電梯檢驗檢測：一種電梯沖頂事故運動狀態(tài)溯源方法

原創(chuàng) 曾塬，等 中國電梯 2022-11-15 15:35 發(fā)表于河北

本文刊登于《中國電梯》雜志2022年第17期

作者：曾 塬，秦宇杰，芮道道，毛利成，余宋大/湖南省特種設(shè)備檢驗檢測研究院

電梯作為垂直交通工具已經(jīng)成為居住在大樓里的居民出行的必備工具。雖然電梯的設(shè)計在不斷地完善，設(shè)備的管理和維護(hù)也越來越規(guī)范，但仍然有相關(guān)的事故發(fā)生，沖頂事故就是電梯事故的主要形式之一。電梯沖頂事故往往會造成嚴(yán)重的后果，事故的發(fā)生通常會使得乘客頭部與轎廂頂部發(fā)生碰撞，輕則造成頭部、頸部創(chuàng)傷，重則危及乘客生命。電梯是人們普遍使用的特種設(shè)備，極易對人們的心理健康造成傷害，使得民眾對乘坐電梯產(chǎn)生恐懼感。因此研究電梯的沖頂事故原因是一項非常有意義的工作。

眾多研究者對電梯沖頂事故進(jìn)行了分析研究。電梯沖頂事故的原因大致分為兩類：一類主要是機械原因產(chǎn)生，制動器的制動力發(fā)生變化，制動器的不當(dāng)調(diào)整引起制動力的不足^[1-2]，或者是制動器發(fā)生卡阻和制動器閘瓦發(fā)生嚴(yán)重磨損導(dǎo)致制動力不足^[3]；另一類則是電梯的控制電路發(fā)生故障，特別是制動器控制回路發(fā)生故障^[4]，導(dǎo)致沖頂事故的發(fā)生，這可能是由于電梯長時間使用后繼電器觸點發(fā)生燒蝕或者偏移，制動器閘瓦磨損較大從而使得制動力矩嚴(yán)重不足，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生^[5]。

上述研究對沖頂事故的原因進(jìn)行了分析，但是對電梯的事故過程沒有進(jìn)行相關(guān)的研究。事故過程主要由兩方面來確定：一類就是該設(shè)備內(nèi)具有監(jiān)控視頻，通過監(jiān)控視頻進(jìn)行分析^[6]，獲得事故過程中重要的運動信息用來佐證事故發(fā)生后的設(shè)備狀態(tài)及乘客受傷情況；另一類主要通過受傷乘客的主觀描述，這其中通常需要進(jìn)行全方位的詢問，包括受傷者本人，同一時刻電梯可能的使用者和管理者，具有一定的主觀性。

因此在沒有完整的監(jiān)控設(shè)備的情況下，如何去追溯電梯事故發(fā)生時的可能運動狀態(tài)，使得事故的調(diào)查更加完整和科學(xué)是十分重要的。因此在本文中，筆者結(jié)合一則電梯轎廂沖頂?shù)氖鹿拾咐榻B了一種基于轎廂加減速度測量及限速器輔助的電梯沖頂事故運動過程溯源方法，溯源結(jié)果與乘客的簡單描述和電梯事故后的狀態(tài)吻合。

這里以一個實例進(jìn)行分析。某乘客回憶其獨自從9樓乘坐電梯至目的地-1樓，電梯運行到1樓停止，隨即轎廂就發(fā)生向上的失控運動，直至沖頂，造成乘客頭部撞擊轎廂頂部受傷。為驗證和還原事故過程，對轎廂的運行過程進(jìn)行如下分析。

轎廂從1樓以加速度a₁運行至限速器動作，此時制動器制動，則轎廂以制動器制動后的減速度a₂減速運行至對重壓緩沖器，在對重壓緩沖器時減速度發(fā)生改變，即再以減速度a₃減速運行至轎廂沖頂。乘客由于慣性以重力加速度g減速上拋至轎廂頂部，最后頭部撞擊轎廂頂受傷，轎廂頂部發(fā)生嚴(yán)重變形，如圖1所示。

(1)限速器速度校驗?，F(xiàn)場校驗限速器，如圖2所示。因為該限速器電氣開關(guān)撞桿變形，測試該限速器上行超速開關(guān)動作速度(也是電梯在運行過程中的最大速度)v_max=9.0m/s。

