电梯曳引系统安全检测与典型故障诊断技术研究

张江伟511022199506232272

摘要：曳引式电梯依靠钢丝绳与曳引轮之间的摩擦力实现升降，其曳引能力与安全保护装置可靠性直接决定运行安全。本文分析了曳引传动的力学条件与当量摩擦系数的构成，阐述了平衡系数测定、制动性能试验与限速器—安全钳联动试验的检测原理与方法，讨论了曳引钢丝绳磨损、轮槽失效与门系统故障的诊断要点。研究表明，以曳引能力校核为核心、以安全装置联动验证为手段的检测体系，能够有效识别渐进性退化，避免因单一项目合格而掩盖系统性风险。

关键词：电梯；曳引系统；平衡系数；安全钳；故障诊断

引言

电梯是高层建筑不可或缺的垂直运输设备，其运行安全直接关系乘客生命。随着城市建筑高度增加与电梯保有量持续扩大，老旧电梯占比上升，冲顶、蹲底、困人等事故时有发生。这类事故的共同特点是：安全保护装置本应动作却未能动作，或动作后未能有效制停，反映出设备在长期运行中已发生渐进性退化而未被察觉。

我国已建立电梯定期检验制度，对曳引能力、制动性能、安全装置等设定了明确的检验项目。但检验结论以“合格与否”为判据，对退化趋势的描述相对有限。工程实践中，需要在此基础上补充针对性诊断，判断部件剩余寿命与失效风险。本文围绕曳引系统这一核心，分析检测原理与故障诊断要点。

一、曳引传动原理与安全条件

（一）曳引能力与当量摩擦系数

曳引式电梯的升降动力来自钢丝绳与曳引轮之间的摩擦力。要保证电梯正常提升而不打滑，两侧钢丝绳张力之比必须满足欧拉公式所给出的极限条件，即紧边张力与松边张力之比不超过自然常数按当量摩擦系数与包角乘积次方的结果。当量摩擦系数取决于绳槽形状与材料：半圆槽的当量摩擦系数最高，但绳槽磨损后有效包角减小，摩擦能力迅速下降；带切口的半圆槽与V形槽则通过切口角度调节摩擦能力。

轿厢侧与对重侧的张力差随载荷变化。当轿厢满载下行或空载上行时，张力比达到最不利值，此时若曳引能力不足，钢丝绳将在轮槽中打滑，造成轿厢失控。因此曳引能力的校核必须覆盖最不利工况，而不能仅以额定载荷运行状态判断。工程上还应注意，轮槽磨损会使绳与槽的接触面积减小，当量摩擦系数下降，这是老旧电梯曳引能力衰减的主要原因之一。

（二）安全保护装置构成

电梯的安全保护由多道装置串联构成：限速器监测轿厢速度，超过额定速度一定比例时触发；安全钳在限速器动作后夹持导轨，实现机械制停；制动器在断电时依靠弹簧力抱闸；缓冲器吸收蹲底或冲顶时的冲击能量。此外还有门锁电气触点、超载装置、终端限位等。这些装置的设计逻辑是“故障—安全”，即任一环节失效时应导向安全状态，而非继续运行。

二、关键检测项目与方法

（一）平衡系数测定

平衡系数反映对重与轿厢自重及额定载荷的匹配程度，其合理区间一般为零点四至零点五。平衡系数偏离会造成运行电流增大、能耗上升，严重时影响曳引能力。工程上常用电流法测定：在轿厢内分别加载不同比例的额定载荷，记录上行与下行时的电机电流，绘制两条电流曲线，其交点对应的载荷比例即为平衡系数。

电流法操作简便，但精度受电机效率、电压波动与测量仪表影响，宜在稳定运行状态下多次测量取均值。对于永磁同步无齿轮曳引机，也可采用转矩或功率法测定，精度更高但需专用仪器。需要强调的是，平衡系数并非一次性参数，轿厢装修、载重标示变更后应重新测定。

（二）制动性能试验

制动器是电梯最后一道防线，其可靠性须通过试验验证。常规试验包括空载制动与额定载荷制动，观察制动距离与制停过程是否平稳；更为严格的试验以超过额定载荷的载荷进行，检验制动器在最不利条件下的制停能力。试验中应同时检查制动器动作的同步性，两制动臂动作不同步会造成制动轮偏磨与制动力矩下降。

