风机塔筒免爬器故障分析探讨

发布时间：2022-03-01

陈维壁

（武汉市特种设备监督检验所，湖北 武汉）  

摘　要：文章对风机塔筒免爬器的主要结构形式进行介绍，对其主要的故障失效形式及其原因和对策进行探讨。

关键词：免爬器；结构形式；故障失效

免爬器是一种利用电机驱动升降平台沿安装于建筑或者设备爬梯上的轨道上下运行，进行高空运送人员和物资作业的低速轻型起重机械。免爬器目前主要应用于风电领域，安装在风机塔筒内爬梯上，供风机的检修人员使用，可以极大地节省人员攀爬风机塔筒和输送检修仪器设备的体力消耗，提高了风机的检修效率。免爬器具有设计紧凑，使用方便快捷，且不改变现有塔筒结构等优点。免爬器是一种新型的升降机，由于其载重量低，不在国家监管的特种设备目录起重机械范围内，目前也没有相应的国家标准和行业标准进行规范。部分免爬器的制造厂家为了追求利润，压低成本，导致在产品在设计、制造和安装上存在一定的缺陷，在高空升降载人载物作业过程可能存在较大的安全隐患。

文章对免爬器进行介绍，并对其可能存在的故障失效形式进行分析。

1.免爬器的分类

免爬器的设备类型按导轨数量可分为单导轨导向和双导轨导向。由于双导轨导向的免爬器存在脱轨导致升降平台倾覆和人员坠落的风险，目前市场上主要产品采用单导轨导向。

免爬器的设备类型按驱动装置的布置可分为驱动固定式和驱动随行式。驱动固定式的免爬器其驱动装置安装 在爬梯或者固定平台上；而驱动随行式的免爬器其驱动装置安装于升降平台上，与驱动固定式免爬器不同，驱动装置需要和升降平台同步升降。驱动随行式与驱动固定式相比，升降平台上增加了驱动装置的重量，因此相同额定载 重量的免爬器产品；驱动随行式相比驱动固定式需要承受更大的载荷，因此在设计上需要对结构和零部件的强度、刚度和稳定性提出更高的要求；同时发生故障时驱动随行式的免爬器其驱动装置悬停在高空，产品往往也没有在地面或者平台上单独设置电控箱，不方便排除故障和检修。目前市场上主要产品为驱动固定式。

2.免爬器主要结构

免爬器一般由导轨、升降平台、电气控制系统、驱动装置、牵引系统等几部分组成。

导轨一般安装在爬梯上，作为免爬器升降平台的运行轨道使用，主要作用是保持升降平台的运行平稳性，一般同时也是防坠保护装置的制停作用对象。

升降平台由车身和踏板组成。车身上装有扶手、车上操纵装置和坠落保护装置等；踏板供人员站立或放置物资，一般为折叠式。作业时人员站立在踏板上握住扶手，同时通过车上控制系统操纵平台升降，当平台由于钢丝绳断裂、曳引力不足等原因发生坠落时，坠落保护装置动作将平台制停在导轨、钢丝绳或者爬梯上，人员可折叠踏板沿塔筒爬梯逃生。

电气控制系统一般由电控柜、操纵装置、限位装置等组成，对免爬器的运行进行操纵和控制。电控柜一般安装在固定平台或者爬梯上，线路通过电控柜后为免爬器提供电力，电控柜内装有电机调速控制装置；操纵装置包括车上操纵装置和无线遥控操纵装置，车上操纵装置供人员乘坐时使用，而无线遥控操纵装置用于运送物资； 限位装置用于限制升降平台的上下行程。

驱动系统一般由电机、减速器、制动器和驱动轮组成，驱动系统是免爬器的动力源。驱动系统一般通过曳引驱动的方式，利用驱动轮与钢丝绳的摩擦力拉动钢丝绳提 升升降平台。

牵引系统一般采用钢丝绳，对于驱动固定式，钢丝绳绕过顶部滑轮、补偿轮和导向轮等，在升降平台上下两端固定，形成闭环。

3.免爬器故障失效分析

免爬器的故障和失效影响设备运行的稳定性，同时可能导致设备存在风险隐患，造成设备损坏、人员坠落等事故。在排除故障的同时，需要对故障和失效的原因进行分析。免爬器产品在运行过程中出现的主要故障和失效形式有以下类型。

3.1    钢丝绳失效

（1）失效情况。钢丝绳失效是免爬器运行过程Z主要的失效形式。轻度失效主要有钢丝绳张力不均，钢丝绳过分伸长，配有钢丝绳松绳检测装置的设备会故障停 机进行保护，发生此类失效需要通过维保及时调节钢丝绳，避免和排除故障。严重失效可能出现断丝、断股、笼状畸变、绳芯挤出、扭结、部分压扁、弯折等情况缺陷。在对免爬器进行 5000 次的可靠性试验过程中钢丝绳出现的常见失效如图 1 -图 4 所示。

