反思电梯事故频发原因.doc

反思电梯事故频发原因来和大家一起反思电梯事故频发原因，说及电梯下坠事故的原因，最有“道理”的关键词有四个：突然停电、超载、制动器失效、乘客违章操作。 如果你再追问“道理”何在，答案无非是诸如“维保不到”“监管不力”之类放诸四海而皆准的词语，甚至归咎于乘客对电梯“不了解”；你休想看到诚心诚意的、实事求是的、有理有据的、有专业水准的分析。 本文也许可以满足你的好奇，如果你并不在乎“精辟”的话。 笔者陋识，难以做到“精辟”，抱歉。不过笔者的议论当属非同寻常，你的疑问将得到开释。 （一）关于电梯安全的奇谈怪论和所谓“违章操作” 有某电梯公司工程部负责人说：“安全使用电梯的前提是要充分了解电梯”对电梯必须“了解”，还要“充分”，这是安全使用电梯的“前提”。 还有某电梯公司售后服务部部长开了一个“电梯知识讲堂”，这样教训我们：“很多人都认为之所以会有电梯故障，就是因为电梯质量不合格，其实不然”，“引发电梯故障的原因有很多，但常规原因也就那么几点，差不多都是人为因素”，“大部分人对于电梯还是不甚了解的，也就是因为这些不了解，引发了许多电梯故障”。 两位行家说出了一个“道理”：大众无知导致电梯下坠！ 天啊，原来那些被电梯下坠事故杀死的、致伤致残的、致昏致呆的、被吓到“以后不敢乘电梯”的人竟然是因为自己对电梯“不了解”或了解不“充分”！怪谁？活该！谁叫你使用电梯之前不参加尊部长的“电梯知识讲堂”学习班。 警告：“大部分人”没有资格使用电梯！ 还有一些怪论。有人比较乘电梯和乘飞机哪样更安全，也有人比较乘电梯和爬楼梯哪样更安全，更有人拿“小机率事件”来说事。他们沾沾自喜于现有安全技术，不思进取，视乘客安全为儿戏死人伤人只不过是小机率，吓你一惊算得了什么！ 有消息称，“近年电梯事故中，违章操作占62.7%”。多么可怕的数据！原来，大多数情况下，是乘客自己跳进灾难的深渊！ 不过，“62.7%”这个数字实在大得“不像”，令人生疑。是不是有人为了搪塞责任，故意制造“莫须有”？ 在诸多电梯下坠事故案例中，不少事故原因调查结论都认为是“超载”，这就是所谓“乘客违章操作”了。然而，当你实事求是地分析事故原因时，你就会发现“超载”只不过是表面现象，是间接原因；直接原因是制动器失效，或者限量系统失灵。这对于电梯制造商、电梯维保部门、电梯营运监管部门，无疑是一件丑事，掩饰唯恐不及，“乘客违章操作”就成了俯拾即是的借口。 除了“超载”这项“违章操作”外，还有其它事项属于“违章操作”吗？在那位开“电梯知识讲堂”的部长眼里，引发电梯故障的原因“差不多都是人为因素”。可是，真正因乘客“违章操作”而引发电梯故障的事例却很少见诸媒体。显然，乘客无端背上了“莫须有”的罪名。 如果真的有那么多的“违章操作”，那么，电梯设计师是不是应该检讨一下，你的设计为什么要给乘客留下那么多的“违章操作”的机会呢？而且轻易就让乘客“中招”呢？如果说不是设计制造质量问题，说得过去吗？电梯设计师似乎存在这样一个观念：乘客必须服从我的设计。主从关系完全颠倒了。 有一单令人啼笑皆非的案例，2011年12月28日发生在宁波。乘客因天气冷在轿厢里跺了几下脚，“蹦跳了几下”，竟然将电梯跺坏了，“电梯钢丝绳脱槽绞在一起，电梯突然从九楼下降至三楼并停止运行”。请问制造商和维保部门，这部电梯为何如此脆弱，以至钢丝绳会脱槽？要使钢丝绳不脱槽不是轻而易举的是事吗？为什么不做？你有理由指责乘客“调皮捣蛋”，但没有理由推卸责任。 （二）现存制动器的痼疾先“动”后“制” 电梯以及自动扶梯都装有制动器，意图防止电梯下坠，防止自动扶梯逆行。 什么是制动器？“制动”，顾名思义就是“制止运动”：“制止”进行着的“运动”，使它停下来或降低速度；“制止”刚发生的“运动”，不让它延续下去。那么，能不能“制止”即将发生的“运动”呢？不能！现存的制动器，无论什么形式，都是先有“动”才去“制”，无一例外。 事实上电梯扶梯使用的制动器并不能正真防止电梯下坠、扶梯逆行，只是在下坠、逆行发生之后才实施制动，充其量阻止下坠、逆行延续而已；与其叫做“制动器”，不如叫做“阻动器”。 这是包括电梯、扶梯制动器在内的所有现存制动器的痼疾。 先“动”后“制”有什么问题？ 试想一下：电梯正在上行，突然断电，制动器立即实施制动，有三种可能的结果。（1）轿厢里乘客只有一两个三几个，轿厢的重力少于对重的重力。这时制动器的作用结果是制止了电梯上窜。（2）轿厢里乘客不多，轿厢的重力稍大于对重的重力，由于惯性的作用，断电后轿厢仍保持上升运动，但减速。这时制动器的作用结果是在电梯上升速度尚未降低至零的时候制停了曳引机，但电梯上升运动尚未停止，等到电梯上升速度降低至零的时候，悬吊轿厢的钢丝绳处于松弛状态，随后，钢丝绳由松弛状态变为绷紧状态，轿厢发生少许下坠（乘客会感觉到撴一下），不过由于制动器已经制动成功，电梯下坠也得到制止。（3）轿厢里人多，轿厢的重力驱使电机骤停，制动器尚未成功制动，电机就反转了，下坠发生了（先“动”）。等到制动器成功制动（后“制”），电梯已经下坠了一段距离。乘客即使不受伤，也受到惊吓。注意，上面三种结果是在假设制动器没有失效的条件下实现的。如果制动器失效或者效能缺损呢？结果就可能是伤亡事故。我们必须警惕第三种结果，这种结果是制动器先“动”后“制”的特性造成的。 再想一下：载满乘客的电梯正在下行，突然断电，曳引机失去动力，轿厢不受曳引机的牵制，由正常下行变为下坠（先“动”），制动器即刻实施制动（后“制”），结果有两种可能。（1）如果制动器没有失效，就制停了电梯。这是理想的结果。（2）如果断电后立即回复通电，制动器的制动动作尚未完成就通电张开，解除制动，轿厢继续下坠，曳引机通电恢复转动后的转动方向正好与轿厢下坠相适应，产生助长下坠的效应下降，但此时的“下降”并非正常的“下行”，等到曳引机恢复对轿厢的控制，轿厢的下降已经脱离了既定的运行程序，事故终于发生。第二种结果也是制动器先“动”后“制”的特性造成的。 所谓先“动”后“制”，就是说，事故最初阶段已经开始了，然后企图制止事故延续。这似乎很合理的：如果事故不发生，还须要去制止吗。 笔者却有另类的、与众不同的想法：不是先“动”后“制”，而是将事故制止在事故发生之前，还有事故吗？ “将事故制止在事故发生之前”，这句话似乎有逻辑上的缺陷：将事故制止在事故发生之前，就没有事故；“没有事故”，又何来“事故发生”呢。 不可思议吗？的确不可思议。 撇开这句话逻辑上的缺陷，把它作为新型制动器的设计理念，那就非同小可了：新型制动器竟然可以“虚拟事故发生”，然后“事先”制止事故，最终没有事故。 所谓“虚拟事故发生”，其实就是感应到可能发生事故的先兆。当先兆一出现，新型制动器就立刻发挥其强力制止事故的功能，使“先兆”不会成为事实，实现“制止将要发生的运动”。这就是新型制动器区别于现存制动器的根本所在。 新型制动器叫做“捉放式制动器”。 （三）现存制动器的致命伤通电放开断电制动 电梯扶梯现存制动器在性能方面有一个特点，那就是“通电放开断电制动”，即通电时制动爿和被制动爿分离（放开），不制动，断电时两爿接合，实施制动。