原文刊登于《中國(guó)電梯》雜志2020年第22期
作者:張 鵬,李 吉,胡 暉,金瑞卿/上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院
摘要:在本質(zhì)安全概念下,以由電梯制動(dòng)器引起的典型電梯故障或事故實(shí)例為基礎(chǔ),詳細(xì)分析現(xiàn)有電梯制動(dòng)器產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上和使用時(shí)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患問(wèn)題。力圖將本質(zhì)安全的思想和基本方法同傳統(tǒng)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和使用結(jié)合在一起,提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)降低措施,以提高現(xiàn)有制動(dòng)器產(chǎn)品的安全性和可靠性。
關(guān)鍵詞:電梯;制動(dòng)器;風(fēng)險(xiǎn)分析;本質(zhì)安全
電梯制動(dòng)器是電梯重要的安全裝置。若電梯制動(dòng)器的部件出現(xiàn)問(wèn)題,將會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器整體失效,對(duì)乘客的生命安全構(gòu)成威脅。
隨著永磁同步曳引機(jī)的廣泛使用,電梯制動(dòng)器也同時(shí)被作為轎廂上行超速保護(hù)裝置和轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的制停部件使用。目前市面上應(yīng)用最廣泛的是常閉型電磁制動(dòng)器,主要由電氣和機(jī)械部件組成,結(jié)構(gòu)復(fù)雜且存在多種失效風(fēng)險(xiǎn)。許多引起嚴(yán)重人員傷害或財(cái)產(chǎn)損失的電梯事故都與制動(dòng)器的失效有關(guān)。因此,制動(dòng)器自身的安全性和可靠性是保證電梯系統(tǒng)安全運(yùn)行的最重要因素之一。目前一些相關(guān)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這個(gè)問(wèn)題,開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)研究并取得了一些有益的成果 。
在本文中,筆者通過(guò)對(duì)典型電梯故障或事故的分析,在本質(zhì)安全的概念下探討現(xiàn)有制動(dòng)器的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和使用風(fēng)險(xiǎn),并提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)降低措施,為提高現(xiàn)有制動(dòng)器產(chǎn)品的安全性和可靠性,減少相關(guān)電梯事故的發(fā)生,提供理論方法和實(shí)踐上的參考和借鑒。
1 本質(zhì)安全概念及其在電梯制動(dòng)器中的應(yīng)用
電梯事故的發(fā)生遵循多米諾骨牌原理 (domnio sequence),即:危險(xiǎn)狀態(tài)(人的因素、電梯系統(tǒng)故障)→發(fā)生事故→造成損失(人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境破壞等),最終形成事故鏈。事故按照從左到右順序發(fā)生,一個(gè)影響一個(gè),如果中間某一因素不發(fā)生,則最終不會(huì)發(fā)生。因此,阻止事故發(fā)生的最有效的途徑就是在 “危險(xiǎn)狀態(tài)”出現(xiàn)之后能夠采取有效的“手段”,使設(shè)備停止運(yùn)行或恢復(fù)初始/安全狀態(tài),這樣就不會(huì)再造成后續(xù)可能的損失。而按照實(shí)施的主體來(lái)分類,這種有效的“手段”又可分為“手動(dòng)操作”和“自動(dòng)操作”兩類。其中,前者屬于“傳統(tǒng)安全”的范疇,即將監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的“危險(xiǎn)狀態(tài)”通過(guò)聲、光、電等途徑通 知相關(guān)責(zé)任人員,并由專業(yè)人員手動(dòng)處理,將設(shè)備停止運(yùn)行或恢復(fù)初始/安全狀態(tài)。而后者屬于“本質(zhì)安全”的范疇,即無(wú)需操作人員的干預(yù),當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到 “危險(xiǎn)狀態(tài)”后,或通過(guò)設(shè)計(jì)階段的經(jīng)驗(yàn)積累預(yù)測(cè)出即將發(fā)生“危險(xiǎn)狀態(tài)”時(shí),設(shè)備自動(dòng)停止運(yùn)行或恢復(fù)初始/安全狀態(tài),然后再通過(guò)聲、光、電等途徑通知相關(guān)責(zé)任人員。
