電梯安全鉗運(yùn)行原理及故障原因分析

摘要：電梯安全鉗作為一種重要的電梯安全保護(hù)裝置，其正常動(dòng)作與否關(guān)系到電梯能否安全運(yùn)行。現(xiàn)從電梯安全鉗的運(yùn)行原理出發(fā)，對(duì)電梯限速器-安全鉗聯(lián)動(dòng)失效這一比較常見(jiàn)的故障類型進(jìn)行了分析，分別從電梯限速器和安全鉗兩個(gè)方面分析了產(chǎn)生故障的原因，并提出了電梯安全鉗性能測(cè)試分析的基本思路。

關(guān)鍵詞：電梯;安全鉗;運(yùn)行原理;故障原因;性能測(cè)試

0 引言

電梯在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用越來(lái)越廣泛，其安全性也受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。安全鉗作為一種重要的電梯安全保護(hù)裝置，其能否正常動(dòng)作直接影響到電梯能否安全運(yùn)行。因此，研究安全鉗運(yùn)行原理，分析安全鉗產(chǎn)生故障的原因，對(duì)于保證電梯的安全運(yùn)行及乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全具有至關(guān)重要的作用。吳春鴻[1]認(rèn)為，電梯安全鉗未正常動(dòng)作的原因主要包括兩個(gè)方面：安全鉗自身動(dòng)作開(kāi)關(guān)損壞和安全鉗機(jī)械執(zhí)行裝置未動(dòng)作或動(dòng)作不到位，并從安全鉗的極限設(shè)計(jì)、材質(zhì)選擇及安全裝置靈敏度等方面進(jìn)行了有針對(duì)性的探討。劉勤松[2]針對(duì)某一電梯轎廂墜落事故進(jìn)行了分析，認(rèn)為電梯墜落過(guò)程中雖然安全鉗動(dòng)作，但未能成功制止電梯墜落的主要原因在于，電梯使用年限較久，造成安全鉗鉗口磨損嚴(yán)重。為此，論證了定期對(duì)安全鉗性能進(jìn)行測(cè)試的必要性，并提出了一種用于電梯安全鉗測(cè)試的方法。湯坤林[3]和張濟(jì)斌[4]分別從電梯限速器、安全鉗兩個(gè)方面對(duì)電梯限速器-安全鉗聯(lián)動(dòng)失效的原因進(jìn)行了分析，并提出了故障解決措施及預(yù)防方案。蔡育生[5]對(duì)某一電梯限速器-安全鉗誤動(dòng)作的案例進(jìn)行了分析，提出了一些電梯的日常維護(hù)建議。本文在此基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要介紹了電梯安全鉗的運(yùn)行原理，并從安全鉗的設(shè)計(jì)、選型方面對(duì)其產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行分析，以保證電梯的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 電梯安全鉗運(yùn)行原理

電梯安全鉗是保證電梯在緊急情況下能制停的一種安全裝置。電梯安全鉗的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，在電梯運(yùn)行過(guò)程中，一般情況下限速器和安全鉗組合配置，一旦電梯運(yùn)行速度超過(guò)限速器上限速度時(shí)，或者在電梯曳引鋼絲繩、鋼帶發(fā)生斷裂等緊急情況下，電梯運(yùn)行將不受控制，此時(shí)安全鉗動(dòng)作，可以將電梯轎廂緊急制停在電梯的運(yùn)行導(dǎo)軌上，能有效保證電梯的運(yùn)行安全和設(shè)備安全。通常安全鉗可以分為單向安全鉗和雙向安全鉗兩類，其中雙向安全鉗制造工藝復(fù)雜，因此國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較多的是單向安全鉗。按照安全鉗的工作原理和結(jié)構(gòu)特征，可以將安全鉗分為瞬時(shí)式安全鉗和漸進(jìn)式安全鉗兩類。對(duì)于瞬時(shí)式安全鉗而言，其主要依靠自身的變形和擠壓來(lái)抵消安全鉗動(dòng)作時(shí)電梯轎廂自身的動(dòng)能和勢(shì)能。對(duì)于漸進(jìn)式安全鉗而言，在電梯安全鉗動(dòng)作時(shí)，其主要依靠安全鉗自身的彈簧夾緊力將轎廂夾持在導(dǎo)軌上。通常而言，當(dāng)電梯的運(yùn)行額定速度較高時(shí)（超過(guò)0.63 m/s），宜選用漸進(jìn)式安全鉗。目前電梯額定運(yùn)行速度普遍較高，漸進(jìn)式安全鉗相對(duì)來(lái)說(shuō)使用得更加廣泛，因此，本文主要以漸進(jìn)式安全鉗為例，對(duì)其故障原因進(jìn)行分析。

