陳維壁

（武漢市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，湖北 武漢）  

摘　要：文章對風(fēng)機塔筒免爬器的主要結(jié)構(gòu)形式進行介紹，對其主要的故障失效形式及其原因和對策進行探討。

關(guān)鍵詞：免爬器；結(jié)構(gòu)形式；故障失效

免爬器是一種利用電機驅(qū)動升降平臺沿安裝于建筑或者設(shè)備爬梯上的軌道上下運行，進行高空運送人員和物資作業(yè)的低速輕型起重機械。免爬器目前主要應(yīng)用于風(fēng)電領(lǐng)域，安裝在風(fēng)機塔筒內(nèi)爬梯上，供風(fēng)機的檢修人員使用，可以極大地節(jié)省人員攀爬風(fēng)機塔筒和輸送檢修儀器設(shè)備的體力消耗，提高了風(fēng)機的檢修效率。免爬器具有設(shè)計緊湊，使用方便快捷，且不改變現(xiàn)有塔筒結(jié)構(gòu)等優(yōu)點。免爬器是一種新型的升降機，由于其載重量低，不在國家監(jiān)管的特種設(shè)備目錄起重機械范圍內(nèi)，目前也沒有相應(yīng)的國家標準和行業(yè)標準進行規(guī)范。部分免爬器的制造廠家為了追求利潤，壓低成本，導(dǎo)致在產(chǎn)品在設(shè)計、制造和安裝上存在一定的缺陷，在高空升降載人載物作業(yè)過程可能存在較大的安全隱患。

文章對免爬器進行介紹，并對其可能存在的故障失效形式進行分析。

1.免爬器的分類

免爬器的設(shè)備類型按導(dǎo)軌數(shù)量可分為單導(dǎo)軌導(dǎo)向和雙導(dǎo)軌導(dǎo)向。由于雙導(dǎo)軌導(dǎo)向的免爬器存在脫軌導(dǎo)致升降平臺傾覆和人員墜落的風(fēng)險，目前市場上主要產(chǎn)品采用單導(dǎo)軌導(dǎo)向。

免爬器的設(shè)備類型按驅(qū)動裝置的布置可分為驅(qū)動固定式和驅(qū)動隨行式。驅(qū)動固定式的免爬器其驅(qū)動裝置安裝 在爬梯或者固定平臺上；而驅(qū)動隨行式的免爬器其驅(qū)動裝置安裝于升降平臺上，與驅(qū)動固定式免爬器不同，驅(qū)動裝置需要和升降平臺同步升降。驅(qū)動隨行式與驅(qū)動固定式相比，升降平臺上增加了驅(qū)動裝置的重量，因此相同額定載 重量的免爬器產(chǎn)品；驅(qū)動隨行式相比驅(qū)動固定式需要承受更大的載荷，因此在設(shè)計上需要對結(jié)構(gòu)和零部件的強度、剛度和穩(wěn)定性提出更高的要求；同時發(fā)生故障時驅(qū)動隨行式的免爬器其驅(qū)動裝置懸停在高空，產(chǎn)品往往也沒有在地面或者平臺上單獨設(shè)置電控箱，不方便排除故障和檢修。目前市場上主要產(chǎn)品為驅(qū)動固定式。

2.免爬器主要結(jié)構(gòu)

免爬器一般由導(dǎo)軌、升降平臺、電氣控制系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、牽引系統(tǒng)等幾部分組成。

導(dǎo)軌一般安裝在爬梯上，作為免爬器升降平臺的運行軌道使用，主要作用是保持升降平臺的運行平穩(wěn)性，一般同時也是防墜保護裝置的制停作用對象。

升降平臺由車身和踏板組成。車身上裝有扶手、車上操縱裝置和墜落保護裝置等；踏板供人員站立或放置物資，一般為折疊式。作業(yè)時人員站立在踏板上握住扶手，同時通過車上控制系統(tǒng)操縱平臺升降，當平臺由于鋼絲繩斷裂、曳引力不足等原因發(fā)生墜落時，墜落保護裝置動作將平臺制停在導(dǎo)軌、鋼絲繩或者爬梯上，人員可折疊踏板沿塔筒爬梯逃生。