在宏觀上,本質(zhì)安全就是通過(guò)追求企業(yè)生產(chǎn)流程中人、物、系統(tǒng)、制度等諸要素的安全、可靠、和諧和統(tǒng)一,使各種危害因素始終處于受控制狀態(tài),進(jìn)而逐步趨近本質(zhì)型、恒久型安全目標(biāo)。具體說(shuō)來(lái),本質(zhì)安全是指通過(guò)設(shè)計(jì)等手段使設(shè)備或系統(tǒng)本身具有安全性,即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會(huì)造成事故的功能。本質(zhì)安全具體包括:(1)失誤—安全功能(誤操作不會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生或自動(dòng)阻止誤操作);(2)故障—安全功能(設(shè)備、工藝發(fā)生故障時(shí)還能暫時(shí)正常工作或自動(dòng)轉(zhuǎn)變安全狀態(tài))。
作為一種擔(dān)負(fù)極為重要的安全功能的電梯安全保護(hù)系統(tǒng),電梯制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和使用,應(yīng)該貫徹本質(zhì)安 全的理念 (見(jiàn)圖1)。在制動(dòng)器的設(shè)計(jì)階段,應(yīng)針對(duì)其使用特點(diǎn)和使用環(huán)境進(jìn)行全面分析,并綜合考慮安裝、維護(hù)和拆除等多種因素,盡可能減小設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn),盡量少留后續(xù)的安全隱患;在制動(dòng)器的使用階段,應(yīng)對(duì)能夠反映其主要性能特征和運(yùn)動(dòng)特征的物理參數(shù)(如溫度、電壓、電流、力、電磁特性、物理間隙等)實(shí)施有效的監(jiān)控,同時(shí)明確非期望狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)的界定或閾值,要做到危險(xiǎn)狀態(tài)的及時(shí)診斷,并通過(guò)與控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于危險(xiǎn)狀態(tài)的及時(shí)控制。電梯制動(dòng)器本質(zhì)安全的最終目的,是實(shí)現(xiàn)一種包括控制系統(tǒng)(部分)和制動(dòng)器在內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)自可控的內(nèi)生態(tài)系統(tǒng),即通過(guò)設(shè)計(jì)盡可能減少后續(xù)風(fēng)險(xiǎn),并在使用過(guò)程中對(duì)自身的所有危險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控,將所有可能的危險(xiǎn)消化在制動(dòng)器相關(guān)系統(tǒng)之內(nèi),不會(huì)使危險(xiǎn)擴(kuò)大到電梯系統(tǒng),就更不會(huì)引起傷害事故或財(cái)產(chǎn)損失。
但是,由于種種原因,目前市面上絕大多數(shù)的電梯制動(dòng)器產(chǎn)品,都沒(méi)有遵循本質(zhì)安全的設(shè)計(jì)理念,就造成現(xiàn)有制動(dòng)器存在種種設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和使用風(fēng)險(xiǎn),給電梯系統(tǒng)帶來(lái)不可忽視的安全隱患。
2 現(xiàn)有制動(dòng)器的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)分析
在本質(zhì)安全概念下,電梯制動(dòng)器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮后期的各種風(fēng)險(xiǎn)。然而市面上現(xiàn)有的一些制動(dòng)器, 由于設(shè)計(jì)或制造時(shí)考慮不周或相關(guān)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)不足,而造成了后續(xù)的缺陷和風(fēng)險(xiǎn)。
2.1 制動(dòng)器部件的操作性差引起的風(fēng)險(xiǎn)
在制動(dòng)器設(shè)計(jì)階段太追求功能性,忽略了部件本身的可操作性,為后期的安裝和調(diào)試帶來(lái)了極大的麻煩和風(fēng)險(xiǎn)。