2 電梯安全鉗產(chǎn)生故障的原因分析及其性能測(cè)試

電梯限速器-安全鉗聯(lián)動(dòng)失效是一種相對(duì)比較常見(jiàn)的故障類型，當(dāng)電梯發(fā)生意外時(shí)，限速器-安全鉗正常聯(lián)動(dòng)能保證電梯安全，防止意外情況的發(fā)生，但電梯限速器-安全鉗聯(lián)動(dòng)失效的情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著電梯的安全運(yùn)行。電梯限速器-安全鉗聯(lián)動(dòng)失效的原因可以分為兩個(gè)方面：限速器故障和安全鉗故障。下面將從這兩個(gè)方面入手對(duì)其故障原因進(jìn)行分析。

2.1? ? 限速器

2.1.1? ? 限速器故障原因分析

電梯限速器產(chǎn)生故障的原因主要包括：

（1）電梯使用年限過(guò)長(zhǎng)，電梯限速器缺少維護(hù)和保養(yǎng)，造成限速器彈簧不能正常動(dòng)作或動(dòng)作不到位;

（2）限速器中的動(dòng)作速度設(shè)定值高于其整定值，造成限速器無(wú)法正常動(dòng)作;

（3）電梯限速器張緊輪的鋼絲繩長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)、鋼絲繩磨損或打滑時(shí)，都有可能造成限速器功能失效;

（4）鋼絲繩過(guò)長(zhǎng)，有可能導(dǎo)致接觸器觸地，鋼絲繩產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，限速器將不能正常工作;

（5）電梯安全鉗使用頻繁，易造成安全鉗的機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，無(wú)法滿足電梯的安全運(yùn)行要求。

2.1.2? ? 限速器的設(shè)計(jì)及選型

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在電梯限速器選型過(guò)程中，限速器動(dòng)作轉(zhuǎn)速vsp的取值范圍應(yīng)該按式（1）選擇。

式中：v為電梯運(yùn)行的額定速度，當(dāng)v=1.5 m/s時(shí)，vsp的取值范圍應(yīng)在1.42～1.73 m/s，在此區(qū)間內(nèi)設(shè)置限速器的動(dòng)作轉(zhuǎn)速，才能保證電梯安全運(yùn)行。

此外，為了保證電梯具有足夠的曳引力，使電梯限速器的鋼絲繩不會(huì)出現(xiàn)打滑的情況，需滿足式（2）的要求。

式中：T1、T2為電梯張緊輪兩側(cè)的轎廂和對(duì)重分別承受的拉力;f為曳引輪的當(dāng)量摩擦系數(shù)，由張緊輪的材質(zhì)、形狀及結(jié)構(gòu)等參數(shù)共同決定;α為張緊輪的包角。

2.2? ? 安全鉗

2.2.1? ? 安全鉗故障原因分析

電梯限速器-安全鉗聯(lián)動(dòng)失效情況下，往往會(huì)出現(xiàn)限速器正常動(dòng)作但安全鉗未有效動(dòng)作的情況，安全鉗未正常動(dòng)作的原因主要包括：

（1）安全鉗開(kāi)關(guān)自身受損或安全鉗開(kāi)關(guān)未動(dòng)作到位;

（2）安全鉗鉗塊磨損，導(dǎo)致安全鉗的制動(dòng)力不足以抵消電梯自身的勢(shì)能和動(dòng)能;

（3）通常電梯安全鉗與其導(dǎo)軌之間的安裝間隙在2～3 mm，在電梯使用過(guò)程中，受各種因素影響，這個(gè)間隙值會(huì)變大，從而有可能導(dǎo)致安全鉗誤動(dòng)作。

