摘要：本文通过对曳引式电梯冲顶的原因进行分析，并提出预防措施
关键词：电梯冲顶分析预防
引言
随着科学技术的不断发展进步，电梯作为高层建筑中交通运输所必需的交通工具，其“安全、方便、快捷、舒适”的工作性能，越来越引起了人们的重视。电梯的安全运行始终是电梯发展过程中人们关注的课题，而安全性能作为电梯的基本性能也是我们乘电梯的最基本的要求；随着电梯技术日益更新，虽然在电梯上已装有电气和机械等多重安全装置确保安全，但其安全装置的有效性对电梯的安全运行产生直接影响。这就要求电梯必须按照设计的速度运行，不能出现速度失控，而且一旦失控又必须有安全保护装置保证乘客的人身安全和设备安全。对于电梯下行超速墩底，由于比较直观，人们一般都能认识其危害，而对于上行超速冲顶，由于是向上运行，其危险性并未引起人们的重视，同时电梯冲顶比墩底的机率要大的多，其造成的后果也同墩底一样严重，因此对电梯冲顶现象进行分析，找出发生的原因，提出预防措施，减小事故的发生就显得特别重要。这对提高电梯检验和维保人员的工作效率，减少电梯冲顶发生的可能性有着较大的现实意义。
一、冲顶的定义
所谓冲顶是指电梯轿厢上行至上端站时，无法有效制停而继续冲向井道顶部的现象。
电梯的冲顶与超速有着密切的关系。电梯的运行速度是由控制系统控制的，当控制系统失控或其他机械系统出现故障后，电梯运行就可能超速，当电梯出现下行速度失控时（超速）首先限速器电气安全开关（如果有）动作，切断安全回路，使制动器断电制动、停车；而当制动器工作不良，下行的速度继续增大，当达到限速器机械装置动作的速度时，限速器将限速器钢丝绳夹住，提起安全钳拉杆，使安全钳动作，将轿厢制停在导轨上，从而避免轿厢墩底。而当电梯上行速度失控时（超速），对于对重侧未设限速度安全钳联动装置的电梯。首先限速器安全开关（如果有）动作，切断安全回路，使制动器断电，而产生制动作用停车，而当制动器发生故障不能产生制动力或制动力不足时，电梯轿厢会加速向井道顶冲去。当上行速度超过限速器机械装置动作速度时，限速器机械装置动作，但因安全钳只有当电梯轿厢下行超速才起作用，电梯继续超速上行。当对重下梁碰板碰到缓冲器时，对重在缓冲器作用下制停，而电梯轿厢则作竖直上抛运动，曳引钢丝绳放松，如果轿顶设备最高部件与井道顶最低部件间距过小或竖直上抛时的初速度过大，则轿顶设备或部件就会冲击井道顶部，然后作自由落体运动（忽略导轨与导靴间的摩擦阻力），由于限速器机械装置已经动作，当电梯轿厢下降时限速器即夹紧限速器钢丝绳，提起安全钳拉杆安全钳动作，将电梯轿厢制停在导轨上。这时一般情况下曳引钢丝绳是放松的，想通过盘车使限速器安全钳复位是不可能的，即使卸下缓冲器。
冲顶产生的后果：首先是轿顶设备和部件被碰坏，如：轿顶控制厢、平层感应器（PAD）、轿顶照明及电源插座、轿顶护栏以及油杯等。第二对重冲击缓冲器如果速度过大，将会损坏缓冲器，对重下梁碰板也会产生变形。第三如果补偿链是单根安装，可能在冲顶过程中还会将层门及门锁和轿门及门刀损坏。第四如果冲顶速度过大，还会将限速器安全钳联动装置损坏，若轿厢内有人，则会造成人员伤亡，甚至冲断曳引钢丝绳。
二、原因分析
（一）由于制动器工作不正常而引起的冲顶
1、由于制动器电磁可动铁芯与轴套间润滑不良或有油漆等杂物而产生机械阻滞，使制动器动作过迟或不能回位而引起冲顶。这种原因引起的冲顶，对于交流单速电梯、交流双速电梯可以通过检查电梯平层状态（过平层）来查出，而对于VVVF电梯，由于停车时基本是“零”速平层停车，制动器基本不起减速作用，平常检查不易发现，造成的后果更为严重，电梯冲顶的速度为V＝
g:重力加速度9.8米/秒2；
s：电梯失控时（如果电梯在某平层停车制动器失效）对重下梁碰板到缓冲器间的距离；
