兩種不同作用的對重安全鉗比較研究*

馮雙昌，吳 昊

(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200083)

1 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，高樓大廈越來越多，電梯已經(jīng)成為現(xiàn)代社會生產(chǎn)生活中不可或缺的一種垂直交通運(yùn)輸工具，人們對電梯安全性和舒適性的要求也越來越高。但是，電梯沖頂或墜落的重大事件卻時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電梯每運(yùn)行8.3億次，就會發(fā)生1次如失控沖頂或超速墜落等重大事故。為此，2003年修訂《電梯制造與安裝安全規(guī)范》時(shí)增加的一項(xiàng)重要內(nèi)容就是上行超速保護(hù)裝置，并且規(guī)定其中的一種形式為對重安全鉗［1］。但由于上行超速保護(hù)裝置在國內(nèi)是近幾年才開始推行的電梯安全概念，因此許多電梯制造單位、維保單位、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對其認(rèn)識還不深刻，尤其是對具有上行超速保護(hù)作用的對重安全鉗(以下簡稱超速保護(hù)對重安全鉗)和之前出現(xiàn)的具有地下空間防護(hù)作用的對重安全鉗(以下簡稱空間防護(hù)對重安全鉗)的關(guān)系不清楚。許多電梯從業(yè)人員甚至認(rèn)為只要電梯安裝了對重安全鉗，該電梯就具有了上行超速保護(hù)裝置，對此，本文從多個(gè)方面對這兩種不同作用的對重安全鉗進(jìn)行比較和分析。

2 設(shè)置目的

電梯的轎廂和對重是通過鋼絲繩、繩頭體等組裝成的懸掛機(jī)構(gòu)來承重的，如果某一環(huán)節(jié)發(fā)生斷裂，轎廂和對重就會失控而自由下降［2］。在現(xiàn)代高層建筑中，為了充分利用空間，常將電梯底坑下的空間作為車庫或過人通道。因?yàn)樵摽臻g上面有轎廂和對重在運(yùn)行，空間內(nèi)還有人進(jìn)入，如果轎廂或?qū)χ厥Э囟l(fā)生蹲底事故，底坑下人員的安全將難以保證。

針對此，GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中5.5b要求對重上要裝設(shè)安全鉗，即本文所稱的空間防護(hù)對重安全鉗?？梢娫O(shè)置空間防護(hù)對重安全鉗的目的是防止電梯以超過限速器動作速度的速度撞擊緩沖器，并保證傳遞到井道墻體和底坑的力限制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，以保護(hù)底坑下通過人員的安全。

當(dāng)電梯曳引系統(tǒng)，如驅(qū)動主機(jī)、制動器、軸、減速齒輪、聯(lián)軸器等部件失效或驅(qū)動控制系統(tǒng)失控時(shí)，對重就會拖動空載或輕載轎廂加速上行，從而發(fā)生“沖頂”事故［3］。設(shè)置超速保護(hù)對重安全鉗的目的就是當(dāng)轎廂上行超速到一定程度時(shí)該保護(hù)裝置動作，使轎廂制停或減速運(yùn)行，保護(hù)轎內(nèi)乘客和財(cái)產(chǎn)的安全。

可見，這兩種對重安全鉗設(shè)置的目的和作用是不同的。

3 發(fā)展歷史

因?yàn)槿说念^頂要比腳底耐沖擊能力差很多，所以轎廂中的乘客在上行超速時(shí)的危險(xiǎn)要比下行超速時(shí)大。1985年前后，在美國開始探討上行超速保護(hù)裝置，其電梯標(biāo)準(zhǔn)ASME A17.1對上行超速保護(hù)裝置做了詳細(xì)規(guī)定［4］。與此同時(shí)，針對該問題歐洲也展開了討論。歐洲的EN81-1:1998《Safety rules for the construction and installation of lifts and service lifts;part 1:electric lifts》第9.10條明確要求曳引驅(qū)動電梯應(yīng)裝設(shè)符合要求的轎廂上行超速保護(hù)裝置，并規(guī)定應(yīng)作用于轎廂;或?qū)χ?或鋼絲繩系統(tǒng)(懸掛繩或補(bǔ)償繩);或曳引輪(例如直接作用在曳引輪，或作用于最靠近曳引輪的曳引輪軸上)。其中曳引輪實(shí)現(xiàn)的方式是在對重側(cè)設(shè)置安全鉗，即超速保護(hù)對重安全鉗。我國現(xiàn)行最主要的電梯標(biāo)準(zhǔn)是GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》，是等效采用EN81-1:1998，也增加了上行超速保護(hù)裝置的相關(guān)內(nèi)容。該標(biāo)準(zhǔn)從2004年1月1日起實(shí)施，過渡期為1年。

