陳維壁
（武漢市特種設備監督檢驗所，湖北 武漢）
摘 要：文章對風機塔筒免爬器的主要結構形式進行介紹，對其主要的故障失效形式及其原因和對策進行探討。
關鍵詞：免爬器；結構形式；故障失效
免爬器是一種利用電機驅動升降平臺沿安裝于建筑或者設備爬梯上的軌道上下運行，進行高空運送人員和物資作業的低速輕型起重機械。免爬器目前主要應用于風電領域，安裝在風機塔筒內爬梯上，供風機的檢修人員使用，可以極大地節省人員攀爬風機塔筒和輸送檢修儀器設備的體力消耗，提高了風機的檢修效率。免爬器具有設計緊湊，使用方便快捷，且不改變現有塔筒結構等優點。免爬器是一種新型的升降機，由于其載重量低，不在國家監管的特種設備目錄起重機械范圍內，目前也沒有相應的國家標準和行業標準進行規范。部分免爬器的制造廠家為了追求利潤，壓低成本，導致在產品在設計、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
免爬器的設備類型按導軌數量可分為單導軌導向和雙導軌導向。由于雙導軌導向的免爬器存在脫軌導致升降平臺傾覆和人員墜落的風險，目前市場上主要產品采用單導軌導向。
免爬器的設備類型按驅動裝置的布置可分為驅動固定式和驅動隨行式。驅動固定式的免爬器其驅動裝置安裝 在爬梯或者固定平臺上；而驅動隨行式的免爬器其驅動裝置安裝于升降平臺上，與驅動固定式免爬器不同，驅動裝置需要和升降平臺同步升降。驅動隨行式與驅動固定式相比，升降平臺上增加了驅動裝置的重量，因此相同額定載 重量的免爬器產品；驅動隨行式相比驅動固定式需要承受更大的載荷，因此在設計上需要對結構和零部件的強度、剛度和穩定性提出更高的要求；同時發生故障時驅動隨行式的免爬器其驅動裝置懸停在高空，產品往往也沒有在地面或者平臺上單獨設置電控箱，不方便排除故障和檢修。目前市場上主要產品為驅動固定式。
2.免爬器主要結構
免爬器一般由導軌、升降平臺、電氣控制系統、驅動裝置、牽引系統等幾部分組成。
導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。作業時人員站立在踏板上握住扶手，同時通過車上控制系統操縱平臺升降，當平臺由于鋼絲繩斷裂、曳引力不足等原因發生墜落時，墜落保護裝置動作將平臺制停在導軌、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，電控柜內裝有電機調速控制裝置；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。
驅動系統一般由電機、減速器、制動器和驅動輪組成，驅動系統是免爬器的動力源。驅動系統一般通過曳引驅動的方式，利用驅動輪與鋼絲繩的摩擦力拉動鋼絲繩提 升升降平臺。
牽引系統一般采用鋼絲繩，對于驅動固定式，鋼絲繩繞過頂部滑輪、補償輪和導向輪等，在升降平臺上下兩端固定，形成閉環。
3.免爬器故障失效分析
免爬器的故障和失效影響設備運行的穩定性，同時可能導致設備存在風險隱患，造成設備損壞、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。免爬器產品在運行過程中出現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備會故障停 機進行保護，發生此類失效需要通過維保及時調節鋼絲繩，避免和排除故障。嚴重失效可能出現斷絲、斷股、籠狀畸變、繩芯擠出、扭結、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按照 GB6067.1-2010《起重機械安全規程部分：總則》“4.2.1.6 鋼絲繩?保養、維護、 安裝、 檢驗、 報廢應符合 GB/T5972 的有關規定。”的要求報廢更換 [1]。
（2）失效原因及對策。主要內容：①繩徑比過小。鋼絲繩在繞過繩輪時受到彎曲應力作用，繩輪直徑越小，鋼絲繩受到彎曲應力越大。部分廠家的免爬器產品在設計時，驅動輪、滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值（即繩徑比）過小，鋼絲繩就更容易發生缺陷，使用壽命就越短，因此設計時應盡量提高繩徑比，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 重機械安全規程部分：總則》“4.2.1.2 載荷由多根鋼絲繩支承時，宜設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品一般都配有 2 根牽引鋼絲繩，在設計上宜考慮設置鋼絲繩張力調節裝置，同時在安裝和維保時應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生扭結變形，除了在安裝時應注意鋼絲繩自然延展，避免承受正向和反向的扭力外，在設計上宜選用能消除扭力的繩頭結構；④鋼絲繩與其它結構發生干涉。一方面要注意是否運行過程容易與防護罩、爬梯等結構發生干涉；另一方面要注意保證輪槽的垂直度，保證鋼絲繩能夠平穩進出輪槽，避免不必要的磨損。在設計上要避免鋼絲繩與各結構的干涉，同時采用現場方便安裝調節的結構形式；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。在設計上，驅動輪、滑輪和導向輪都宜配置防脫槽裝置，避免鋼絲繩脫槽后卷入其它結構而磨損損壞；⑥鋼絲繩過分伸長。對于新安裝的設備，尤其是大提升高度的設備，由于新鋼絲繩使用初期會有較大的延伸，從而導致曳引力不足。在前期應注意加強鋼絲繩的檢查和調節。
3.2 驅動輪磨損
驅動輪磨損可能導致曳引力不足，驅動輪的異常磨損。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。安裝應注意按照工藝要求裝配鋼絲繩和繩輪，驅動輪發生嚴重磨損也應及時更換。
3.3 軸承磨損
軸承的過度磨損會造成小車運行不平穩，甚至可能導致小車停機故障。對于免爬器的各個轉動部件，應注意對轉動軸承的維護保養，定期進行潤滑，特別是現場使用的設備，使用頻率不高，應按照維保手冊的要求定期加注潤滑油或者潤滑脂。
3.4 導軌磨損
導軌磨損也會造成小車運行不平穩，甚至可能導致小車停機故障。導軌和升降平臺鋼滾輪摩擦易使導軌發生磨損。因此設計上宜選用橡膠、尼龍材料等作為升降平臺的滾輪；導軌和防墜保護裝置的摩擦也可能使導軌發生磨損，在設計應對防墜保護裝置結構形式進行分析，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，影響設備運行的穩定性。主要原因是防墜防止保護裝置結構設計不合理；墜落保護裝置功能失效的同時，如果發生鋼絲繩斷裂或者曳引力不足的情況，就會發生墜落事故，造成設備物資損壞和人員傷亡。為防止發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計，曳引力的計算可參考 GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》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。
對于驅動固定式的免爬器，升降平臺上的操縱系統、無線信號裝置以及部分廠家設備的上限位開關等一般由蓄電池供電，如果蓄電池虧電設備就無法工作，甚至可能上限位開關失效，導致發生沖撞機械上限位止擋的事故。因此在使用過程中應注意對蓄電池電量的檢查。電氣異常故障，造成停機，可能由于系統過熱造成電氣元件保護停機。
4.結束語
免爬器作為一種新型的起重機械，設備廠家之間應加強相互學習交流，根據可靠性試驗過程中發生的故障失效形式，改進各自產品存在的問題缺陷，同時學習其他廠家產品的先進設計，對設備升級改造，提高設備的穩定性和可靠性，為免爬器的安全運行提供保障。
參考文獻：
[1] 起重機械安全規程部分：總則[S].GB6067.1-2010.
[2] 電梯制造與安裝安全規范[S].GB7588-2003.
來源：《工程設備與材料》2017年4月刊