2011年9月,大連某小區(qū)發(fā)生電梯轎廂意外移動(dòng)事故,電梯在開(kāi)門(mén)情況下突發(fā)意外上行,造成乘客在邁入轎廂時(shí)被擠壓身亡。經(jīng)調(diào)查,事故的原因?yàn)橹苿?dòng)器閘瓦間隙調(diào)整不當(dāng),導(dǎo)致制動(dòng)器產(chǎn)生機(jī)械部件卡阻,制動(dòng)瓦不能壓實(shí)制動(dòng)輪(兩者之間有間隙),制動(dòng)器制動(dòng)力矩缺失。
造成上述事故的直接原因是制動(dòng)器關(guān)鍵零部件調(diào)節(jié)不當(dāng)而影響制動(dòng)力矩。造成制動(dòng)器關(guān)鍵零部件調(diào)節(jié)不當(dāng)很重要的原因是現(xiàn)在許多電梯制動(dòng)器的調(diào)節(jié)非常繁瑣(有些甚至無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié) )。在目前非原廠維保情況普遍存在的情況下,維保工人對(duì)所維保制動(dòng)器的原理和構(gòu)造不一定能清楚了解或擁有豐富的相關(guān)調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)。其次,一些曳引機(jī)和制動(dòng)器生產(chǎn)企業(yè)不重視制動(dòng)器的使用和維護(hù),相關(guān)說(shuō)明書(shū)內(nèi)容簡(jiǎn)略粗糙,沒(méi)有辦法指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作。還有一些企業(yè)雖然提供了公開(kāi)的制動(dòng)器使用維護(hù)說(shuō)明書(shū),但內(nèi)容要么晦澀難懂、要么極為復(fù)雜繁瑣。這就造成維保工人在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行維護(hù)和調(diào)節(jié)時(shí),往往依賴自己的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際條件, 隨意、野蠻維護(hù)的現(xiàn)象頻發(fā)。
因此,在電梯制動(dòng)器設(shè)計(jì)階段,在滿足其基本功能需求的基礎(chǔ)之上,還要考慮部件本身的可操作性和可維護(hù)性,并結(jié)合人員素質(zhì)、使用環(huán)境等方面的要求, 充分考慮到安裝和調(diào)試過(guò)程中可能引發(fā)的問(wèn)題。
2.2 制動(dòng)器關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的風(fēng)險(xiǎn)
當(dāng)相關(guān)設(shè)計(jì)工程師經(jīng)驗(yàn)不足或考慮不周時(shí),常常會(huì)出現(xiàn)一些先天不足或自帶風(fēng)險(xiǎn)的電梯制動(dòng)器產(chǎn)品。比如:某些制動(dòng)器使用普通長(zhǎng)螺栓桿作為柱塞水平運(yùn)動(dòng)和制動(dòng)臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳遞部件。在這種結(jié)構(gòu)中,螺桿的受力并不是完全沿其軸向的,還會(huì)受到橫向的剪切力的影響。當(dāng)螺桿尾部的懸臂部分過(guò)長(zhǎng)時(shí),隨著制動(dòng)器的長(zhǎng)時(shí)間使用,螺桿尾部與制動(dòng)臂接觸的根部在壓-剪復(fù)合應(yīng)力作用下,容易疲勞開(kāi)裂。近年來(lái)這種現(xiàn)象已經(jīng)在電梯使用現(xiàn)場(chǎng)被多次發(fā)現(xiàn),如圖2 所示。
某些制動(dòng)器存在磁場(chǎng)設(shè)計(jì)不合理問(wèn)題,磁場(chǎng)不能充分利用,有漏磁現(xiàn)象。電磁制動(dòng)器的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)需要非常深厚的專業(yè)背景和技術(shù)經(jīng)歷,目前相當(dāng)多的制動(dòng) 器設(shè)計(jì)人員缺乏相關(guān)的理論基礎(chǔ),沒(méi)有能力進(jìn)行復(fù)雜 制動(dòng)器磁場(chǎng)的設(shè)計(jì),許多情況下僅僅是抄襲國(guó)外現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)。這就造成某些制動(dòng)器電-磁轉(zhuǎn)換效率不高、磁場(chǎng)發(fā)散且不穩(wěn)定。長(zhǎng)此下去,可能造成電磁力變?nèi)趸蛲鈿ご呕?柱塞鐵芯運(yùn)動(dòng)阻力增大),并最終影響制動(dòng)能力。
2.3 制動(dòng)器重要部件選材不當(dāng)引起的風(fēng)險(xiǎn)
目前國(guó)內(nèi)制動(dòng)器產(chǎn)品除了設(shè)計(jì)水平不高之外,一些企業(yè)還為了節(jié)約成本,在重要部件的選材上動(dòng)腦筋, 偷工減料,導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。
