盧咸定，周葉平，蘭清生，汪有韜

（江西省檢驗檢測認(rèn)證總院特種設(shè)備檢驗檢測研究院，南昌 330052）

根據(jù)2021年全國特種設(shè)備安全狀況的通告：截至2021年年底，全國在用電梯達879.98萬臺，其中至少60%（約528萬臺）的電梯為曳引驅(qū)動電梯，曳引驅(qū)動電梯是靠曳引輪與懸掛轎廂與對重的鋼絲繩的摩擦力，通過電機帶動曳引輪轉(zhuǎn)動使人們乘坐的轎廂上下移動。電梯對重是電梯曳引系統(tǒng)的一個組成部分，其作用是平衡轎廂的重量[1-2]。位于轎廂的另一邊，通過曳引鋼絲繩連接到轎頂上。對重在電梯曳引系統(tǒng)起到節(jié)能作用，因為在配重前理論計算使電梯載重最優(yōu)化。對重主要由對重架、對重鐵、對重反繩輪、輪軸、輪軸卡板、橫板、防塵罩及防跳繩裝置等組成，如圖1所示，對重反繩輪通過輪軸固定在對重架的橫板上，輪軸與對重反繩輪間共有2個滾動軸承相連接，通過輪軸卡板頂住輪軸卡槽防止輪軸在橫板的軸孔上旋轉(zhuǎn)，輪槽卡板用2個螺栓固定在橫板上[3-4]。

由圖1的結(jié)構(gòu)可知，對重反繩輪軸一旦斷裂，曳引鋼絲繩將從對重架中脫落，導(dǎo)致轎廂發(fā)生墜落的風(fēng)險，可見對重反繩輪軸是電梯安全運行重要的部件，本文從一起電梯對重反繩輪軸斷裂失效的案列出發(fā)，通過宏觀分析、硬度測試、金相檢測和掃描電鏡（SEM）等手段分析其斷裂原因，提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

圖1 對重反繩輪軸結(jié)構(gòu)圖

1 故障概況

故障情況：2021年8月16日某小區(qū)20#樓1名乘客從29層進入該電梯（曳引驅(qū)動乘客電梯），預(yù)備乘電梯至1樓，當(dāng)電梯運行至8樓時轎廂快速墜落，限速器動作，觸發(fā)安全鉗動作，電梯轎廂制停在4—5樓之間，可推測電梯運行至8樓時對重反繩輪軸（以下簡稱“反繩輪軸”）突然斷裂，導(dǎo)致未脫槽的鋼絲繩從反繩輪中脫出，轎廂與對重失去連接，轎廂和對重同時往下墜落。該乘客被關(guān)在電梯轎廂中，所幸乘客沒有受到傷害。故障發(fā)生后，將反繩輪軸拆卸下來進行了詳細(xì)的故障分析。

2 故障現(xiàn)場勘查

經(jīng)查閱該電梯制造廠家提供的資料及現(xiàn)場確認(rèn)：反繩輪軸所用材料為正火態(tài)45#鋼，硬度要求HB156-228（相當(dāng)于HV165～240）。鋼絲繩硬度參考指標(biāo)為HV460～490、抗拉強度大于等于1770 N/mm2、破斷力大于等于33.2 kN。掛板原材料為Q235，硬度參考指標(biāo)為HB120～180（相當(dāng)于HV125～190）。現(xiàn)場進行勘查時發(fā)現(xiàn)，反繩輪傾斜且輪軸斷裂，如圖2（a）所示，對重框變形、部分對重塊脫落；對重緩沖器和對重防護欄被壓壞，補償鏈被對重塊壓住，如圖2（b）所示。