对于达到严重缺陷的钢丝绳应按照 GB6067.1-2010《起重机械安全规程部分：总则》“4.2.1.6 钢丝绳?保养、维护、 安装、 检验、 报废应符合 GB/T5972 的有关规定。”的要求报废更换 [1]。 

（2）失效原因及对策。主要内容：①绳径比过小。钢丝绳在绕过绳轮时受到弯曲应力作用，绳轮直径越小，钢丝绳受到弯曲应力越大。部分厂家的免爬器产品在设计时，驱动轮、滑轮直径与钢丝绳直径的比值（即绳径比）过小，钢丝绳就更容易发生缺陷，使用寿命就越短，因此设计时应尽量提高绳径比，减少弯曲。同时尽量选用柔性的钢丝绳；②钢丝绳受力不均。按照 GB6067.1-2010《起 重机械安全规程部分：总则》“4.2.1.2 载荷由多根钢丝绳支承时，宜设置能有效地保证各根钢丝绳受力均衡的装置。”的要求 [1]。目前市场上免爬器产品一般都配有 2 根牵引钢丝绳，在设计上宜考虑设置钢丝绳张力调节装置，同时在安装和维保时应注意保证钢丝绳张力均匀；③钢丝绳承受扭力。为了避免钢丝绳承受扭力发生扭结变形，除了在安装时应注意钢丝绳自然延展，避免承受正向和反向的扭力外，在设计上宜选用能消除扭力的绳头结构；④钢丝绳与其它结构发生干涉。一方面要注意是否运行过程容易与防护罩、爬梯等结构发生干涉；另一方面要注意保证轮槽的垂直度，保证钢丝绳能够平稳进出轮槽，避免不必要的磨损。在设计上要避免钢丝绳与各结构的干涉，同时采用现场方便安装调节的结构形式；在安装时要注意按照工艺要求装配钢丝绳和绳轮；⑤钢丝绳脱槽。在设计上，驱动轮、滑轮和导向轮都宜配置防脱槽装置，避免钢丝绳脱槽后卷入其它结构而磨损损坏；⑥钢丝绳过分伸长。对于新安装的设备，尤其是大提升高度的设备，由于新钢丝绳使用初期会有较大的延伸，从而导致曳引力不足。在前期应注意加强钢丝绳的检查和调节。

3.2    驱动轮磨损

驱动轮磨损可能导致曳引力不足，驱动轮的异常磨损。如果是由于与钢丝绳装配问题造成的，钢丝绳也会加重磨损。安装应注意按照工艺要求装配钢丝绳和绳轮，驱动轮发生严重磨损也应及时更换。

3.3    轴承磨损

轴承的过度磨损会造成小车运行不平稳，甚至可能导致小车停机故障。对于免爬器的各个转动部件，应注意对转动轴承的维护保养，定期进行润滑，特别是现场使用的设备，使用频率不高，应按照维保手册的要求定期加注润滑油或者润滑脂。

3.4    导轨磨损

导轨磨损也会造成小车运行不平稳，甚至可能导致小车停机故障。导轨和升降平台钢滚轮摩擦易使导轨发生磨损。因此设计上宜选用橡胶、尼龙材料等作为升降平台的滚轮；导轨和防坠保护装置的摩擦也可能使导轨发生磨损，在设计应对防坠保护装置结构形式进行分析，同时按工艺要求进行安装。

3.5    坠落保护装置失效

坠落保护装置的失效形式有误动作和功能失效。坠落保护装置误动作会造成停机，影响设备运行的稳定性。主要原因是防坠防止保护装置结构设计不合理；坠落保护装置功能失效的同时，如果发生钢丝绳断裂或者曳引力不足的情况，就会发生坠落事故，造成设备物资损坏和人员伤亡。为防止发生坠落事故需要避免钢丝绳失效，同时保证有足够曳引力。曳引力是否符合要求首先要进行合理的设计，曳引力的计算可参考 GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》附录 M[2]。

3.6    电气故障

电气失效有升降平台供电蓄电池亏电和电气异常故障等情况。

对于驱动固定式的免爬器，升降平台上的操纵系统、无线信号装置以及部分厂家设备的上限位开关等一般由蓄电池供电，如果蓄电池亏电设备就无法工作，甚至可能上限位开关失效，导致发生冲撞机械上限位止挡的事故。因此在使用过程中应注意对蓄电池电量的检查。电气异常故障，造成停机，可能由于系统过热造成电气元件保护停机。

4.结束语

免爬器作为一种新型的起重机械，设备厂家之间应加强相互学习交流，根据可靠性试验过程中发生的故障失效形式，改进各自产品存在的问题缺陷，同时学习其他厂家产品的先进设计，对设备升级改造，提高设备的稳定性和可靠性，为免爬器的安全运行提供保障。

参考文献：

[1] 起重机械安全规程部分：总则[S].GB6067.1-2010.

[2] 电梯制造与安装安全规范[S].GB7588-2003.

来源：《工程设备与材料》2017年4月刊