2012年9月上海市松江區(qū)發(fā)生一起由于制動(dòng)器卡阻造成轎廂沖頂?shù)氖鹿剩渲饕蚴侵苿?dòng)器松閘桿采用了容易被磁化的廉價(jià)材料,磁化的松閘桿在線圈電磁力的作用下出現(xiàn)了不應(yīng)有的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),而這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)一方面造成了松閘桿磨損,另一方面可能阻礙了制動(dòng)器鐵芯的運(yùn)動(dòng)。如果最初制造廠家選用不會(huì)被磁化的銅制松閘桿,就不會(huì)出現(xiàn)這種風(fēng)險(xiǎn)。
另外,通過(guò)拆解一些發(fā)生卡阻的制動(dòng)器,發(fā)現(xiàn)相當(dāng)多的制動(dòng)器中的非金屬緩沖墊都受到了不同程度的損傷,嚴(yán)重的甚至完全破碎。這些緩沖墊的碎片,也是造成制動(dòng)器柱塞卡阻的重要原因。因此,緩沖墊材質(zhì)的選擇就顯得非常重要,應(yīng)當(dāng)引起企業(yè)的重視。
3 現(xiàn)有制動(dòng)器的使用風(fēng)險(xiǎn)分析
電梯制動(dòng)器由于設(shè)計(jì)因素引入的風(fēng)險(xiǎn)屬于產(chǎn)品的先天不足,制動(dòng)器的后天使用條件相對(duì)較為惡略,可靠性要求非常高。在本質(zhì)安全概念下,電梯制動(dòng)器在使用時(shí)應(yīng)充分考慮各種風(fēng)險(xiǎn),并對(duì)所有可能反映這些風(fēng)險(xiǎn)特征的物理參數(shù)(包括電氣參數(shù)和機(jī)械參數(shù))進(jìn)行監(jiān)測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)狀態(tài)可能發(fā)生的苗頭,應(yīng)立即通知電梯控制系統(tǒng),及時(shí)停梯。
3.1 電氣環(huán)節(jié)引起的風(fēng)險(xiǎn)
3.1.1 電氣元件損壞
某在用電梯在正常運(yùn)行時(shí)其制動(dòng)器的制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)輪的間隙幾乎為零,有明顯的摩擦現(xiàn)象。通過(guò)空載轎廂上行制動(dòng)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該電梯制動(dòng)器的制動(dòng)能力嚴(yán)重不足。檢查該制動(dòng)器的控制線路,發(fā)現(xiàn)其中的續(xù)流二極管被擊穿,致使續(xù)流電阻與制動(dòng)器線圈并聯(lián)。續(xù)流電阻起分流作用,制動(dòng)線圈雖通電但得電不充分, 產(chǎn)生的電磁力減小,制動(dòng)器閘瓦張開(kāi)不完全,致使制動(dòng)器在電梯正常運(yùn)行時(shí)不能有效開(kāi)閘,制動(dòng)器閘瓦與制動(dòng)輪磨損嚴(yán)重。
電梯系統(tǒng)中與制動(dòng)器緊密關(guān)聯(lián)的電氣元件并不多, 而且制動(dòng)器發(fā)生性能退化后,一般也不會(huì)首先考慮到電氣元件的問(wèn)題,其風(fēng)險(xiǎn)更加隱秘。
3.1.2 吸合和釋放電壓異常
吸合和釋放電壓是電梯制動(dòng)器的重要性能指標(biāo),GB/T 24478-2009《電梯曳引機(jī)》第4.2.2.3條規(guī)定, 制動(dòng)器電磁鐵的最低吸合電壓和最高釋放電壓應(yīng)分別低于額定電壓的80%和55%。某電梯制動(dòng)器最低吸合電壓和最高釋放電壓都符合標(biāo)準(zhǔn)要求,但數(shù)值都偏低。遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值的維持電壓,可能是制動(dòng)器電磁線圈損壞或殼體被磁化的表現(xiàn),在這種情況下,制動(dòng)器發(fā)生誤動(dòng)作或釋放延遲的風(fēng)險(xiǎn)增大。
3.1.3 殼體被磁化
如果在電梯使用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)其制動(dòng)器鐵質(zhì)外殼表面吸附了很多金屬碎屑,并且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后還不能自行脫落,說(shuō)明制動(dòng)器殼體本身在線圈通電時(shí)被磁化, 且線圈失電后,殼體本身的磁力不能很快消失,產(chǎn)生剩磁現(xiàn)象。
這種現(xiàn)象的危害在于:(1)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)向外擴(kuò)散,在同樣的電能輸入下轉(zhuǎn)化為柱塞鐵芯和端蓋的磁吸力變小,松閘力變小;(2)殼體磁化后,有可能使殼體底部與鐵芯另外一端產(chǎn)生吸力,使松閘力進(jìn)一步變小;(3)線圈失電后,如果鐵芯、端蓋或殼體不能快速消磁,則鐵芯與端蓋之間依然保持有吸力,將造成鐵芯復(fù)位阻力增大。