2.2.2? ? 安全鉗的設(shè)計(jì)及選型

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，漸進(jìn)式安全鉗的有效制動(dòng)力F應(yīng)滿足式（3）的要求。

式中：P、Q為電梯轎廂質(zhì)量和電梯額定載重量。

由式（3）可以看出，在電梯額定載重量一定的情況下，轎廂質(zhì)量決定著安全鉗的有效制動(dòng)力大小。假設(shè)轎廂質(zhì)量為900 kg，電梯額定載重量為1 600 kg，則安全鉗的制動(dòng)力應(yīng)為40 000 N。

在式（3）中，忽略了電梯軸承等零部件的質(zhì)量，因此使得安全鉗制動(dòng)力的設(shè)計(jì)值較低，容易出現(xiàn)意外情況。因此，從電梯安全性角度出發(fā)，需要考慮電梯的相關(guān)零部件質(zhì)量Mmax，得到式（4）：

相關(guān)研究表明，隨著電梯拉升高度的上升，Mmax對(duì)F的影響越來(lái)越大[6]，因此，在安全鉗選型時(shí)，有必要考慮Mmax對(duì)電梯安全性造成的影響。

2.3? ? 電梯安全鉗性能測(cè)試分析

為了避免電梯墜落事故的發(fā)生，對(duì)安全鉗進(jìn)行性能測(cè)試具有重要意義，特別是使用年限較長(zhǎng)的電梯，需定期對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試。當(dāng)電梯安全鉗動(dòng)作時(shí)，理論上電梯轎廂將做自由落體運(yùn)動(dòng)，電梯在超速情況下安全鉗將緊急制停電梯，在這一過(guò)程中，對(duì)安全鉗嵌體進(jìn)行受力分析，得到式（5）。

為了在電梯空載情況下進(jìn)行安全鉗性能測(cè)試，需要計(jì)算電梯空載情況下安全鉗制動(dòng)時(shí)的轎廂減速度ae，其最小值的計(jì)算公式如式（7）所示。

式中：T為電梯曳引鋼絲繩的張力，在電梯安全鉗動(dòng)作時(shí)，此時(shí)T為0。

因此，可以近似認(rèn)為在極短時(shí)間內(nèi)，轎廂減速工況與轎廂被安全鉗制動(dòng)時(shí)的工況相同，兩者具有相同的加速度。據(jù)此，可對(duì)電梯的安全鉗性能進(jìn)行分析。

3 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了電梯安全鉗的運(yùn)行原理，針對(duì)電梯限速器-安全鉗聯(lián)動(dòng)失效導(dǎo)致電梯墜落的事故進(jìn)行了探討，分別從電梯限速器和安全鉗兩個(gè)方面進(jìn)行了故障原因分析，同時(shí)，為了更好地保證電梯的運(yùn)行安全，提出了電梯安全鉗性能測(cè)試分析的基本思路。本文的研究?jī)?nèi)容對(duì)于保證電梯運(yùn)行安全具有一定的參考意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 吳春鴻.常見(jiàn)電梯故障的設(shè)計(jì)分析與探討[J].科技風(fēng)，2019（36）：164.

[2] 劉勤松.電梯安全鉗性能測(cè)試分析[J].建材與裝飾，2020（12）：210-211.

[3] 湯坤林.電梯定期檢驗(yàn)中限速器安全鉗聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)故障分析[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2019（12）：168-169.

[4] 張濟(jì)斌.電梯定期檢驗(yàn)中限速器安全鉗聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)故障淺析[J].科技風(fēng)，2020（5）：183.

[5] 蔡育生.一起限速器安全鉗誤動(dòng)作的案例分析及探討[J].機(jī)電技術(shù)，2019（5）：85-87.

[6] 梁鑫旺，曹兆根，柴海萍.電梯安全鉗選型計(jì)算分析[J].中國(guó)電梯，2019，30（19）：29-30.

收稿日期：2020-07-03

作者簡(jiǎn)介：劉韶慧（1985—），男，江蘇無(wú)錫人，工程師，研究方向：電梯機(jī)械。