圖2 反繩輪軸斷裂后現(xiàn)場照片

圖3為反繩輪輪軸的宏觀照片。圖3（a）為未斷側(cè)輪軸的側(cè)面圖，經(jīng)過測量輪軸外表面到軸根部的長度為41.3 mm。圖3（b）為斷側(cè)輪軸的正面圖，可看出2部分?jǐn)嗫谥睾闲粤己?，?jīng)過測量輪軸外表面到軸根部的長度為32.1 mm。比較圖3（a）中未斷側(cè)輪軸的長度和圖3（b）斷側(cè)輪軸的長度可知，相差9.2mm，稍大于鋼絲繩直徑8mm。圖3（c）為斷側(cè)輪軸的側(cè)面圖，可看出2部分?jǐn)嗫谥睾闲圆皇呛芎?，這是凹槽內(nèi)邊緣嚴(yán)重變形導(dǎo)致的，去除這部分變形2部分?jǐn)嗫趯嶋H上重合性也挺好[5-7]。圖3（d）為斷側(cè)輪軸底部的側(cè)面圖，可看到輪軸表面上存在一點點磨光的痕跡，但邊緣輪廓立體、清晰完整。圖3（e）為鋼絲繩磨穿輪軸的痕跡，為了比對輪軸上的磨損痕跡和掛板上的磨損痕跡是否對得上，只能把掛板反著放去觀察，從磨損的痕跡上看是吻合的，若把掛板正著放的話磨痕會更吻合。圖3（f）為遠離反繩輪的輪軸外側(cè)斷口，從中也可看到疲勞斷裂特征，疲勞源靠近凹槽表面，在斷口稍高區(qū)域也可看到鋼絲繩的磨損痕跡[5]。

圖3 反繩輪輪軸的宏觀照片

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 反繩輪輪軸金相組織分析

圖4為反繩輪輪軸的金相組織照片。由圖4可知反繩輪輪軸的金相組織為鐵素體+珠光體。

圖4 反繩輪輪軸金相組織照片

圖5 為反繩輪輪軸的金相組織SEM形貌照片，從圖5中可清晰看出珠光體的層片狀結(jié)構(gòu)。

圖5 反繩輪輪軸金相組織SEM形貌照片

3.2 反繩輪輪軸成分分析

圖6為反繩輪輪軸的能譜成分分析結(jié)果。由圖6可知，其能譜分析只檢測到Fe元素，未檢測到其他雜質(zhì)元素。表1為反繩輪輪軸的碳硫分析結(jié)果，可知其碳含量為0.49%，在45#鋼碳含量（0.42%～0.50%）范圍內(nèi)。

圖6 反繩輪輪軸能譜成分分析結(jié)果

表1 反繩輪輪軸碳硫分析結(jié)果

3.3 反繩輪輪軸顯微硬度分析

表2為反繩輪輪軸的顯微硬度測試結(jié)果，其顯微維氏硬度為175HV0.5，符合其硬度要求HB156～228（相當(dāng)于HV165～240），但有點偏下限。

表2 反繩輪輪軸顯微硬度測試結(jié)果

3.4 反繩輪輪軸斷口分析

圖7為鋼絲繩與反繩輪輪軸斷口的摩擦形貌照片。圖7（a）為圖3（f）中標(biāo)注的鋼絲繩磨損痕跡的形貌照片，可看出磨痕形貌與鋼絲繩的形狀吻合得很好。圖7（b）為圖7（a）中圓圈區(qū)域放大的形貌，可看出磨痕梨溝區(qū)域光滑平整，這是鋼絲繩與輪軸嚴(yán)重磨損導(dǎo)致的。圖7（c）為輪軸底部邊緣區(qū)域磨損痕跡的形貌照片，可看出2個方向上的磨痕，一種是繞輪軸圓周方向的磨痕，這個是鋼絲繩與輪軸磨損時留下的。

圖7 鋼絲繩與反繩輪輪軸斷口的摩擦形貌照片

4 結(jié)論及預(yù)防措施

（1）試驗結(jié)果表明反繩輪輪軸的材質(zhì)、金相組織和硬度均滿足要求。

（2）反繩輪輪軸斷口中有疲勞和磨損的特征，其斷裂主要是由使用過程中造成的疲勞和鋼絲繩對輪軸磨損共同導(dǎo)致。

（3）該電梯發(fā)生故障的原因是鋼絲繩從反繩輪中脫槽，鋼絲繩繞著反繩輪軸一直摩擦運行，最終導(dǎo)致了反繩輪軸的疲勞斷裂。

（4）反繩輪輪軸在電梯日常維護保養(yǎng)過程中應(yīng)重點檢查鋼絲繩是否存在反繩輪脫槽現(xiàn)象，反繩輪防脫槽裝置是否有效。