对于一般机械，这个特点就是优点，因为一方面操作方便，另一方面停车时防止溜车。但对于电梯、自动扶梯，这个特点却是一个致命伤。为什么？试想一下：假如电梯下坠、自动扶梯逆行刚发生，制动器就应该赶快实施制动，令机器停止运行，但是，如果此刻电源还通着，制动器放开，不工作，放任事故延续、扩展，制动器就形同废物。 2011年7月5日发生在北京的自动扶梯逆行事故，就是一个典型的例子。在这次事故中，驱动主机因为固定零件损坏，发生位移，驱动链条脱落，梯级逆行，但电气控制系统“不知道”逆行事故已经发生，没有切断制动器的电源，制动器还通着电，呆呆的，不制动，酿成了惨重的恶果。同样的事故2010年12月14日发生在深圳。 上面的例子是“没有切断电源”惹的祸，下面的例子是“断电后恢复通电”惹的祸。 那是2011年8月3日发生在山东淄博的电梯下坠事故。这次事故的原因是“瞬时断电”。瞬时断电就是断电后立即恢复通电。据报道，该电梯在19层发生过断电事故，来电后电梯滑落到了负二层，“停电非常突然，瞬间又来电”。为什么瞬时断电会导致电梯下坠呢？笔者分析：电梯是机电一体化的设备，电气系统对信号的反应比较灵敏，机械系统对信号的反应比较迟缓。当发生“瞬时断电”时，机械系统还来不及作出完整的反应，就恢复通电，就有可能致使电梯运行程序紊乱。具体地说，发生断电，制动器立即制动，但就在制动动作还未完成时，下坠已经发生了（电机转子惯性以及轿厢、对重惯性致使下坠）此时又恢复通电，制动器重新放开（惹祸了）电机同时重新启动，但电机的转动方向正好与轿厢下坠方向相适应，产生“助长”下坠的效应下降，但此时的“下降”并非正常的“下行”，已经脱离了既定的运行程序，事故终于发生。 上面“瞬时断电”事故发生在电梯下行时，有没有在电梯上行时发生“瞬时断电”事故呢？未见报道。不过，不妨设想一下：上行的轿厢里挤满了人（重载）突然断电，制动器立即实施制动，可是动作慢，来不及将电梯制停轿厢重力驱使电机骤停（因为电机失去电力），然后反转，电梯开始下坠此时，制动器虽然接合了，但制动爿和被制动爿之间的摩擦是动摩擦，而动摩擦的摩擦系数小，制动器的制动力矩也就小，不足以制停刚刚开始的下坠，因为这时制动器的负荷不仅是轿厢的重力，还要加上轿厢下坠的惯性力（即通常所说的冲力）就在此刻，电源又接通了，制动器重新放开（惹祸了），不再制动电机通电重新启动，但电机的驱动力不足以抵抗轿厢的重力和轿厢下坠的惯性力，以至被堵停，随后被反方向驱动，事故终于发生。 由此可见，无论电梯下行还是上行，“瞬时断电”都有可能引发电梯下坠事故；都是祸起“通电张开”。 （四）现存制动器的死穴受制于电气控制系统 用于电梯、自动扶梯的制动器存在着一个“合理”的缺点，那就是制动器附设了一套电气控制系统，并且成为与整机系统紧密联系而不可分的一部分。附设控制系统本来是很必要很自然的。但问题在于其“自动化”；在当今技术领域有一个怪现象，自动化程度越高，故障源就越多，控制系统俨然成为故障源的渊薮，甚至成为制造故障的罪魁祸首。就这样，制动器的可靠性受制于电气控制系统，存在着安全隐患就不可避免；控制制动器的电路一旦发生故障，或者整机电气控制系统故障、失灵，制动器就受到牵连，可能会“坐视不理”，或效能降低，任由安全事故发生、扩展。从见之于媒体的电梯下坠、自动扶梯逆行事故看来，在许多案例中电气控制系统扮演了“祸首”或“帮凶”的角色。 企图通过“改良”现存制动器的电气控制系统来防止电梯下坠、扶梯逆行，那是徒劳的，徒然增加故障源、平添隐患而已。