绳索特定压力

顾问的评估

最近的一次电梯牵引设计审查让我关注系统设计以及基于 EN 81-20 疲劳的悬挂绳索安全系数计算与最初由 Hymans 和 Heilborn 在近 100 年前开发的绳索特定压力考虑之间的关系。

这是我第二次遇到这个可疑的说法：“由于 EN 81 不再规定绳索压力的测量方法，因此无需考虑。”在这两种情况下，最大允许压力都被大大超过了。 

这种误解或虚假的表达通常是为了掩盖牵引设计的缺陷，当然，也是为了忽略 EN 81-20 0.4.3.a) 的基本假设：  

“我们已经考虑了整套电梯安装中可能包含的每个部件的相关风险，并制定了相应的规则：

组成部分是：

a) 按照通常的工程实践（见FprCEN/TR 81-12）和计算规范进行设计，并考虑到所有故障模式；”

虽然绳索压力是 ASME A17 电梯规范的基本原则，但 1977 年 EN 81-1 标准中对此进行了规定，取代了之前对通常任意的绳索安全系数的依赖，确立了绳索压力作为欧洲的一项安全措施，并一直延续到 1999 年，要求在轿厢在最低楼层满载额定载荷的情况下，绳索的特定压力在任何情况下都不得超过： 

其中 p 是单位为 N/mm 的比压² vc 为与轿厢速度对应的绳索速度。

1977 年和 1985 年的 EN 81-1 标准还规定，电梯制造商有责任根据电梯的个体特性和使用条件来选择绳索压力。

我的经验是，负责任且称职的设计师会结合基于疲劳的 EN 81-20 计算和绳索特定压力，以实现针对特定升降机特性的安全和弹性设计。这需要考虑一系列因素，包括安装环境、绳索和滑轮直径、转向滑轮直径、弯曲和反向弯曲、绳索结构、绳索数量、升降机使用情况、安全系数、凹槽轮廓和凹槽压力。所有这些因素都经过平衡，从而产生安全、高效和弹性的系统设计。 

EN 81-20 假设 0.4.12 有时被引用作为可疑牵引设计的借口或辩护，并规定：

“除了下面列出的已给予特别考虑的项目外，按照良好做法和标准要求制造的机械装置，包括牵引滑轮上绳索不受控制的滑动，在适当遵循制造商提供的所有说明的情况下，不会恶化到造成危险的程度而无法检测：”

假设 0.4.12 的目的是让设计师确保关键安全装置和部件（包括牵引滑轮槽）的设计易于评估，并且提供与此类评估相关的说明。它不会、也从来不会提供漏洞来为鲁莽或不恰当的牵引设计辩解。    

在这方面，工程设计所依据的道德原则问题就出现了，即把设备设计风险（在设计阶段最好将其最小化和/或减轻）转移到未来的维护上。这种方法只不过是降低资本成本，而代价是让不知情的未来用户和/或维护者承担管理风险的责任和成本，而这些责任和成本本应在设计中消除，却被转移到了他们身上。 

由于滑轮和绳索直径减小而产生的过高绳索压力（在原始设备设计中本应很容易消除）以及相关风险（安全性和成本）的增加，从资本成本转移到最终用户，而最终用户通常不知道发生了什么。实际上，这意味着设计风险从不道德和/或无能的设计师转移到不知情的客户。

与 V 型滑轮槽表面硬化深度和一致性评估有关的不确定性是众所周知的，因为涉及过高绳索压力的设计会带来额外的安全风险，这些风险应在设计阶段消除，并且随后可能会难以管理。

虽然有人向我建议 Hymans 和 Heilborn 方法可能已经过时，但我认为它经久不衰——自诞生以来已有近 100 年——这不言而喻！我还注意到，有必要在 EN 81-1 中更新不同凹槽轮廓的定义以及 EN 1998-81：20 疲劳计算的基础数据，以使计算更加稳健并纠正原始 1998 标准中的明显错误。不过公平地说，我记得 EN 81-1/2：1998 标准是匆忙制定和发布的，以便这些标准能够在 1999 年实施 1995 年电梯指令时使用。  

EN 81-1：1998 中引入的疲劳计算与无机房 (MRL) 电梯的出现相吻合，并且在与绳索压力等其他相关因素一起考虑时，为大多数 MRL 设计中固有的滑轮数量和弯曲循环的增加提供了合理的方法。  

我记得奥的斯电梯公司发展了 Hymans 和 Heilborn 的工作，并在牵引设计和绳索压力评估方面传统上应用了不少于五种工作等级，其中包括： 

• 最大服务时间 — 每天 8 到 10 小时 — 电梯按时运行。通常为办公室和百货公司。
• 乘客服务一般——大楼内一台或多台电梯未按时运行，但按要求接听呼叫。
• 间歇性客运服务——与普通客运服务类似，但车辆停靠站和行驶里程较少，且不经常满载。通常，某些医院或公寓楼
• 普通货运服务——与普通客运服务类似，但停机时间较长，相当于普通货运处理时间。通常，某些医院升降机可能属于此类。
• 间歇性货运服务——长时间处于静止状态。通常，在不太拥挤的地区的车库、小型仓库和建筑物中。

