電梯轎廂上行超速保護裝置失效與檢驗探討

鄭 挺

(福建省勞安設備技術開發中心，福建 福州 350008）

1 引言

隨著社會發展和城市建設進程日益加快，電梯給人們日常生活帶來越來越多的便利，發揮越來越重要的作用。同時，社會也越來越關注由電梯引發的各類安全問題，尤其是電梯事故在逐年上升。轎廂沖頂事故是所有事故中最危險的，一旦發生后果非常嚴重，將給設備和人身帶來嚴重威脅。導致沖頂事故的原因錯綜復雜，但是電梯在超速上行情況下轎廂失控引發沖頂事故的概率最高。各電梯廠家在設備出廠設計時，為了防止沖頂事故，保證電梯設備安全，轎廂配置了上行超速保護裝置（以下簡稱“上超”）。國家規范標準也對“上超”的配置做了強制性要求：必須裝設。由此可見，“上超”是確保電梯安全運行最重要的防線，對其進行分析探討非常必要。

2 上行超速保護裝置設置要求

圖1 限速器結構原理圖

由“上超”的工作原理可知，該裝置主要由兩大類機構組成：一是速度監控元件機構；二是減速執行元件機構。電梯限速器通常作為執行速度檢測元件機構，在工作過程中可以實時監測電梯運行速度的變化[1]，如圖1所示。當電梯運行速度發生異常情況，一般下限值超過額定速度的115%時，上限值超過10%限速器速度允許值，速度監控元件機構動作觸發“上超”減速執行元件機構工作。減速執行元件機構（如制動器、夾繩器、制繩器等）在電梯超速情況下可以有效地制停轎廂，通過機械裝置作用于鋼絲繩使電梯減速至停止，或降速至規范允許的速度范圍內。當速度監控元件即限速器監測到梯速超過設定值，“上超”先實施電氣保護，超速安全開關動作；如果梯速超過設定值并繼續上升，“上超”強制執行機械保護使電梯制停。

“上超”是獨立工作裝置系統，不應依靠減速裝置（如制動器、夾繩器、制繩器等）、速度監控裝置或強制減速電氣安全開關等單獨作用，應靠系統自身的制動力實現電梯工作異常時轎廂減速制停的保護。但是如果這些裝置設計構造存在冗余，可利用協助“上超”實現減速或制停轎廂。例如：當“上超”配置雙向限速器且上下行同時作用的安全鉗類型時，該結構類型通常只設計一套拉桿系統用來觸發不同工況下安全鉗動作。因此，可以通過利用與轎廂相連的機械裝置幫助實現“上超”動作，無需專門設置“上超”動作部件。

假如“上超”的動作（包括制停和減速電梯）需要通過外部能量來實現，當外部能量被切斷或者無法提供時，“上超”必須處于可靠動作狀態，即“上超”動作時的制動力不能由外部能量來提供，外部能量只能釋放“上超”。

“上超”動作狀態的驗證還應通過安全開關或者電氣安全裝置來實現。電氣安全裝置或安全開關必須直接驗證“上超”工作保護狀態，不能采用其它電氣安全裝置（比如速度監控元件上）來替代。這些電氣安全裝置最直接的作用是使曳引主機立即停止或者防止其再啟動。

導致“上超”動作的原因錯綜復雜，一旦動作必須由專業人員負責檢查，排除系統故障之后才可釋放“上超”，確認其處于正常工作狀態，電梯應立即恢復正常運行。

3 上行超速保護裝置動作實現形式

根據國家規范規定，“上超”可以作用于鋼絲繩系統、對重系統、轎廂系統和驅動曳引輪。[2]由“上超”事故分析，鋼絲繩斷裂不可能導致電梯上行超速沖頂，因此“上超”作用于鋼絲繩系統行之可效。根據“上超”相對應的作用位置，主要由如下四種實現方式：