(2)轎廂加減速度測試。選取與該事故電梯對重及轎廂重量基本一致的非事故同型號電梯進(jìn)行加減速度測試，作為分析的參考加減速度值。

首先封閉外呼信號，在轎廂空載情況下進(jìn)行加速度測試。首先開閘測量該電梯上行加速度，然后上閘后測量電梯制動產(chǎn)生的減速度，即制動力及鋼絲繩摩擦力產(chǎn)生的轎廂運行減速度。在測試過程中發(fā)現(xiàn)抱閘制動力能立即將閘瓦抱死，但鋼絲繩在曳引輪上產(chǎn)生滑動，測試儀器記錄的速度-時間歷程曲線如圖3所示。

通過多次測試，結(jié)果取平均值，計算加速度如下：開閘后轎廂加速度為0.933m/s²,上閘后轎廂減速度為1.390m/s²。

該乘客質(zhì)量為70kg，對重與轎廂總質(zhì)量約2300kg，所以對該事故電梯的加速度進(jìn)行校正，(按0.3m/s²校正)，則開閘后加速度校正為0.633m/s²(考慮乘客加速度減小)，上閘后加速度校正為1.690m/s²(考慮乘客減速度增加)。

通過上述測量可知，電梯在制動器失效時，轎廂向上運行的加速度a₁=0.633m/s²，在制動器制動后產(chǎn)生減速度進(jìn)行制動，此時的減速度a₂=1.690m/s²。

(3)電梯從1樓發(fā)生故障開始上行，最終運行至上極限，上極限電氣開關(guān)與井道頂距離為1.75m。取對重越程距離為0.3m，對重蹾底，此時的減速度將不再是a₂，轎廂將受重力影響，考慮摩擦力及其他可能的力，根據(jù)GB?7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中第5.7.1.1條，當(dāng)對重完全壓在緩沖器上時，考慮導(dǎo)軌摩擦力及其他阻力等，此時的減速度a₃可取為0.5倍重力加速度g，即a₃=4.9m/s²。轎廂運行的距離為上極限到?jīng)_頂?shù)木嚯x即：H₁=1.75-0.3=1.45(m)。

通過上述加速度、井道及其他相關(guān)參數(shù)的測量，繪制轎廂運行示意圖如圖4所示。計算過程如下。

(1)加速階段。電梯失速后，從1樓開始加速，加速至限速器動作，通過限速器的校驗得到運動過程中的最大速度v_max，再通過此速度推算出加速行程H₃。該階段的運動方程為：

(2)第1個減速階段。通過計算可知，1樓至井道的頂部的高度H=78m，根據(jù)本文第3章可知圖4中H₁=1.45m，由此可以推算出第1個減速階段的行程

設(shè)第1個減速階段最終速度為v₁，該階段的運動方程為：

(3)第2個減速度階段。對重壓緩沖器后以減速度a₃減速運行H₁=1.45m。在運行H₁行程后電梯的轎廂頂部將與井道頂部相撞，設(shè)此時轎廂的速度為v_頂，該階段的運動方程為：

此時電梯轎廂已經(jīng)碰撞，乘客將以重力加速度減速被向上拋出。

(4)乘客身高h_人=1.8m，現(xiàn)場測量轎廂地面與頂板間距H_轎高=2.25m，即乘客被上拋的距離為0.45m。設(shè)乘客被上拋至頭部與轎頂相撞時的速度為v_頭，該階段的運動方程為：

綜上所述，通過對限速器速度的校驗，采用開閘加速度測試的方法，結(jié)合井道高度、乘客身高、轎廂高度等參數(shù)對電梯速度發(fā)生不正常后的后續(xù)運動狀態(tài)進(jìn)行了溯源，與乘客的簡單描述和事故后的狀態(tài)吻合，驗證了該溯源方法的有效性。

在本文中，筆者對電梯沖頂事故的原因進(jìn)行了概述，指出為保證電梯事故原因調(diào)查的完整性，需對電梯沖頂事故的運動過程進(jìn)行追溯和驗證。結(jié)合一則電梯轎廂沖頂?shù)氖鹿拾咐?，介紹了一種基于轎廂加減速度測量及限速器輔助的電梯沖頂事故運動過程溯源的方法。但必須指出，目前電梯轎廂內(nèi)安裝監(jiān)控視頻是最有效的日常監(jiān)控管理和事故溯源工具，建議電梯使用單位加強投入，完善轎廂視頻監(jiān)控設(shè)備的配置。

來源：《中國電梯》雜志