3.2 機(jī)械環(huán)節(jié)引起的風(fēng)險(xiǎn)
電梯制動(dòng)器主要由機(jī)械部件組成,并且制動(dòng)力的實(shí)施效果也是通過(guò)一系列力和位移在不同機(jī)構(gòu)之間的傳遞中實(shí)現(xiàn)的,因此制動(dòng)器機(jī)械環(huán)節(jié)中的使用風(fēng)險(xiǎn)很多。
3.2.1 制動(dòng)器柱塞的機(jī)械延遲
某電梯制動(dòng)器釋放過(guò)程的響應(yīng)時(shí)間滿足GB/T 24478-2009第4.2.2.3條的規(guī)定,即制動(dòng)器制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)大于0.5s。但是,如果制動(dòng)器釋放響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),則可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)是:不能及時(shí)抱閘,緊急制停時(shí)尤其危險(xiǎn)。同時(shí),現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有給出有關(guān)吸合過(guò)程響應(yīng)時(shí)間的要求,但如果該值遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值的話,則有可能造成曳引機(jī)的短時(shí)帶閘運(yùn)行,加速制動(dòng)器閘瓦/塊的磨損。
3.2.2 制動(dòng)器柱塞的機(jī)械卡阻
當(dāng)制動(dòng)器柱塞的機(jī)械運(yùn)動(dòng)發(fā)生嚴(yán)重的延遲時(shí),就很可能引起機(jī)械卡阻。吸合過(guò)程的卡阻可能造成曳引機(jī)帶閘運(yùn)行,同時(shí)加速制動(dòng)器閘瓦/塊的磨損;釋放過(guò)程的卡阻可能造成制動(dòng)力不足甚至失效。
3.2.3 制動(dòng)器兩邊機(jī)械動(dòng)作不同步
現(xiàn)在的制動(dòng)器機(jī)械動(dòng)作部件大都為兩組設(shè)置,即左右各有一個(gè)柱塞。當(dāng)其中的一個(gè)柱塞動(dòng)作發(fā)生延遲時(shí),就造成了制動(dòng)器兩邊機(jī)械動(dòng)作不同步。此時(shí),在 制動(dòng)器動(dòng)作時(shí),可以明顯地聽(tīng)到兩聲“啪嗒”聲。
吸合過(guò)程的不同步可能造成曳引機(jī)帶閘運(yùn)行,同時(shí)加速制動(dòng)器單側(cè)閘瓦/塊的磨損;釋放過(guò)程的不同步可能造成制動(dòng)力不足,同時(shí)加速制動(dòng)器單側(cè)閘瓦/塊的磨損。
3.2.4 間隙調(diào)節(jié)不當(dāng)
制動(dòng)閘瓦/塊與制動(dòng)輪/盤(pán)工作面之間的間隙直 接影響到制動(dòng)力矩的作用效果。間隙過(guò)大,噪聲較大, 制動(dòng)力可能不足;間隙過(guò)小,易發(fā)生帶閘運(yùn)行,摩擦過(guò)大。因此,間隙的調(diào)整應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)要求, 絕對(duì)不能隨意調(diào)節(jié)。
某事故現(xiàn)場(chǎng),某品牌永磁同步曳引機(jī)內(nèi)部磁鋼片大面積脫落。經(jīng)檢查,該曳引機(jī)為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),外轉(zhuǎn)子內(nèi)部貼磁鋼片,外部作為制動(dòng)輪。為了降低噪聲, 維保人員將制動(dòng)鼓與制動(dòng)輪的間隙調(diào)節(jié)得過(guò)小,曳引機(jī)常常處于帶閘運(yùn)行狀態(tài),造成外轉(zhuǎn)子過(guò)熱,磁鋼片膠水失效,磁鋼片脫落。
3.2.5 制動(dòng)界面受到污染
電梯制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力矩,直接來(lái)源于制動(dòng)閘瓦/塊與制動(dòng)輪/盤(pán)工作面之間的界面摩擦。在正壓力一定的情況下,摩擦系數(shù)的變化會(huì)對(duì)制動(dòng)力矩產(chǎn)生顯著的影響。而現(xiàn)有大多數(shù)電梯制動(dòng)器的制動(dòng)輪/盤(pán)工作面都是暴露在外的,在相關(guān)維保操作不當(dāng)時(shí),極易受到污染。
2013年5月15日深圳某大廈乘客被電梯夾死的事故的直接原因,就是因?yàn)檫`規(guī)使用潤(rùn)滑油所致,導(dǎo)致制動(dòng)界面污染。
3.2.6 其它