（1）限速器—夾繩器形式，即“上超”作用于鋼絲繩系統。該形式分為兩類，一類是機械觸發式，主要通過配用雙向機械動作限速器來實現工作；另一類是電氣觸發式，配用單向機械動作雙電氣觸點限速器來實現工作。工作原理是“上超”通過夾緊鋼絲繩系統達到減速制停轎廂的目的。

（2）限速器—對重安全鉗形式，即“上超”作用于對重系統。該結構采用對重安全鉗作為“上超”的減速制停元件，配置單向機械動作限速器和漸進式安全鉗，嚴禁采用瞬時式安全鉗。

（3）限速器—上行安全鉗形式，即“上超”作用于轎廂系統。該形式減速制停元件是導軌制動器和上行安全鉗，限速器分別配備單向機械動作雙電氣觸點限速器和雙向機械動作限速器實現其工作。

（4）限速器—曳引輪制動器形式，即“上超”作用于驅動曳引輪。由于該形式性價比高、整機成本低、噪音小，廣泛應用于現代節能環保小型客梯的結構。該形式“上超”直接作用在曳引輪上，這是永磁同步無齒輪曳引機最常見和最常用的型式。

4 上行超速保護裝置失效分析

“上超”的設置完善了電梯安全保護措施，在防止電梯上行超速以及轎廂沖頂的預防過程中發揮重要作用。“上超”失效的形式多種多樣，歸結原因主要有裝置本身存在不可靠的失效、使用與維修保養認識上對“上超”的誤區以及安裝與維修調試過程中失效問題。

4.1 裝置本身存在不可靠的問題

由“上超”的工作原理可知，該裝置主要由兩大類機構組成：一是速度監控元件機構；二是減速執行元件機構，其本身失效也主要發生在這兩個元器件上。對于速度監控元件，主要是指限速器失效。其主要失效原因有限速器動作機構銹蝕，卡阻不靈活；彈簧力度不足，棘爪卡不住棘齒；限速器軸承損壞、缺油，配合軸磨損嚴重；限速器未經專業人員拆卸，未按照規范進行調整，導致出廠標準的封記遭到損壞；棘爪上彈簧未調整到位、連桿拉臂銹蝕，致使摩擦力減小、提拉力超標等。限速器裝置的失效，執行機構將無法動作，電梯運行速度也無法得到有效檢測，進而導致轎廂沖頂事故。

當“上超”使用制動器作為減速執行裝置時，其主要失效原因有制動彈簧、制動閘瓦、制動輪以及其他不均勻的間隙調整，導致制動閘瓦和制動輪發生摩擦和過熱，制動力降低。在嚴重的情況下會導致制動器卡死，制動臂不動作和軸銷斷裂等機械故障；曳引輪和制動器的中間部件故障，例如主軸、齒輪、蝸桿和軸承等機械部件的破損或損壞，曳引力嚴重下降；制動器電氣控制系統故障，電機過熱、電源電壓異常波動等原因導致制動器故障。

當“上超”使用夾繩器作為減速執行裝置時，其主要失效原因有觸發夾繩器閘線調整不當，不能有效動作；復位螺桿過度旋緊，夾繩器不動作；機械機構未調整到位夾緊力不足，導致電梯不能可靠制停；電氣安全裝置未調整到位，存在夾繩器誤動作現象等。

4.2 使用與維修保養認識上的誤區問題

“上超”于2003年標準規范強制執行，但是電梯制造、安裝、維保和使用等單位對其認識還不夠深刻到位，由于“上超”在使用過程中經常存在誤動作等故障，認為此裝置是多余無用的。在我們日常檢驗過程中，常常發現以夾繩器作為減速執行裝置的電梯，經常將復位螺桿旋緊并且壓死夾繩裝置致使夾繩器無法工作，導致事故發生。還有一些維保和使用單位對“上超”試驗不理解，認為在進行動態試驗時會損傷夾繩器、鋼絲繩和電梯，因此人為將“上超”失效。