与服务职责相关的工程因素是当今盛行的因素，包括负载、绳索直径和绳索速度、滑轮直径和槽形。

在启动次数较少的应用中，可以容忍施加较高的绳索压力，而不会损害设备的安全性或牵引滑轮和悬挂绳索的使用寿命。事实上，奥的斯制作了一系列与其机器系列、滑轮直径、不同槽型及其在不同任务中的应用相关的曲线。奥的斯方法反映在 Janovsky 教授稍后采用的 Hymans 和 Heilborn 方法中，该方法将电梯启动次数与可接受的绳索压力联系起来，但应该注意的是，即使对于每小时启动次数低至 60 次的计算，Janovsky 教授的计算也从未侵犯传统的 Hymans 和 Heilborn 最大值。 

其中，k 是与电梯使用率相关的系数，以每小时的出行次数表示（Janovsky L）：

其中 z 是每小时的出行次数（Janovsky L）。

绳索压力是牵引驱动本身不可或缺的一部分，足够的绳索压力对于维持安全驱动升降机所需的接触（或在配重失速的情况下防止其被驱动）至关重要，从这个意义上讲，在牵引设计中可以忽略绳索压力的说法是荒谬的。

工程系统设计的缺陷可能要等到设备使用一段时间后（设计师离开后）才会显现出来。在那些参与设计缺陷的人看来，这可能会有意或无意地为有缺陷的设计提供理由。然而，经验表明，这种内在缺陷往往与其他有时不相关的系统缺陷一起出现，以故障和事故的形式出现，或作为最初决策的意外或未预见的后果出现。詹姆斯·里森 (James Reason) 的瑞士奶酪系统故障模型（图 1）说明了这一概念，其中一系列防御措施（在我们的案例中是我们的行业工程实践、标准和指导的规定）被建模为瑞士奶酪的切片，它们同时运行以形成一系列针对故障的防御措施。设计师忽略、违反或简化标准中的元素（无论是隐含的还是明确的），其效果相当于省略一个或多个 Reason 的瑞士奶酪片防御措施，并引入系统级缺陷，这些缺陷在设备使用寿命期间会以故障的形式显现出来（在对齐瑞士奶酪片上的孔时）。在我们的行业中，引入与我们标准和法规要求中固有的根本意图相关的缺陷或捷径，其效果是降低整体系统弹性并增加特定设计固有的总体风险水平。 

作为一名处理过多起致命事故的专家，我的经验是，单一故障源很少会造成事故，但设计缺陷的累积效应，往往加上维护应用方面的不足，才是事故发生的根本原因。设计缺陷（违反 EN 81 标准和/或良好工程实践的要求）在原始设计者看来可能无害，但当在未来某个时候与其他问题结合在一起时，会导致灾难性的后果。事后看来，执法机构所采取的方法不可避免地集中在原始设计缺陷上，认为“如果没有设计缺陷，事故就不会发生”。   

第二个担忧与 MRL 电梯套件的营销有关，该套件包含尺寸减小的电梯机械，滑轮与悬挂绳索直径比 (Dt/dr) 小于 EN 40 1 规定的 81:20，这是大多数司法管辖区规定的最低比率。我遇到的一个例子是通过公告机构批准来证明的，尽管结果是减少了电梯的服务负荷（运行次数）和悬挂绳索寿命，最终用户/购买者直到为时已晚才意识到这一点。我认为，40:1 的最小滑轮与绳索直径比在安全和有效的电梯设计方面被视为不可侵犯的。事实上，我确信电梯指令和相关 EN 81 标准的最初起草者从未想到，这项长期存在的安全规定将来会受到公告机构或任何其他人的解释和规避。这种错误做法的后果是破坏了《电梯指令》的目的，即建立高水平的健康和安全保护以及一定的透明度，以保证欧盟内部市场的正常运转。实际上，这种方法降低了消费者的安全和信心。保守的安全设计方法是根本，根据我 50 多年的行业经验，我认同墨菲定律：“如果可能出错，就一定会出错。”作为有道德和专业精神的设计师，我们有责任在设计时排除潜在的危险、风险和故障模式 the source例如生产安全、高效和可持续的产品，以满足用途——而不是试图将本应通过有效设计来减轻的风险转移给最终用户和/或维护者。 

其中一个设计的吊索寿命只有几周，而且经常出现机器轴承故障。面对诉讼的可能性，承包商对安装进行了纠正。 

负责任的设计师知道合规与质量之间的区别，并且我们的行业标准代表了要达到的最低安全水平。我经常遇到一些设计，它们据说是合规的（这通常是值得怀疑的），但无论如何都不能被视为优质设计。我认为这种情况的出现是因为在过去 20 年左右进入该行业的设计师缺乏深入的理解和工程经验，再加上一些本应更了解情况的设计师态度松懈。合规不代表质量！