企图设法“侦测”制动器是否失效，然后采取补救措施来避免电梯下坠、扶梯逆行，无异于江心补漏。 要真正防止电梯下坠、扶梯逆行，只有彻底摆脱电梯扶梯固有的电气系统的控制或牵连，舍此别无他法。 “捉放式制动器”就是为彻底摆脱电气系统的控制或牵连而设计的。 （五）现存制动器不适应电梯的负载性质 “瞬时断电”可能引发电梯下坠事故，这恐怕是电梯设计师们始料不及的。为什么这样说？这是因为现存的所有制动器，无论什么型式，本来就不是为电梯而设计的（在电梯出现之前这些制动器就已经存在），它们只是通用于一般机械。将通用型的制动器应用于特定的设备、具有复杂负载性质的电梯上，能适应吗？ 电梯负载的性质太复杂了：（1）电梯上行时，负载不仅仅是曳引机的负载（可能堵停电机），而且又是反向驱动的动力（可能导致电机反转）；（2）电梯下行时，负载变成了“负”的载荷，成为下行的动力，使曳引机的功能由“曳引”变成“制动”；（3）电梯停止时，负载不再是曳引机的负载，而是制动器的负载；（4）电梯的负载不仅只有轿厢，还有对重，两者综合作用的结果使得负载方向反复无常；（5）制动器的负载不仅是轿厢和对重的重力，还有与诸多因素（重力大小、运动方向、运动速度、对启动制动平稳性的要求等）有关的、飘忽不定的惯性力。 对于如此复杂的负载性质，却鲜见专门针对电梯用制动器的设计理论，也就鲜见专门用于电梯的制动器产品；电梯所用的制动器都是普通机械常用的制动器，不可能适应电梯复杂的负载性质；有号称“电梯专用制动器”的，其实也是“万变不离其宗”；所谓“电梯专用”，只不过是广告词而已。 （六）抱闸式制动器的机械性失效 电梯、扶梯现存制动器可能有多种类型，但可以肯定绝大多数是抱闸式制动器。 抱闸式制动器的被制动爿是一个圆轮，工作面是圆柱面。制动爿是两件相对于上述圆轮中心对称安装的闸瓦，工作面是与上述圆柱面相配的圆弧面。在垂直于圆轮轴线的平面上，闸瓦的投影图形是一个轴对称图形。两件闸瓦分别与两根操纵杆（杠杆）链接，并由操纵杆操纵张合。张闸力由电磁铁提供，合闸力由强力压缩弹簧提供。当电磁铁断电，闸瓦在弹簧的作用下合拢，抱住圆轮，借助摩擦力实现制动；当电磁铁通电，闸瓦在电磁铁吸力的作用下张开，解除制动。这是抱闸式制动器的机械原理。 在理想状态下，闸瓦圆弧半径与圆轮的半径相等，以保证闸瓦圆弧面与圆轮圆柱面接触良好。当闸瓦抱紧圆轮，而圆轮轴上没有负荷（扭矩），两爿工作面之间的接触应力（正应力）呈两端对称。当圆轮轴上有负荷，圆轮就存在转动的趋势，两爿工作面之间就存在切向摩擦力。总的摩擦力对闸瓦产生一个附加的力矩，在这个力矩的作用下，两爿工作面之间的接触状态和接触应力分布状态发生极大的改变，闸瓦前端（圆轮工作面进入或可能进入的那一端）接触应力较大，后端（圆轮工作面退出或可能退出的那一端）接触应力较小。如果两爿工作面之间有相对运动，闸瓦的工作面就有不均匀的磨损，前端磨损厉害，后端磨损较少。两端的磨损量悬殊，以至闸瓦工作面的几何形状遭到破坏，再也不是圆弧面，两爿工作面之间接触状况就变得十分恶劣。如果圆轮的转动方向不改变，两爿工作面之间的接触状况可能会因为“跑合”而得到部分弥补。然而，不幸的是，圆轮的转动方向频繁反复变化（这是电梯制动器的工况特点），结果不能“跑合”，只会“跑离”，两爿工作面之间的接触状态和接触应力分布状态越来越差。随着使用时间的延续，可能会出现闸瓦前端接触紧密而后端接触虚浮甚至完全不接触的现象（这种现象可能导致制动力脉冲、轿厢抖动），最终制动效能崩溃。