制动器的常见退化形式包括：制动弹簧因长期受压产生塑性变形导致制动力矩衰减；制动衬垫磨损使间隙增大、动作迟滞；电磁铁铁芯因油污或锈蚀卡阻。这些退化在常规目视检查中不易发现，需通过制动力矩测试或动作时间测量加以判断。

（三）限速器与安全钳联动试验

限速器与安全钳的联动是防止轿厢超速坠落的关键。限速器的动作速度应控制在额定速度的一定比例范围内，动作过早会导致正常运行时误动作，过晚则失去保护意义。联动试验通常通过人为触发限速器，观察安全钳能否可靠夹持导轨并使轿厢制停，同时检查限速器电气开关是否在机械动作之前先行断开。

渐进式安全钳的制停过程应平稳，制停距离随载荷变化；瞬时式安全钳制停距离短但冲击大，多用于低速电梯。试验中若发现制停距离明显超出设计范围或轿厢出现异常倾斜，应检查导轨表面状态与安全钳楔块间隙，这两处是最常见的失效点。

三、典型故障与诊断

（一）曳引钢丝绳与轮槽

钢丝绳的失效形式包括断丝、磨损与直径减小。断丝多集中在绳股弯曲最剧烈的部位，即绕过曳引轮与导向轮处；磨损则表现为绳径均匀减小与表面出现金属光泽。当断丝数或直径减小量超过规定限值时必须更换，不能以“仍能运行”为由继续使用，因为剩余钢丝的应力集中会加速失效。

轮槽磨损与钢丝绳磨损互为因果：绳径减小使接触应力上升，槽形被磨宽后又加剧绳的滑动。诊断时应同时测量绳径与槽形深度，若绳径尚在限值内而槽已明显磨损，仅更换钢丝绳并不能恢复曳引能力，需对曳引轮进行修复或更换。这一判断常被忽视，是曳引能力反复不足的根源。

（二）门系统与控制故障

门系统是电梯故障率最高的部位。门锁电气触点接触不良会导致电梯在运行中急停；门刀与门锁滚轮的啮合间隙不当，会造成开门不到位或关门夹人；门机皮带松弛则引起门速异常。诊断时应结合故障代码与现场观察，先确认机械啮合状态，再检查电气回路，避免盲目更换元器件。

控制系统故障多表现为平层不准、换速异常或无故停梯。平层不准通常与编码器信号、制动器动作时间或钢丝绳打滑有关，可通过测量平层误差与制动距离联合判断。若平层误差随载荷变化而增大，更可能是曳引能力不足而非控制参数问题，这一点在诊断中具有区分意义。

四、实例分析

某住宅小区一台运行十余年的曳引式乘客电梯，住户反映高峰时段轿厢偶有下沉感，平层误差偏大。检验发现平衡系数实测约为零点三二，低于合理区间；钢丝绳直径较公称值减小约百分之六，曳引轮绳槽已明显磨宽；制动器动作时两臂不同步。综合分析认为，曳引能力下降是主因，平层误差随载荷变化的表象正与其吻合。

处理方案为：更换曳引钢丝绳并对曳引轮绳槽进行修复，调整制动器弹簧与间隙使其动作同步，重新测定平衡系数并调整对重块。整改后复测，平层误差恢复至允许范围，下行制动距离符合要求，住户反映的下沉感消失。该案例说明，多项检测指标之间存在关联，孤立地看某一项合格或不合格都不足以支撑结论，必须结合载荷工况作系统判断。

结论

电梯曳引系统的安全检测应建立在力学原理之上：曳引能力取决于当量摩擦系数与包角，平衡系数决定张力差分布，制动器与安全钳构成最后防线。检测中应把平衡系数、制动性能与联动试验作为一组相互印证的指标，并结合钢丝绳与轮槽的磨损状态判断退化程度。只有把“合规检验”与“趋势诊断”结合起来，才能在渐进性退化尚未酿成事故之前采取干预，真正保障电梯的运行安全。

参考文献

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