绳之前及时换绳。
曳引钢丝绳绳芯缺油是该事故的重要原因。不管是在检查还是维修中，遇到钢丝绳锈蚀情况尤其要重视，应当仔细观察。如发现钢丝绳出现“红油”，说明绳芯无油，内部生锈，应引起注意，必要时可剁绳头检查钢丝绳的内部锈蚀情况。如发现锈蚀严重已形成麻坑或绳股外层钢丝有松动现象，不论断丝或绳径变细多少都应更换。
GB/T 8903—2018附录F指出了电梯额定速度及绕绳方式与钢丝绳寿命的关系。对于额定速度大于或等于1.75m/s或2∶1绕绳方式的电梯，在选择钢丝绳时需考虑额定速度及绕绳方式对钢丝绳使用寿命的影响。本事故中，电梯额定速度为2.50m/s，绕绳比为2∶1，而曳引钢丝绳又采用了复绕形式，使得弯折次数增加，钢丝绳在使用过程中多次受到正反两个方向的弯曲应力作用，因此曳引钢丝绳会更容易损坏，更早出现磨损和断丝。
来源：《中国电梯》杂志