△S:对重完全压实在缓冲器时，轿顶设备最高部件与井道顶最低部件之间距离。
由冲量定理和动量守恒定律可导出冲顶时的冲力：
F=
M：轿厢重量；m:载荷质量；
△t：电梯冲顶的时间。
由以上两式可以看出，电梯冲顶的速度和冲力与电梯失控瞬时，对重下梁碰板到缓冲器间的距离和平方根成正比。
2、由于制动器压紧弹簧发生塑性变形而导致制动器蹄片预紧力降低而导致的冲顶。由于制动器压紧弹簧热处理不当或者由于制动器压紧弹簧选型时不正确，在使用过程中受到压缩同时安装时又有一定的预紧力，而发生塑性形变，由于弹簧的作用力F=KX，倔强系数K值不变，而发生塑性变形时，弹簧的自由长度变小，当压紧时弹簧的长度不变时（固定螺栓不动）相应地减小了弹簧的变形量，即X值因此压紧力减小，即制动器的压紧力下降而导致动力矩下降，当塑性变形量达到一定程度，制动器的制动力矩不能平衡对重产生的下降力矩时，就会冲顶。我市1998年发生的一起电梯冲顶事故就是由于制动器压紧弹簧因质量原因导致在使用过程中产生塑性变形，降低了制动器的制动力而造成冲顶，15层站VVVF电梯2人从一楼选层至四楼到四楼减速平层而未开门，即加速冲顶。
3、由于抱闸继电器有剩磁或触点粘连而引起的冲顶。当电梯上行平层停车时（轿厢仍睾尚∮40%）抱闸方向接触器有剩磁；或当抱闸接触器点粘连，上极限开关未按规定设置或失效，制动器不能落闸而造成冲顶。
4、制动器闸间隙过大
5、制动器闸瓦和制动轮摩擦引起制动器闸瓦和制动轮过热，导致制动能力下降，制动器卡死、制动器臂、轴销断裂等故障导致制动器不能有效闭合。
（二）由于平衡系数不符合要求而引起的冲顶
按照国际规定：平衡系数要求在40%―50%之间，亦即对重的重量等于轿厢的重量再加上电梯额定载荷的40%―50%，正常情况下电梯的运动是这样的，在空载状态下，由于对重较轿厢重额定载荷的40%―50%，这时电梯若上行是对重拉着轿厢运动电动机输出的是制动力矩，如电梯在顶层平层停车，制动器产生的制动力矩是用来平衡由于对重较轿厢所产的力矩；当轿厢满载时，情形刚好相反，制动器产生的制动力矩是用来平衡轿厢内额定载荷的40%―50%的载荷所产生的力矩，这两种情况制动器产生的制动力矩均是正常使用情况下的最大值。如果平衡系数过大，轿厢过轻（亦即对重对重），当电梯空载或载荷很小时，制动器的制动力矩不能平衡电梯对重向下运动的力矩时，制动器打滑从而引起冲顶。
（三）由于井道最低部件与固定在轿顶上设备的最高部件之间的距离不足而引起的冲顶
我们可以假设这样一种状态，即电梯在顶层停车，轿厢空载，这时人为打开制动器，如果忽略蜗杆付传动的损失（0.7-0.92）和电梯导靴和轨道之间的摩擦阻力（这个阻力也是我们想尽量减少的），这时可以把对重和轿厢看成一个系统，在这个系统中只受到重力作用，这时对重拖着轿厢作自由落体运动，曳引轮相当于一个定滑轮，当对重下梁碰板碰到缓冲器时，对重在缓冲器的作用下制停，而轿厢则作竖直上抛运动，上抛的高度等于电梯在顶层平层时对重下梁碰板至缓冲器的距离（由质点运动定律V22gs得出），也就是说轿厢越过平层位置上升的高度为两倍对重至缓冲器的距离。这种状态是电梯冲顶的最轻状态。因此当电梯在顶层平层时轿顶设备最高部件至井道顶最低部件之间的距离最小值对于弹簧缓冲器的为700mm，对于液压缓冲器的为800mm。
三、预防冲顶的措施
（一）建议将“对重侧加装限速器安全钳联动装置”列入强制性国家标准，强制执行。
对于我国在用的和正在生产的电梯绝大多数只有轿厢侧设有限速器安全钳联动装置，只有少数国外厂家如日本菱电升降机有限公司生产的GPS电梯在使用方的要求下才装设的。这样对于只有轿厢侧有限速器安全钳联动装置的电梯，当由于制动器工作不良等原因而引起冲顶时无法保护，这给电梯的安全使用投下了阴影。因此对于在用电梯要进行改造加上这套安全保护装置，对于新出厂的电梯必须要有这套安全装置。