對于轎廂與對重之下有人能夠達(dá)到的空間，安裝對重安全鉗的研究開展的更早。歐洲的EN81-1:1985就已經(jīng)對此做了明確規(guī)定。

4 運(yùn)行原理和組成

根據(jù)GB7588-2003中9.8.3.1的規(guī)定可知，空間防護(hù)對重安全鉗的動作應(yīng)由限速器來控制。若額定速度小于或等于1 m/s，對重安全鉗可借助懸掛機(jī)構(gòu)的斷裂或者借助一根安全繩來動作。

根據(jù)GB7588-2003中9.10.4的規(guī)定可知，上行超速保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)的方式之一就是在對重側(cè)設(shè)置安全鉗，即超速保護(hù)對重安全鉗。9.10.10還規(guī)定，使轎廂上行超速保護(hù)裝置動作的電梯速度監(jiān)控部件應(yīng)是符合9.9要求的限速器或符合相關(guān)要求的裝置。

在實(shí)際中，由于限速器技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠，因此無論是空間防護(hù)對重安全鉗還是超速保護(hù)對重安全鉗一般都是和限速器配合工作。當(dāng)對重下行超速達(dá)到一定值時(shí)，限速器機(jī)械動作，拉動安全鉗夾住導(dǎo)軌使對重制停。

可見，從組成上講，這兩種不同作用的對重安全鉗都和限速器配合使用;從運(yùn)動原理上講，都是通過由限速器監(jiān)控對重下行的速度，當(dāng)對重速度超出范圍后發(fā)出信號使安全鉗動作，從而使對重和轎廂減速。

5 與之配套的限速器的動作速度

GB7588-2003的9.8、9.9、9.10分別對安全鉗、限速器和上行超速保護(hù)裝置做了專門規(guī)定。根據(jù)9.9.1規(guī)定可知，操縱轎廂安全鉗的限速器的動作速度應(yīng)發(fā)生在速度至少等于額定速度的115%。根據(jù)9.9.3的規(guī)定可知，操縱空間防護(hù)對重安全鉗的限速器的動作速度應(yīng)大于9.9.1規(guī)定的轎廂安全鉗的限速器動作速度，但不得超過10%?？梢姡倏v空間防護(hù)對重安全鉗的限速器要后于操縱轎廂安全鉗的限速器。這是因?yàn)檗I廂是載人部件，一旦有超速情況，應(yīng)優(yōu)先控制轎廂。

根據(jù)9.10.1的規(guī)定可知，對于超速保護(hù)對重安全鉗，作為其速度監(jiān)控元件的限速器應(yīng)能檢測出上行轎廂的速度失控，其下限是電梯額定速度的115%，上限是9.9.3規(guī)定的速度?？梢姡瑢τ诓倏v超速保護(hù)對重安全鉗的限速器和操縱轎廂安全鉗的限速器的動作先后順序未作規(guī)定。

如圖1所示，v為電梯額定速度;v1為操縱轎廂安全鉗的限速器的動作速度;v2為操縱空間防護(hù)對重安全鉗的限速器的動作速度;v3為操縱超速保護(hù)對重安全鉗的限速器的動作速度，那么v1、v2、v3需滿足以下三個(gè)不等式［5］:

圖1 操縱各安全鉗的限速器的動作速度示意圖

115%v≤v1，v1＜v2≤110%v1，115%v＜v3≤v2

可見，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，操縱空間防護(hù)對重安全鉗的限速器的動作速度范圍和操縱超速保護(hù)對重安全鉗的限速器的動作速度范圍相比，前者比后者小。

6 制停要求

根據(jù)GB7588-2003中9.8.1.2的規(guī)定可知:空間防護(hù)對重安全鉗在達(dá)到限速器動作速度時(shí)應(yīng)能通過夾緊導(dǎo)軌而使對重制停并保持靜止?fàn)顟B(tài)。根據(jù)9.10.1的規(guī)定可知:作為減速元件的超速保護(hù)對重安全鉗，應(yīng)能使轎廂制停，或至少使其速度降低至對重緩沖器的設(shè)計(jì)范圍?？梢姡瑯?biāo)準(zhǔn)中這兩種不同作用的對重安全鉗的制停要求是不同的，空間防護(hù)對重安全鉗的要求更高。

