電梯上行超速保護裝置的探討

陳超　侯雪峰

摘 要：GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》于2004年1月1日正式頒布實施。為解決電梯運行可能出現(xiàn)的上行超速，標(biāo)準(zhǔn)對上行超速保護裝置提出了明確的要求，并允許采用多種類型和形式的保護裝置。自GB7588-2003實施之日起至今已經(jīng)過去10年時間了，關(guān)于上行超速保護的研究也越發(fā)深入，許多不同形式的上行超速保護裝置也被應(yīng)用到實際生產(chǎn)當(dāng)中。這些裝置是否能準(zhǔn)確可靠的在出現(xiàn)上行超速事故時實現(xiàn)保護乘客安全的功能呢？不同形式的裝置在設(shè)計上是否有想通之處呢？這便是本課題將要研究的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：電梯；上行超速；限速器

1 課題的背景和意義

電梯作為載人的垂直運輸設(shè)備，自誕生之日起，其運行的安全性和可靠性就受到人們的重點關(guān)注。近幾年隨著曳引拖動方式的推廣和應(yīng)用，電梯沖頂?shù)氖鹿蕦矣邪l(fā)生，就在2014年5月5日西安凱越江景小區(qū)的20層電梯就發(fā)生沖頂事故造成1名維修人員死亡。電梯的上行超速的問題再一次擺在了電梯設(shè)計者們的面前。

電梯上行超速是指在轎廂、懸掛系統(tǒng)和對重等整個系統(tǒng)正常相連時輕載或空載轎廂在對重（平衡重）的拖動下超速上行的狀態(tài)。轎廂上行超速保護裝置則是指安裝在曳引驅(qū)動電梯上，在電梯上行超速到一定程度時用來使轎廂制停或有效減速的一種安全保護裝置。它一般由速度監(jiān)控裝置和減速裝置兩部分組成。目前常用的上行超速保護裝置有對重安全鉗和轎廂上行安全鉗鋼絲繩夾繩器以及在永磁同步電機上使用的制動器。

2 目前常見的上行超速保護裝置

2.1 鋼絲繩夾繩器

鋼絲繩夾繩器也是一種非常好的轎廂上行超速保護裝置，主要有兩種：一種是機械式，一種是電磁式。對于新裝電梯和平時在用電梯的加裝都具有其他轎廂上行超速保護裝置不可比擬的便利性?，F(xiàn)有國內(nèi)的鋼絲繩夾繩器都屬于機械式的鋼絲繩夾繩器。其最大的特點是取自雙向限速器的機械動作信號通過閘線來觸發(fā)動作，并通過一個力的放大機構(gòu)，將彈簧力放大到可以夾持住鋼絲繩，以達到使轎廂減速制停的目的。鋼絲繩夾繩器的一般安裝在機房內(nèi)的地面或曳引機機架上。它的制動效果非常好.舒適、平穩(wěn)，安裝和復(fù)位也非常方便。

2.2 雙向限速器—安全鉗系統(tǒng)

雙向限速器一安全鉗系統(tǒng)相對于鋼絲繩夾繩器來說，其理論的成立性可能更容易被我們所接受.因為它制動的作用點是在固定的導(dǎo)軌上，給人以更可靠更安全的概念。隨著技術(shù)的發(fā)展，它已經(jīng)從過去的雙鉗體轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的單鉗體設(shè)計，外形尺寸已經(jīng)逐漸縮小到過去單下行保護安全鉗的外形尺寸大小，安裝方式也靈活了許多。

2.3 無齒輪曳引機

嚴格地說，無齒輪曳引機并不是電梯轎廂上行超速保護裝置，所指的應(yīng)該是指它的制動器的冗余度設(shè)計。也就是它的曳引輪軸和驅(qū)動電機軸是同軸，不存在機械失效的問題，而采用了兩個獨立的制動器設(shè)計，克服了可能存在制動器失效的問題