傳統(tǒng)鼓式制動(dòng)器機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,傳動(dòng)部件很多, 任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題,都有可能對(duì)其制動(dòng)能力造成影響。
某臺(tái)電梯發(fā)生了傷人事故,在對(duì)電梯曳引機(jī)進(jìn)行外觀檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)該臺(tái)電梯制動(dòng)器制動(dòng)臂的一個(gè)銷軸脫出,電梯制動(dòng)失靈。
4 本質(zhì)安全概念下電梯制動(dòng)器減低風(fēng)險(xiǎn)的措施
針對(duì)由于制動(dòng)器缺陷而引起的電梯事故頻發(fā)的問(wèn)題,在持續(xù)提高制動(dòng)器相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量的基礎(chǔ)之上,應(yīng)在制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和使用環(huán)節(jié)引入新的安全理念,進(jìn)一步提高制動(dòng)器整體的安全性和可靠性。
4.1 制動(dòng)器設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的降低措施
4.1.1 全生命周期設(shè)計(jì)
生命周期設(shè)計(jì)又稱生態(tài)設(shè)計(jì),它是從產(chǎn)品性能、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)可行性的角度,考慮產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全生命周期,包括產(chǎn)品設(shè)計(jì),原材料的提取,產(chǎn)品的制造、包裝、銷售、安裝、使用、維護(hù),以及用后的回收與處置全過(guò)程。即在電梯制動(dòng)器的設(shè)計(jì)階段,將制動(dòng)器從設(shè)計(jì)到報(bào)廢處置的整個(gè)生命周期內(nèi)所有可能涉及的風(fēng)險(xiǎn)因素都預(yù)先考慮清楚并提前制定相應(yīng)的解決方案。
4.1.2 考慮人類工效學(xué)
人類工效學(xué)是根據(jù)人的心理、生理和身體結(jié)構(gòu)等因素,研究人、機(jī)械、環(huán)境相互間的合理關(guān)系,以保證人們安全、健康、舒適地工作,并取得滿意的工作效果的機(jī)械工程分支學(xué)科。人類工效學(xué)還強(qiáng)調(diào)人有產(chǎn)生錯(cuò)誤行為的可能性,良好的人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)有助于減少操作人員失誤的客觀因素,并有利于預(yù)防和減少由于主觀因素或社會(huì)性因素造成的失誤。
在電梯制動(dòng)器設(shè)計(jì)方面,考慮人類工效學(xué)可以使制動(dòng)器的安裝、調(diào)節(jié)和維保等工作更加人性化,減少由于相關(guān)人員的素質(zhì)差異而引起的調(diào)節(jié)不當(dāng)或誤操作。
4.1.3 免維護(hù)或少維護(hù)設(shè)計(jì)
在電梯制動(dòng)器設(shè)計(jì)和制造時(shí),將一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全固定,而外殼采用一次性永久封裝的方式。制動(dòng)器在安裝使用時(shí),只需通過(guò)預(yù)留的接口元件與電梯相關(guān)系統(tǒng)對(duì)接。調(diào)節(jié)部件少而簡(jiǎn)單,使用現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需也無(wú)法打開(kāi)外殼對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行維護(hù)。貫徹免維護(hù)或少維護(hù)設(shè)計(jì)理念的制動(dòng)器產(chǎn)品,可以減少環(huán)境因素對(duì)于制動(dòng)器的影響,也避免了由于維保人員的素質(zhì)因素而可能產(chǎn)生的維保不足或野蠻維保問(wèn)題。
4.1.4 部件和整機(jī)的可靠性測(cè)試
