電梯安全鉗動(dòng)作受力分析及失效探究

陶修飛，張星，呂正

（臺(tái)州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，浙江 臺(tái)州 318000）

近年來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電梯的使用越來(lái)越多，電梯的沖頂、墩底、制停、轎廂門(mén)的關(guān)閉均會(huì)危及到乘客的安全。這樣就要求電梯自身安全裝置一定要能夠保障電梯安全可靠地運(yùn)行，其中安全鉗作為主要的安全保護(hù)裝置起著非常重要的作用。

安全鉗的種類大體分為瞬時(shí)式安全鉗和漸進(jìn)式安全鉗。瞬時(shí)式安全鉗的制動(dòng)距離很小，一般應(yīng)用于低速梯，分為三種形式，分別為：偏心塊式、滾珠式、楔塊式。漸進(jìn)式安全鉗制動(dòng)時(shí)通過(guò)彈性元件來(lái)提供制動(dòng)力的，依照彈性元件的不同分為內(nèi)置板簧式、圓柱螺旋壓簧式、碟形彈簧式和U型板簧式。

安全鉗裝置的作用是當(dāng)電梯出現(xiàn)超速、斷繩等意外故障后，其產(chǎn)生的制動(dòng)力可以保證轎廂夾持在導(dǎo)軌上。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的瞬時(shí)安全鉗的載重量均低于15000kg。開(kāi)發(fā)商常用電梯的安全鉗為漸進(jìn)式，對(duì)于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)GB7588并未對(duì)安全鉗失效模式有明確的規(guī)范，所以對(duì)其受力分析和失效模式的探究尤為重要。

1 安全鉗的受力計(jì)算

（1）安全鉗的受力。為了更好地分析安全鉗在緊急制動(dòng)過(guò)程中的工作狀態(tài)，首先就要分析其受力情況，主要從以下幾個(gè)方面考慮：圖1為安全鉗受到4個(gè)方向力的分析圖。安全鉗近似為一個(gè)梯形模型，當(dāng)電梯超速時(shí)，限位器的拉桿提起，曳引機(jī)斷電，安全鉗的一個(gè)接觸面與轎廂之間產(chǎn)生F1轎廂對(duì)安全鉗的壓力和F3轎廂與安全鉗的摩擦力，導(dǎo)軌的接觸面為F2導(dǎo)軌對(duì)鉗塊的作用力和F4鉗塊與導(dǎo)軌之間的摩擦力。摩擦力使轎廂減速停在導(dǎo)軌上。

圖1 安全鉗受力分析

安全鉗與導(dǎo)軌的接觸面一般是4面，其中每個(gè)摩擦面的摩擦系數(shù)μ，所以就有如下公式：

這里一般摩擦系數(shù)μ的取值范圍為0.16～0.18，得出F2μ=F4。通過(guò)計(jì)算可以得到安全鉗的受力。

（2）制動(dòng)力的能量轉(zhuǎn)換。當(dāng)電梯超速運(yùn)行，限速器動(dòng)作，觸發(fā)安全鉗動(dòng)作，使電梯制停在導(dǎo)軌上。此時(shí)電梯的動(dòng)能為零，重力勢(shì)能減小。制停消耗的能量也一部分轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能，另一部分由于導(dǎo)軌和楔塊之間摩擦力的作用全部轉(zhuǎn)化成熱能。

因?yàn)殡娞葜暗膭?dòng)能為E動(dòng)＝1/2mv2，其中m為電梯在載荷時(shí)的電梯總重量，v為電梯受到安全鉗制動(dòng)之前的初速度，重力勢(shì)能E勢(shì)為mgS,其中S為制動(dòng)距離，而電梯安全鉗制動(dòng)時(shí)受到阻力F制動(dòng)時(shí)的能量消耗就為E=FS。此時(shí)根據(jù)能量守恒定律就有公式如下：

（3）安全鉗的制動(dòng)距離。在安全鉗制動(dòng)過(guò)程中其制停減速度的大小會(huì)直接影響人體的受沖擊程度，在制停過(guò)程就有如下公式：

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中要求安全鉗動(dòng)作時(shí)，其減速度在0.2～1g之間。而制動(dòng)停止時(shí)轎廂的最終速度Vt為0，當(dāng)達(dá)到觸發(fā)時(shí)安全鉗動(dòng)作的速度為V0，就可以通過(guò)公式得出制動(dòng)距離，瞬時(shí)式安全鉗在動(dòng)作時(shí)由于鉗座為剛性的，不存在鉗座與鉗塊間的滑移，制停距離來(lái)自于限速器鋼絲繩的滑移長(zhǎng)度。根據(jù)GB7588的要求，在轎廂側(cè)應(yīng)用時(shí)速度不超過(guò)0.63ms-1。用于對(duì)重側(cè)和平衡重側(cè)時(shí)，其速度小于1.0ms-1。對(duì)于剛性?shī)A持式限速器，鋼絲繩的滑移量很小，也就是公式中的制動(dòng)距離S很小，因此控制電梯的速度就尤為重要。而對(duì)于漸進(jìn)式安全鉗，由于可以通過(guò)調(diào)整制停距離控制減速度，因此無(wú)需使用速度限制。我國(guó)相關(guān)的電梯技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各種速度下使用的漸進(jìn)式安全鉗的制停距離。限速器的動(dòng)作速度指夾持鋼絲繩時(shí)的電梯速度。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，其動(dòng)作速度要高于轎廂額定速度的115%。同時(shí)規(guī)定對(duì)重限速器的動(dòng)作速度應(yīng)大于轎廂限速器的動(dòng)作速度，同時(shí)不應(yīng)超過(guò)10%。