（二）电梯制动器的设计、制造必须达到国标要求，在使用维护保养过程中，要定期进行检查润滑调整，必要时进行分解。
1、设计时制动力矩必须达到要求：（1）当按曳引轮的力矩设计时：M需制≥K×M曳×i×η
>K：安全系数。一般取2；M曳：作用于曳引轮上的最大力矩；
i：速比即蜗轮蜗杆的传动比；η：蜗杆付效率，当蜗杆头数Z＝1时，η取0.7-0.75；Z=2时，η取上0.75-0.82；Z=3时，η取0.82-0.87；Z=4 时，η取0.87-0.92。
（2）当电动机功率已确定时
M需制≥K
K：安全系数交流电梯取1.5左右，直流电梯取1-1.2左右。
N：电动机功率n：电动机转速（转/分）。
2、制动轮制动摩擦面，不得有妨碍制动性能的缺陷，轮面凹凸不平度达到1.5mm时应修理，制动时两侧闸瓦应紧地贴合在制轮工作表面上，制动摩擦片应有防热衰退能力。
3、制动器动作灵活可靠，并定期进行检查，电磁可动铁芯与铜套间无机械阻滞现象，若有则用粉状石墨润滑剂进行润滑，这是防止因制动器机械阻滞而导致冲顶的最行之有效的办法，对制动器进行润滑时，注意一定不要将润滑剂滴（掉）到制动轮和摩擦片间的工作表面上。
4、制动器压紧弹簧必须符合要求，K值不可过大或过小，并且有抗塑性变形能力，必须规定力矩扭紧并定期检查。
5、严格按规定做静载试验，必须用计量合格在有效期内的砝码作载荷，不能用水泥砂石等重量不准的重物来替代，充分检查抱闸的制动力。
（三）轿顶设备最高部件与井道顶最低部件之间的距离必须大于两倍对重下梁碰极至缓冲器的最大距离（电梯顶层平层时）。严格按规定检查轿厢导轨的进一步制导行程即当对重安全压实在缓冲器上时，导轨的进一步制导行程不小于（0.1+0.35V2）m。对重下梁碰极至缓冲器间的距离（电梯顶层平层时）对于弹簧缓冲器是200-350mm，对于液压缓冲器是150-400mm。
（四）限速器安全钳联动装置齐全有效，动作灵活可靠，断绳开关齐全有效，限速器的检验时间必须在两年内，安全钳两侧间隙均匀。
（五）上下极限开关应完好有效，且不应与上下限位开关同时动作，极限开关动作后，对重和轿厢均不应与缓冲器相接触。
（六）平衡系数必须符合要求40%-50%；补偿链必须按规定装设置，二次保护应完好有效，定期检查抱闸触点的烧蚀情况及时更换触点防止粘连及时排除剩磁，经常检查电梯的平层状态，一旦发现过平层，应立即检查是否是因为制动器故障而引起的并及时排除。
结束语
随着我国社会的不断发展，高层建筑越来越多，如果预防电梯冲顶的问题解决不好，电梯的安全运行就得不到有力保障，电梯的服务功能也就会大大减小，所以说，除了做好电梯的日常维护保养外，应按照法规要求做好定期检验，在电梯事故后、大修、改造以及长时间停用后再启用前，应认真进行安全部件的检查维护，采取针对性的措施保证其有效动作，以预防轿厢冲顶事故的发生。因此预防冲顶的更有效的措施也是我们每一位电梯界的专家、电梯检验人员和维修保养人员义不容辞的责任。
参考文献：
1、GB7588―2003，电梯制造与安装安全规范。
2、TSG T7013-2004，电梯上行超速保护装置型式试验细则。
3、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。
4、《起重机械安全技术检验手册》任树奎，王福绵主编中国劳动出版社。
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5、TSG T5001-2009，电梯使用管理与维护保养规则