4.3 安裝與維修調試過程中的問題

“上超”是重要的安全部件，但是有一部分制造企業在產品出廠時卻沒有配備安裝調式維護說明書，安裝調試及維保人員沒有經過系統專業化的培訓，在安裝和維修過程中出現很多問題。例如限速器未按圖紙施工，導致安裝位置錯誤，方向相反；閘線安裝調整不當，導致夾繩器無法工作；閘線直徑太小未考慮足夠的拉力，試驗時拉斷閘線；繩槽中存在異物，夾繩器動作不可靠；夾繩板間隙調整不到位，夾繩器不動作；安裝調試及維保人員在“上超”發生故障后不懂復位。

5 上行超速保護裝置檢驗檢測方法探討

GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規范及1號修改單》和TSGT 7001-2009《電梯監督檢驗和定期檢驗規則－曳引與強制驅動電梯,含第1號和第2號修改單》從“上超”設計、制造以及后續整個安裝過程及試驗方法對可能發生的沖頂風險提出了具體要求。并將“上超”的檢驗條款列為B類項即重要項。在監督檢驗和定期檢驗時，如果該項檢驗不合格，則整機判定不合格，可見“上超”是一項非常重要的國家強制要求裝設的安全保護裝置，根據規范技術要求規定如下：

（1）明確了“上超”必須要有型式試驗合格證。GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規范及1號修改單》中對技術資料的審核列為A類項即關鍵停止點，對于新裝電梯如果沒有“上超”型式試驗合格證或者審核通不過，施工單位無法進行下一道工序施工。并且“上超”型式試驗合格證的信息必須與銘牌信息相符。

（2）明確了“上超”必須要有銘牌并且對銘牌有規范要求。銘牌必須標清“上超”的型號編號、規格形式、額定載重量、制造日期、額定速度、上行超速動作速度范圍、制造廠家以及型式試驗機構等信息[3]。

（3）明確規定了電梯整機制造單位必須有“上超”動作試驗方法。不同的電梯整機制造單位，不同“上超”型號及作用位置，應該有不同的檢驗檢測方法。

（4）明確規定了廠家應在顯著的位置張貼“上超”動作試驗方法。一般標注在緊急操作屏或者控制屏位置，當“上超”發生故障時，專業技術人員可以根據試驗方法第一時間實行操作。

“上超”在上行超速嚴重不利情況下，如不能可靠動作，將給設備和人身帶來嚴重威脅。但是由于制造廠家的不同、設計理念差異以及不同型號作用位置不一，不同的“上超”相對應的試驗方法也不盡相同[4]，這是檢規明確的規定。永磁同步電梯具有良好的節能環保性能，應用廣泛，其“上超”試驗方法如圖2所示。

圖2 永磁同步電梯“上超”試驗方法原理圖

三菱電梯“上超”試驗方法：（1）使轎廂空載并處于底層，且處于自動運行狀態；（2）關閉電梯門電梯向上運行至額定速度后，人為觸發速度監控元件，切斷電動機供電電源，僅靠“上超”使轎廂減速或制停。如果電梯不能制停，重新進行試驗并且用EVA625（電梯綜合性能測試儀）測量“上超”動作時電梯是否減速，如果減速則說明“上超”動作正常；如果不減速則說明“上超”動作異常；（3）“上超”電氣安全開關動作時，電梯應無法啟動或繼續運行。

奧的斯電梯“上超”試驗方法：（1）使轎廂空載并處于底層，取消外呼和門禁系統；（2）關閉電梯門電梯向上運行至額定速度后，將限速器電氣開關動作，電梯應立即制動停止；（3）動作試驗完后應該手動復位限速器電氣和機械開關，使門禁系統復位正常，電梯應處于正常工作狀態。

6 結語

電梯已成為與我們生活息息相關的重要組成部分，避免其沖頂事故的發生尤為重要。文中從國家規范標準層面出發，全面分析了“上超”的設置要求及不同實現形式，從“上超”本身存在不可靠的問題、使用與維修保養認識上的誤區以及安裝與維修調試過程中的問題三個方面論述“上超”失效原因，探討了不同的“上超”相對應的試驗方法，提出了“上超”的檢驗應該根據檢規并且嚴格按照制造單位提供的試驗方法。