由于節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在越來(lái)越多的電梯采用無(wú)齒輪永磁同步曳引機(jī)，大部分永磁同步曳引機(jī)的曳引輪安裝在曳引機(jī)軸的懸臂端上。由于電梯轎廂上上下下運(yùn)行，曳引輪需頻繁正反轉(zhuǎn)，電梯運(yùn)行不得有異常聲響和震動(dòng)，所以曳引輪和曳引機(jī)軸不能有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互間需過(guò)盈配合連接。目前，曳引輪和曳引機(jī)軸采用較多的連接方式有：圓柱面過(guò)盈配合連接和圓錐面過(guò)盈配合連接。由于曳引繩槽磨損、曳引機(jī)軸承損壞等原因，需對(duì)曳引輪進(jìn)行更換或拆裝，采用圓錐面過(guò)盈配合連接的曳引輪拆裝較為方便，但由于曳引輪和曳引機(jī)軸間的結(jié)合面是圓錐面，曳引輪受曳引繩動(dòng)載荷作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生軸向分力，當(dāng)制造或安裝不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，曳引輪存在脫出曳引機(jī)軸的風(fēng)險(xiǎn)。
1 事故概述
2017 年10 月，福建某小區(qū)1 臺(tái)電梯在從24 層向下運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行到19 層時(shí)發(fā)生故障，轎廂出現(xiàn)短暫墜落現(xiàn)象后，電梯停止運(yùn)行。到機(jī)房檢查發(fā)現(xiàn)，曳引鋼絲繩掛在地板和安裝曳引鋼絲繩繩頭的槽鋼上，曳引輪從曳引機(jī)軸脫落，掉在機(jī)房地板上，曳引機(jī)軸端蓋3 個(gè)螺栓全部斷裂，曳引機(jī)軸上僅剩3 個(gè)斷裂的螺栓（見(jiàn)圖1）。該電梯為永磁同步無(wú)齒輪電梯，額定載重量為800kg，速度為1.75m/s，28 層27 站27 門(mén)。

圖1 曳引機(jī)軸上3 個(gè)斷裂的螺栓
2 事故原因分析
事故電梯曳引機(jī)軸與曳引輪采用的是圓錐面過(guò)盈配合連接和平鍵正常連接組合連接方式。曳引輪安裝到位后，曳引輪和曳引機(jī)軸的徑向變形使配合面產(chǎn)生非常大的壓力，此壓力產(chǎn)生相應(yīng)的摩擦力。摩擦力克服載荷在曳引輪圓錐配合面上產(chǎn)生的切向分力，使曳引輪保持軸向穩(wěn)定狀態(tài)，此外還可傳遞曳引機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩。平鍵也可用于傳遞曳引機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩。端蓋通過(guò)3 個(gè)M10 螺栓固定在曳引機(jī)軸上，對(duì)曳引輪起到軸向定位作用（如圖2 所示）。

圖2 曳引輪裝配示意圖
事故電梯固定端蓋的3 個(gè)螺栓全部斷裂，其中2個(gè)螺栓斷口在靠近六角頭部的螺尾處，另外1 個(gè)螺栓斷口在靠近六角頭部的根部過(guò)渡處，斷裂位置均屬于應(yīng)力集中區(qū)（見(jiàn)圖3）。斷面大部分區(qū)域較光滑（見(jiàn)圖4）。
從螺栓的斷裂位置和斷口可判斷，螺栓應(yīng)是受到交變拉應(yīng)力所引起的疲勞脆性斷裂。