電氣控制系統(tǒng)一般由電控柜、操縱裝置、限位裝置等組成，對免爬器的運行進行操縱和控制。電控柜一般安裝在固定平臺或者爬梯上，線路通過電控柜后為免爬器提供電力，電控柜內(nèi)裝有電機調(diào)速控制裝置；操縱裝置包括車上操縱裝置和無線遙控操縱裝置，車上操縱裝置供人員乘坐時使用，而無線遙控操縱裝置用于運送物資； 限位裝置用于限制升降平臺的上下行程。

驅(qū)動系統(tǒng)一般由電機、減速器、制動器和驅(qū)動輪組成，驅(qū)動系統(tǒng)是免爬器的動力源。驅(qū)動系統(tǒng)一般通過曳引驅(qū)動的方式，利用驅(qū)動輪與鋼絲繩的摩擦力拉動鋼絲繩提 升升降平臺。

牽引系統(tǒng)一般采用鋼絲繩，對于驅(qū)動固定式，鋼絲繩繞過頂部滑輪、補償輪和導(dǎo)向輪等，在升降平臺上下兩端固定，形成閉環(huán)。

3.免爬器故障失效分析

免爬器的故障和失效影響設(shè)備運行的穩(wěn)定性，同時可能導(dǎo)致設(shè)備存在風(fēng)險隱患，造成設(shè)備損壞、人員墜落等事故。在排除故障的同時，需要對故障和失效的原因進行分析。免爬器產(chǎn)品在運行過程中出現(xiàn)的主要故障和失效形式有以下類型。

3.1    鋼絲繩失效

（1）失效情況。鋼絲繩失效是免爬器運行過程Z主要的失效形式。輕度失效主要有鋼絲繩張力不均，鋼絲繩過分伸長，配有鋼絲繩松繩檢測裝置的設(shè)備會故障停 機進行保護，發(fā)生此類失效需要通過維保及時調(diào)節(jié)鋼絲繩，避免和排除故障。嚴重失效可能出現(xiàn)斷絲、斷股、籠狀畸變、繩芯擠出、扭結(jié)、部分壓扁、彎折等情況缺陷。在對免爬器進行 5000 次的可靠性試驗過程中鋼絲繩出現(xiàn)的常見失效如圖 1 -圖 4 所示。

對于達到嚴重缺陷的鋼絲繩應(yīng)按照 GB6067.1-2010《起重機械安全規(guī)程部分：總則》“4.2.1.6 鋼絲繩?保養(yǎng)、維護、 安裝、 檢驗、 報廢應(yīng)符合 GB/T5972 的有關(guān)規(guī)定。”的要求報廢更換 [1]。 

（2）失效原因及對策。主要內(nèi)容：①繩徑比過小。鋼絲繩在繞過繩輪時受到彎曲應(yīng)力作用，繩輪直徑越小，鋼絲繩受到彎曲應(yīng)力越大。部分廠家的免爬器產(chǎn)品在設(shè)計時，驅(qū)動輪、滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值（即繩徑比）過小，鋼絲繩就更容易發(fā)生缺陷，使用壽命就越短，因此設(shè)計時應(yīng)盡量提高繩徑比，減少彎曲。同時盡量選用柔性的鋼絲繩；②鋼絲繩受力不均。按照 GB6067.1-2010《起 重機械安全規(guī)程部分：總則》“4.2.1.2 載荷由多根鋼絲繩支承時，宜設(shè)置能有效地保證各根鋼絲繩受力均衡的裝置。”的要求 [1]。目前市場上免爬器產(chǎn)品一般都配有 2 根牽引鋼絲繩，在設(shè)計上宜考慮設(shè)置鋼絲繩張力調(diào)節(jié)裝置，同時在安裝和維保時應(yīng)注意保證鋼絲繩張力均勻；③鋼絲繩承受扭力。為了避免鋼絲繩承受扭力發(fā)生扭結(jié)變形，除了在安裝時應(yīng)注意鋼絲繩自然延展，避免承受正向和反向的扭力外，在設(shè)計上宜選用能消除扭力的繩頭結(jié)構(gòu)；④鋼絲繩與其它結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉。一方面要注意是否運行過程容易與防護罩、爬梯等結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉；另一方面要注意保證輪槽的垂直度，保證鋼絲繩能夠平穩(wěn)進出輪槽，避免不必要的磨損。在設(shè)計上要避免鋼絲繩與各結(jié)構(gòu)的干涉，同時采用現(xiàn)場方便安裝調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式；在安裝時要注意按照工藝要求裝配鋼絲繩和繩輪；⑤鋼絲繩脫槽。在設(shè)計上，驅(qū)動輪、滑輪和導(dǎo)向輪都宜配置防脫槽裝置，避免鋼絲繩脫槽后卷入其它結(jié)構(gòu)而磨損損壞；⑥鋼絲繩過分伸長。對于新安裝的設(shè)備，尤其是大提升高度的設(shè)備，由于新鋼絲繩使用初期會有較大的延伸，從而導(dǎo)致曳引力不足。在前期應(yīng)注意加強鋼絲繩的檢查和調(diào)節(jié)。