这就是抱闸式制动器失效的机理，是不适应电梯复杂负载性质的原因。 抱闸式制动器以这样的方式失效，就是机械性失效。 对于机械性失效，要想修复，必须更换或重新加工闸瓦；只是调整一下间隙，那是无济于事的。要重新加工，不一定要送到机械厂，在现场刮配也可以，如果维修工的技术够高的话。 机械性失效是抱闸式制动器的机械原理及工况特点造成的，要想从结构设计方面克服这个缺陷是不可能的，除非脱胎换骨地摒弃其机械原理。 可见，抱闸式制动器是不适宜用于电梯的。 不用抱闸式制动器，用什么？就应该用“捉放式制动器”。 （七）实现电梯安全技术突破性进展的必由之路 电梯、扶梯现存制动器不可靠，是导致电梯下坠、扶梯逆行事故频频发生的主要原因。 现存制动器有两个根本性的缺陷，一是自身容易失效（机械性失效），二是受制于电气系统。任一个缺陷都会导致电梯下坠、扶梯逆行。尤其是第二个缺陷，其危险性更应引起注意。如果第一个缺陷是主犯，那么第二个缺陷就是帮凶；如果第二个缺陷是主谋，那么第一个缺陷只是胁从。 对于第一个缺陷，由于现存制动器在机械原理方面是那么原始，在机械构造方面又是那么经典，纵然形式多样，实属万变不离其宗；而电梯负载性质又是那么复杂，对现存制动器的适应性出了一道几近无解的难题，要改进吗，似乎已经到了山穷水尽的地步。 对于第二个缺陷，由于现存制动器有一个“通电放开断电制动”致命伤，不能不受电气系统控制或牵连；而电气系统本身又存在那么多的故障源和故障隐患，要改进吗，也是山穷水尽。 面对这两个缺陷，电梯设计师们能够做的只是徒叹奈何！ 不过，有人采取回避策略，企图不触及这两个缺陷而实现电梯安全技术的“重大突破”。然而，“突破”了什么？什么都没有“突”，更没有“破”，那两个缺陷没有一丝一毫动摇。 要突破吗，只有“突”击这两个堡垒，攻“破”这两道防线，才能前进；唯一隘口，别无他途。 摒弃现存制动器的机械原理，摆脱电气系统的控制或牵连，才是实现电梯安全技术突破性进展的必由之路。 “捉放式制动器”走的正是这条路。 （八）限速器-安全钳的安全性到底怎么样 电梯有一套安全保障装置，叫做“限速器-安全钳”。其作用是当电梯发生超速下坠时制停电梯，避免重大安全事故。 限速器-安全钳真是功不可没，不难设想，要是没有限速器-安全钳，现在电梯领域的局面会怎么样：还有那么多的电梯吗？甚至还有高楼大厦吗？ 然而，当你对限速器-安全钳满怀信赖的时候，你有没有注意到它的安全性到底怎么样这个问题呢？ 有人注意到了：限速器-安全钳存在原理性的缺陷！ “限速器-安全钳”实际上就是一套垂直运动制动器，由安装在电梯井顶部机房内的一个“限速器”和安装在轿厢两侧的一对“安全钳”两部分构成，两者由称为“限速绳”的钢丝绳连系起来，限速绳由夹绳器夹紧在安全钳操纵机构的操纵杆上，限速绳跟随轿厢上下运行，并带动限速器同步运转。限速器-安全钳的基本原理用一句话就可以说清楚：当电梯轿厢下降速度达到或超过限速器设定的速度时，限速器就借助限速绳操纵安全钳对正在下降的轿厢实施制动，并同时切断曳引机的电源，曳引机制动器合闸制动，从而使轿厢停止下降；限速器设定的速度等于轿厢正常下行“额定速度”的115%。 这样的设计自然是合理的。下坠发生了，就要让它尽快停下来，不然，如果曳引机的制动器严重甚至完全失效，下坠速度就越来越快，直至猛烈撞底为止，多么可怕。现在好了，下坠速度一旦达到正常下行“额定速度”的115%就停下来，总比直接撞底安全得多。 不过，这样的设计犯了原理性的错误。细想一下：如果电梯制动器失效，