圖3 螺栓斷裂位置   圖4 螺栓斷面
在正常情況下，即曳引輪和曳引機(jī)軸間的摩擦力足夠大時(shí)，螺栓僅承受預(yù)緊力作用，不至于疲勞斷裂，引起螺栓疲勞斷裂的交變拉應(yīng)力從哪里來(lái)？經(jīng)了解，該電梯在2017 年9 月在更換曳引機(jī)軸承過(guò)程中，曾對(duì)曳引輪進(jìn)行過(guò)拆裝。由于當(dāng)時(shí)曳引輪未安裝到位，曳引輪與曳引機(jī)軸壓力不夠大，產(chǎn)生的摩擦力不足以使曳引輪在曳引鋼絲繩動(dòng)載荷的作用下長(zhǎng)期保持穩(wěn)定狀態(tài)。在電梯運(yùn)行過(guò)程中，受曳引鋼絲繩動(dòng)載荷的作用，曳引輪與曳引機(jī)軸有相對(duì)移位。由于曳引機(jī)軸與曳引輪是圓錐面連接，當(dāng)曳引輪在曳引機(jī)軸上產(chǎn)生極微小的軸向移位時(shí)，曳引機(jī)軸與曳引輪間摩擦力便會(huì)顯著減小。當(dāng)曳引機(jī)軸與曳引輪間摩擦力和螺栓預(yù)緊力之和小于曳引鋼絲繩載荷作用在曳引輪圓錐面的切向分力時(shí)，曳引鋼絲繩載荷作用在曳引輪圓錐面上的切向分力有部分通過(guò)端蓋作用于螺栓，使原本僅需承受預(yù)緊力的螺栓還要再承受交變的拉應(yīng)力。隨著電梯轎廂上上下下地運(yùn)行，曳引輪向曳引機(jī)軸端不斷地移位，曳引機(jī)軸與曳引輪間摩擦力不斷地減小，螺栓承受的交變拉應(yīng)力不斷地增大。螺栓由于持續(xù)受到這樣的交變拉應(yīng)力，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，引起疲勞，從應(yīng)力集中處產(chǎn)生初始裂紋，裂紋隨后慢慢擴(kuò)展，終使螺栓疲勞脆性斷裂。
3 曳引輪防脫設(shè)計(jì)改進(jìn)建議
通過(guò)本案例分析可知，曳引輪與曳引機(jī)軸間的圓錐面過(guò)盈配合連接方式，對(duì)安裝精度和制造精度要求較高，當(dāng)制造或安裝不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，產(chǎn)生的摩擦力不夠大，曳引輪受曳引繩動(dòng)載荷作用，存在脫出曳引機(jī)軸的風(fēng)險(xiǎn)。曳引輪的脫出會(huì)直接導(dǎo)致轎廂接近自由落體的下墜，對(duì)乘客產(chǎn)生嚴(yán)重的傷害后果。
為消除曳引輪脫出風(fēng)險(xiǎn)，建議對(duì)本設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)，保證曳引輪在任何情況下均不會(huì)脫出。改進(jìn)后的曳引輪裝配示意圖見(jiàn)圖5，在曳引機(jī)軸上加工1 個(gè)圓環(huán)槽，2 個(gè)防脫定位環(huán)可通過(guò)螺栓或卡箍形式安裝在曳引機(jī)軸圓環(huán)槽上，用2 個(gè)頂緊螺栓頂緊防脫定位環(huán)，使防脫定位環(huán)頂緊曳引輪。這樣，當(dāng)曳引輪與曳引機(jī)軸的摩擦力不足以使曳引輪保持軸向穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，曳引輪向軸端移位，但由于會(huì)被定位環(huán)頂住，曳引輪不會(huì)脫出，不會(huì)造成安全事故。當(dāng)曳引輪安裝完后，還可以在定位環(huán)、曳引機(jī)軸、防松螺母上做定位標(biāo)記，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)定位環(huán)與曳引機(jī)軸的相對(duì)軸向位移。

圖5 改進(jìn)后的曳引輪安裝示意圖
4 結(jié)束語(yǔ)
電梯的安全運(yùn)行事關(guān)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，應(yīng)盡可能地消除已知存在的安全隱患。建議電梯生產(chǎn)單位加強(qiáng)對(duì)采用類(lèi)似事故電梯結(jié)構(gòu)的曳引輪的檢查，確保在曳引輪松脫前及時(shí)采取措施。建議電梯設(shè)計(jì)單位改進(jìn)此類(lèi)曳引機(jī)的設(shè)計(jì)，確保曳引輪在任何情況下都不會(huì)發(fā)生脫出現(xiàn)象，避免類(lèi)似事故的再次發(fā)生。