可靠性試驗(yàn)是提早發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器設(shè)計(jì)缺陷和選材缺陷的重要手段。GB/T 24478-2009要求制動(dòng)器應(yīng)組裝在曳引機(jī)上,在電機(jī)處于靜止的狀態(tài)下,進(jìn)行周期不小于5s的、連續(xù)不間斷的、不少于200萬(wàn)次的動(dòng)作試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中不應(yīng)進(jìn)行任何維護(hù),試驗(yàn)結(jié)束后,其吸合和釋放電壓、制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間等性能指標(biāo)仍能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。TSG T7007-2016《電梯型式試驗(yàn)規(guī)則》也要求,型式試驗(yàn)樣梯 ( 曳引或強(qiáng)制驅(qū)動(dòng) ) 要進(jìn)行6萬(wàn)次的連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)。
制動(dòng)器相關(guān)企業(yè)除應(yīng)該滿足標(biāo)準(zhǔn)要求之外,還應(yīng)針對(duì)重要部件進(jìn)行更加嚴(yán)格的可靠性測(cè)試,以保證在各種使用環(huán)境下,制動(dòng)器都能保持足夠的可靠性。
4.2 制動(dòng)器使用風(fēng)險(xiǎn)的降低措施
4.2.1 使用冗余部件
冗余指重復(fù)配置系統(tǒng)的一些部件,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),冗余配置的部件介入并承擔(dān)故障部件的工作, 由此減少系統(tǒng)的故障時(shí)間。現(xiàn)行電梯標(biāo)準(zhǔn)要求制動(dòng)器的電氣和機(jī)械部件都要滿足兩組配置,就是貫徹了冗 余的思想。
4.2.2 增加內(nèi)部監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目和參數(shù)
絕大多數(shù)的電梯制動(dòng)器安全性能失效(即制動(dòng)力不足或完全喪失)是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程,在發(fā)生足以引起電梯事故的嚴(yán)重失效之前,制動(dòng)器可能早已經(jīng)處于一種超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)期的非正常的工作狀態(tài),特別是某些特征物理參數(shù),如:溫度、電壓、電流、力、電磁特性、物理間隙等,可能已經(jīng)超標(biāo)。如能對(duì)這些物理特征參數(shù)實(shí)施有效的監(jiān)測(cè),同時(shí)明確非期望狀態(tài)或危險(xiǎn)狀態(tài)的界定或閾值,做到危險(xiǎn)狀態(tài)的及時(shí)診斷,就能實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的掌控,降低傷害事故發(fā)生的概率。
4.3 制動(dòng)器風(fēng)險(xiǎn)降低的外部措施
除增強(qiáng)電梯制動(dòng)器自身的安全性和可靠性之外, 降低由于制動(dòng)器的缺陷而引發(fā)的電梯故障或事故風(fēng)險(xiǎn)的另一種可能的途徑是增加外部的輔助保護(hù)環(huán)節(jié),如封星、附加制動(dòng)器等。不過(guò)這已經(jīng)不屬于制動(dòng)器本質(zhì)安全的范疇。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述,制動(dòng)器在電梯系統(tǒng)中的重要地位和多功能的用途,決定了制動(dòng)器本身的安全性和可靠性是整個(gè)電梯系統(tǒng)安全性和可靠性的核心指標(biāo)之一。目前頻發(fā)的電梯事故,也從某種程度上反映了現(xiàn)有制動(dòng)器在設(shè)計(jì)和使用當(dāng)中存在種種不足。為降低制動(dòng)器系統(tǒng)的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn),減少由于制動(dòng)器因素而引發(fā)的電梯事故或故障,在制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和使用環(huán)節(jié)引入新的安全理念是非常必要的。本文中以現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)或事故實(shí)例引出的風(fēng)險(xiǎn)分析為依據(jù),力圖將本質(zhì)安全的思想和基本理論同傳統(tǒng)電梯制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和使用結(jié)合在一起,希望能起到拋磚引玉的作用,推動(dòng)制動(dòng)器相關(guān)生產(chǎn)單位進(jìn)一步提升電梯制動(dòng)器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造水平,為社會(huì)提供更加安全和可靠的電梯制動(dòng)器產(chǎn)品。
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