當(dāng)轎廂上行超速時(shí)，最不利的工況是曳引輪為自由輪，對重帶動空載轎廂超速，此時(shí)超速保護(hù)對重安全鉗的制動力計(jì)算公式如下［6］:

式中:F為對重安全鉗制動力;P為空載轎廂質(zhì)量;Q為電梯額定載荷;g為重力加速度;K為平衡系數(shù);a為對重安全鉗制動時(shí)的平均減速度。

GB7588-2003中5.5b情況下，最不利的工況是懸掛裝置斷裂，對重自由落下。此時(shí)，空間防護(hù)對重安全鉗的制動力計(jì)算公式如下［6］:

將上面兩式進(jìn)行比較可知，在最不利的工況下空間防護(hù)對重安全鉗的制動力比超速保護(hù)對重安全鉗的制動力大，因此在選用安全鉗時(shí)要特別注意。

7 減速度要求

根據(jù)GB7588-2003中9.8.2.3的規(guī)定可知，若額定速度大于1 m/s，空間防護(hù)對重安全鉗應(yīng)是漸進(jìn)式的，其他情況下，可以是瞬時(shí)式的。根據(jù)9.10.3的規(guī)定可知，超速保護(hù)對重安全鉗在使空載轎廂制停時(shí)，其減速度不得大于1 g。

安全鉗按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為瞬時(shí)式安全鉗和漸進(jìn)式安全鉗。瞬時(shí)式安全鉗的夾緊元件支承在剛性元件上，夾緊元件一旦與導(dǎo)軌接觸，就不需任何外力而依靠自鎖夾緊導(dǎo)軌，制動力很大，能使轎廂立刻停止。而漸進(jìn)式安全鉗的夾緊元件支承在彈性元件上，其夾緊力是制動元件鎖死后由彈性元件的彈性決定的，基本是恒定值，因此其制停減速度是不變的，且因其制動力受控而不致于導(dǎo)致減速度過大［7］。

瞬時(shí)式安全鉗的最大制停減速度在5～10 g左右，此時(shí)制停的上行轎廂被巨大的慣量上拋會因突然失去曳引作用隨即自由下墜，對轎廂和導(dǎo)軌都可能產(chǎn)生破壞作用，不符合標(biāo)準(zhǔn)中減速度要求，因此超速保護(hù)對重安全鉗不能采用瞬時(shí)式安全鉗。

可見，在減速度方面，超速保護(hù)對重安全鉗的要求更加嚴(yán)格。這是因?yàn)槿梭w承受上行和下行減速度的能力是不同的，超速保護(hù)對重安全鉗最大的減速度值不允許大于1 g，即在上行超速保護(hù)裝置動作時(shí)，不允許乘客瞬間處于完全失重或“漂浮”狀態(tài)［8］。

8 檢驗(yàn)要求

GB7588-2003附錄D對這兩種不同作用的對重安全鉗交付使用前的檢驗(yàn)方法做了明確規(guī)定。對于空間防護(hù)對重安全鉗，在對重下行期間，電梯驅(qū)動主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)直至鋼絲繩打滑或松弛，并在下列條件下進(jìn)行:①瞬時(shí)式安全鉗，轎廂空載，安全鉗的動作應(yīng)由限速器或安全繩觸發(fā)，并在檢修速度下進(jìn)行;②漸進(jìn)式安全鉗，轎廂空載，安全鉗的動作可在額定速度或檢修速度下進(jìn)行。對于超速保護(hù)對重安全鉗，轎廂空載，以不低于額定速度上行，僅用轎廂上行超速保護(hù)裝置制停轎廂?？梢?，對這兩種不同作用的對重安全鉗的檢驗(yàn)方法也是不同的。

9 結(jié)語

在電梯對重側(cè)設(shè)置安全鉗，一種作用是對轎廂和對重之下有人能夠到達(dá)的地下空間進(jìn)行防護(hù)，另一種作用是作為上行超速保護(hù)裝置。本文從設(shè)置目的、發(fā)展歷史、運(yùn)行原理和組成、與之配套的限速器的動作速度、制停要求、減速度要求幾個(gè)方面對這兩種不同作用的對重安全鉗進(jìn)行比較和分析，結(jié)果表明空間防護(hù)對重安全鉗和超速保護(hù)對重安全鉗既有相同之處，也有不同之處，決不能簡單的混為一談，尤其是檢驗(yàn)對重安全鉗時(shí)，一定要針對其不同的作用按照相對應(yīng)的檢驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。

［1］ 全國電梯標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB 7588-2003電梯制造與安裝安全規(guī)范［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

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