3 上行超速保護裝置工作原理與特性分析

3.1 上行超速保護裝置的動作原理

上行超速保護裝置中的限速器安裝在機房內(nèi)，下部井道底部懸掛張緊輪，使鋼絲繩保持張緊狀態(tài)，鋼絲繩與轎架上部安全裝置的控制桿相連，安全裝置與上行安全鉗提拉機構(gòu)連接；正常狀態(tài)下，轎架隨曳引鋼絲繩上升或下降，通過安全裝置帶著限速器鋼絲繩同步上升或下降，限速器轉(zhuǎn)動；此時安全裝置的彈簧力作用使上行安全鉗保持穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)轎廂因故障上行超速達到限速器電氣開關(guān)動作速度時，電氣開關(guān)動作，電梯安全回路斷開，主機停止轉(zhuǎn)動，制動器制停轎廂；如果轎廂繼續(xù)超速，限速器左側(cè)壓繩塊落下壓住鋼絲繩，產(chǎn)生夾持力通過張緊輪向下拉安全裝置的控制桿，控制桿拉力克服安全裝置彈簧力，使安全裝置動作，拉動上行安全鉗提拉桿，安全鉗動作，將轎廂制停在導(dǎo)軌上。

裝置還與轎架底部的下行安全鉗相連，在懸掛轎廂的鋼絲繩斷繩或轎廂滿載下行超速時該裝置也可以制停轎廂，當(dāng)出現(xiàn)轎廂下行超速達到限速器動作速度時，限速器右側(cè)壓繩塊落下壓住鋼絲繩，鋼絲繩向上提拉安全裝置控制桿，使下行安全鉗動作，從而制停轎廂。

3.2 雙向限速器的工作原理

雙向限速器同樣是應(yīng)用離心力的原理實現(xiàn)速度監(jiān)控和動作的觸發(fā)；為雙向限速器結(jié)構(gòu)示意圖，限速器繩輪固定在限速器支架上。離心塊組件由兩個離心塊通過連桿相連，安裝在轉(zhuǎn)臂上，可繞轉(zhuǎn)臂擺動使每個離心塊重心同時遠離或接近轉(zhuǎn)臂中心，轉(zhuǎn)臂上有調(diào)整彈簧壓住一個離心塊一端，使離心塊壓在轉(zhuǎn)臂輪轂上。轉(zhuǎn)臂中心和繩輪同軸，彈簧1連接繩輪邊緣與轉(zhuǎn)臂輪轂，使離心塊組件可以隨繩輪一起轉(zhuǎn)動。繩輪下部限速器支架有一個打板，打板下部有同軸的可轉(zhuǎn)動的壓繩塊，左右各一；與打板同軸左右各有一個鉤，將左右壓繩塊勾住，打板與鉤的巧妙設(shè)計使打板可以分別使兩側(cè)壓繩塊釋放而互不干涉。頂板在槽內(nèi)可前后移動，頂板后有彈簧2，調(diào)整螺母可調(diào)整彈簧壓縮量；上部有一個電氣開關(guān)與安全回路連接，當(dāng)開關(guān)壓板支撐在打板上時安全回路正常；左右壓繩塊各有一個限位板，當(dāng)限速器超速動作壓繩塊釋放后限位板會轉(zhuǎn)動一個角度，由倒下的壓繩塊將位置固定，此時打板因限位板的限制無法復(fù)位，此時開關(guān)壓板無法被支撐，開關(guān)不能接通。

3.3 限速器安全裝置和張緊裝置的工作原理

張緊裝置由上部張緊輪和下部配重塊組成，張緊輪兩側(cè)螺釘防止鋼絲繩的跳出，支架用6個壓碼固定在導(dǎo)軌上，支架在張緊裝置背面安裝有限位塊防止張緊裝置的左右晃動，支架端部安裝行程開關(guān)，當(dāng)限速器運行過程中鋼絲繩斷開或伸長導(dǎo)致配重塊上的打板碰到行程開關(guān)，則切斷電梯安全回路。正常運行中由于張緊裝置的重量使鋼絲繩張緊，保證限速器隨轎廂同步運行；在轎廂上行超速而限速器動作時反力支架平衡鋼絲繩的提拉力，此時張緊輪相當(dāng)于一個定滑輪，鋼絲繩通過定滑輪拉動安全裝置控制桿使上行安全鉗動作。