3.2    驅(qū)動輪磨損

驅(qū)動輪磨損可能導(dǎo)致曳引力不足，驅(qū)動輪的異常磨損。如果是由于與鋼絲繩裝配問題造成的，鋼絲繩也會加重磨損。安裝應(yīng)注意按照工藝要求裝配鋼絲繩和繩輪，驅(qū)動輪發(fā)生嚴重磨損也應(yīng)及時更換。

3.3    軸承磨損

軸承的過度磨損會造成小車運行不平穩(wěn)，甚至可能導(dǎo)致小車停機故障。對于免爬器的各個轉(zhuǎn)動部件，應(yīng)注意對轉(zhuǎn)動軸承的維護保養(yǎng)，定期進行潤滑，特別是現(xiàn)場使用的設(shè)備，使用頻率不高，應(yīng)按照維保手冊的要求定期加注潤滑油或者潤滑脂。

3.4    導(dǎo)軌磨損

導(dǎo)軌磨損也會造成小車運行不平穩(wěn)，甚至可能導(dǎo)致小車停機故障。導(dǎo)軌和升降平臺鋼滾輪摩擦易使導(dǎo)軌發(fā)生磨損。因此設(shè)計上宜選用橡膠、尼龍材料等作為升降平臺的滾輪；導(dǎo)軌和防墜保護裝置的摩擦也可能使導(dǎo)軌發(fā)生磨損，在設(shè)計應(yīng)對防墜保護裝置結(jié)構(gòu)形式進行分析，同時按工藝要求進行安裝。

3.5    墜落保護裝置失效

墜落保護裝置的失效形式有誤動作和功能失效。墜落保護裝置誤動作會造成停機，影響設(shè)備運行的穩(wěn)定性。主要原因是防墜防止保護裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理；墜落保護裝置功能失效的同時，如果發(fā)生鋼絲繩斷裂或者曳引力不足的情況，就會發(fā)生墜落事故，造成設(shè)備物資損壞和人員傷亡。為防止發(fā)生墜落事故需要避免鋼絲繩失效，同時保證有足夠曳引力。曳引力是否符合要求首先要進行合理的設(shè)計，曳引力的計算可參考 GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》附錄 M[2]。

3.6    電氣故障

電氣失效有升降平臺供電蓄電池虧電和電氣異常故障等情況。

對于驅(qū)動固定式的免爬器，升降平臺上的操縱系統(tǒng)、無線信號裝置以及部分廠家設(shè)備的上限位開關(guān)等一般由蓄電池供電，如果蓄電池虧電設(shè)備就無法工作，甚至可能上限位開關(guān)失效，導(dǎo)致發(fā)生沖撞機械上限位止擋的事故。因此在使用過程中應(yīng)注意對蓄電池電量的檢查。電氣異常故障，造成停機，可能由于系統(tǒng)過熱造成電氣元件保護停機。

4.結(jié)束語

免爬器作為一種新型的起重機械，設(shè)備廠家之間應(yīng)加強相互學(xué)習(xí)交流，根據(jù)可靠性試驗過程中發(fā)生的故障失效形式，改進各自產(chǎn)品存在的問題缺陷，同時學(xué)習(xí)其他廠家產(chǎn)品的先進設(shè)計，對設(shè)備升級改造，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，為免爬器的安全運行提供保障。

參考文獻：

[1] 起重機械安全規(guī)程部分：總則[S].GB6067.1-2010.

[2] 電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].GB7588-2003.

來源：《工程設(shè)備與材料》2017年4月刊