2 安全鉗的失效分析

2.1 間隙不當(dāng)

（1）由于電梯在使用過(guò)程中，電梯間隙過(guò)大，維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)就會(huì)產(chǎn)生垃圾和雜物掉入其中，產(chǎn)生堆積現(xiàn)象，電梯運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)阻力加大，造成誤動(dòng)作，可以在安裝時(shí)盡量縮小楔塊之間的高度差，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

（2）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求安全鉗與導(dǎo)軌的間隙控制在3mm以內(nèi)，但不應(yīng)小于2mm，電梯出現(xiàn)磨損則會(huì)導(dǎo)致安全鉗的誤動(dòng)作，電梯出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，極其容易導(dǎo)致間隙擴(kuò)大，造成事故的發(fā)生。

2.2 楔塊動(dòng)作不靈敏

一旦楔塊和楔塊座之間存在油污，就會(huì)對(duì)楔塊動(dòng)作的靈敏性產(chǎn)生很大影響，在安全鉗動(dòng)作之后，楔塊無(wú)法完全進(jìn)行復(fù)位動(dòng)作，楔塊與導(dǎo)軌間的間隙就會(huì)不足，引起安全鉗誤動(dòng)作。

2.3 限速器調(diào)整不當(dāng)

限速器調(diào)整不當(dāng)或者是偏心凸輪存在油垢，均會(huì)導(dǎo)致滾輪在運(yùn)行時(shí)發(fā)生楔塊卡在凸輪齒槽的情況，引起安全鉗誤動(dòng)作。發(fā)生故障時(shí)可以調(diào)整限速器的彈簧，以便使曳引機(jī)與限速器達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。

2.4 安全鉗提拉桿動(dòng)作不靈

一旦傳動(dòng)部分出現(xiàn)腐蝕或者傳動(dòng)臂缺油均會(huì)造成安全鉗拉桿的卡滯現(xiàn)象，導(dǎo)致提拉桿作用力減小，而安全鉗動(dòng)作仍然會(huì)沿著導(dǎo)軌運(yùn)行，一旦遇到凸起則會(huì)導(dǎo)致安全鉗誤動(dòng)作。必要時(shí)就應(yīng)對(duì)其進(jìn)行清理以保證靈活性。

2.5 限速器鋼絲繩張緊力

限速器繩與繩槽之間的摩擦力要依靠張緊裝置的作用，限速器無(wú)法產(chǎn)生提拉力時(shí)，安全鉗無(wú)法動(dòng)作，而且防止張緊失效的電氣開(kāi)關(guān)在底坑，其工作環(huán)境極易產(chǎn)生銹蝕導(dǎo)致張緊裝置失效，但是電梯仍然會(huì)正常運(yùn)行，尤其是高層電梯中極易出現(xiàn)限速器鋼絲繩張緊力不足情況，從而引發(fā)安全鉗誤動(dòng)作發(fā)生。這時(shí)就需要對(duì)鋼絲繩的張緊裝置進(jìn)行維修。

3 討論和建議

（1）提高安全鉗的系統(tǒng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。電梯的安全鉗系統(tǒng)保障著轎廂內(nèi)人員安全，制定出一套行之有效的辦法，提高檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，縮短校驗(yàn)周期，檢驗(yàn)過(guò)程中保證在空負(fù)荷和滿負(fù)荷下運(yùn)行，在特定條件下進(jìn)行專項(xiàng)的安全檢測(cè)。

（2）做好安全鉗的動(dòng)作實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)有的安全鉗的檢驗(yàn)存在重視程度不夠的情況，一般在做安全鉗動(dòng)作實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)使用狀況較差、故障頻發(fā)等問(wèn)題，電梯在運(yùn)行時(shí)具有多種安全保護(hù)裝置，所以很容易忽略了其實(shí)驗(yàn)過(guò)程和保養(yǎng)環(huán)節(jié)，一旦安全鉗失效，電梯超速運(yùn)行，電梯的安全性將難以保障，所以當(dāng)產(chǎn)生安全隱患時(shí)要定期排查做好維護(hù)保養(yǎng)。

（3）安全鉗的使用配件，如螺栓等在采購(gòu)時(shí)一定要在具有指定生產(chǎn)資質(zhì)的廠家訂制，電梯維保人員的業(yè)務(wù)能力也要接受定期培訓(xùn)和安全教育，預(yù)防危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

安全鉗保護(hù)系統(tǒng)作為一套成熟的安全裝置，已經(jīng)沿用多年，雖然也在不斷地創(chuàng)新和改進(jìn)，但是依然需要通過(guò)人為的定期維修保養(yǎng)。通過(guò)對(duì)安全鉗的受力分析和對(duì)失效模式的探究可以看出，由于其動(dòng)作的環(huán)節(jié)電氣系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，將會(huì)使安全鉗裝置的動(dòng)作失效，造成不可挽回的損失，因此希望檢驗(yàn)人員能夠?qū)ζ滟|(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，維護(hù)保養(yǎng)單位制定切實(shí)有效的措施，切實(shí)保證維護(hù)保養(yǎng)的質(zhì)量，使電梯能夠安全運(yùn)行。