3.4 主要上行超速保護裝置介紹

主要組成部件有彈簧1、滾柱裝配2、楔塊3、鉗座4、U 形彈簧5、導(dǎo)塊6、墊塊7、拉桿8組成，U形彈簧5 內(nèi)側(cè)左右各有一個內(nèi)側(cè)有斜度的導(dǎo)塊6，導(dǎo)塊6 與楔塊3 之間有滾柱裝配2，楔塊3兩端面開有斜槽，前后有蓋板卡住，同時楔塊有銷與拉桿8上部的長圓孔連接，拉桿8可以拉動楔塊向下運動，滾柱裝配2用彈簧1吊在固定銷上，導(dǎo)塊6、U 形彈簧5通過兩側(cè)螺釘與鉗座連接，墊塊7安裝在鉗座底部，楔塊下行行程大小由墊塊高度確定，鉗座固定在轎架橫梁上。

電梯正常運行時，拉桿8與2、3節(jié)安全裝置中的導(dǎo)桿6連接，并受安全裝置套管中預(yù)緊彈簧8的支撐處于最上部，此時楔塊之間的間隙最大，導(dǎo)軌在楔塊中間，每側(cè)間隙5mm，因此電梯運行導(dǎo)軌與楔塊不接觸；當(dāng)轎廂上行超速，安全裝置動作拉動拉桿8向下運動，楔塊沿著斜槽貼著滾柱裝配2向下運動，同時向?qū)к壙拷?，與導(dǎo)軌接觸后，在楔塊與導(dǎo)軌摩擦力的作用下繼續(xù)下行，同時楔塊通過滾柱裝配2和導(dǎo)塊6給U形彈簧產(chǎn)生正壓力，使彈簧變形，通過彈簧作用力使楔塊產(chǎn)生的對導(dǎo)軌的制動力使轎廂減速并停止；顯然，墊塊高度越小，楔塊行程越大，U形彈簧變形越大，產(chǎn)生的制動力越大。滾柱裝配2用彈簧1吊在固定銷上是為了使楔塊沿滾柱向下滾動，減小摩擦力，安全鉗動作后電梯反向盤車復(fù)位時楔塊在安全裝置預(yù)緊彈簧8的作用下向上頂起，滾柱裝配也在彈簧1作用下拉回正常位置，安全鉗復(fù)位。

4 基于現(xiàn)有技術(shù)條件的應(yīng)對方案

由以上論述可知，上行超速保護裝置應(yīng)該是在轎廂上行超速時通過觸發(fā)對轎廂、對重、曳引輪或鋼絲繩施加力的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，通過分析研究比較可行的方案有表2所示的5種：

繪制表2的主要目的是能夠以較低的成本，可靠地提供一套上行超速保護的裝置，解決企業(yè)在搭配的一個難題。

所以，上行超速保護用鋼絲繩制動器的安裝和使用極為方便，對電梯其他方面的影響較小，尤其是對電梯的機房和井道布置基本沒有影響，因此鋼絲繩制動器的成功應(yīng)用，不僅解決了新安裝電梯上行超速保護的需要，也為廣大的舊梯改造提供一種經(jīng)濟有效的解決方案，解決了企業(yè)實際困難，考慮到目前在用的廣大的電梯市場，預(yù)計在舊梯改造上將取得較好的經(jīng)濟和社會效益。

參考文獻

[1]郭啟.電梯上行超速保護裝置的探討[J].中國科技博覽，2012，（1）：7.

[2]柳秉康，陳相利.電梯上行超速保護裝置檢驗方法的探討[J].機電技術(shù)，2007，30（1）：47-50.

（作者單位：杭州市特種設(shè)備檢測研究院）