SAJ型防墜安全器異常情況分析與研究

潘 亮，張作萍

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510500）

近年來，隨著社會及經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國高層建筑越來越多。施工升降機作為一種提升高度可達450m的垂直運輸起重機械，廣泛應(yīng)用于高層建筑施工現(xiàn)場。由于垂直運行高度高、速度快，施工升降機在給施工帶來快捷、方便的同時，也帶來重大安全隱患。防墜安全器可以防止電機制動器失靈引起吊籠失控下墜。幾乎所有施工升降機吊籠失控下墜造成的重大傷亡事故都是由于防墜安全器使用不當(dāng)或不符合安全器相關(guān)規(guī)定的操作造成的。

目前施工升降機中SAJ型防墜安全器使用最多。該防墜安全器是由齒輪轉(zhuǎn)速控制的防墜安全裝置，能有效防止齒輪齒條式施工升降機在安裝、作業(yè)或拆卸過程中因吊籠墜落而造成的安全事故。因此對SAJ型防墜安全器使用過程中異常情況進行研究、分析，找到解決方案，對保證防墜安全器和施工升降機的正常運行，減少事故發(fā)生概率，保護人民的生命財產(chǎn)安全具有重要意義。

本文通過分析SAJ型防墜安全器的結(jié)構(gòu)及工作原理，結(jié)合安裝調(diào)試及使用維護各個環(huán)節(jié)，進行研究分析，得出SAJ型防墜安全器運行異常的情況及原因，再根據(jù)不同的情況提出相應(yīng)的解決措施。

1 SAJ型防墜安全器構(gòu)造及工作原理

作為施工升降機最重要的安全防護裝置之一，SAJ型防墜安全器由銅螺母、安全開關(guān)、蝶形彈簧、錐形殼體（內(nèi)錐體）、錐形鐵芯（外錐體）、離心塊、離心塊座、壓簧片、齒輪等零部件組成，見圖1。

圖1 防墜安全器的構(gòu)造

SAJ型防墜安全器的工作原理為：當(dāng)施工升降機吊籠正常運行時，齒輪軸的小齒輪與升降機上的齒條嚙合，齒輪軸隨之轉(zhuǎn)動。吊籠在額定速度內(nèi)向下運行時，離心塊在彈簧力的作用下與齒輪軸上的離心塊座緊貼在一起。當(dāng)?shù)趸\向下運行速度超出額定速度時，離心塊克服彈簧力的作用向外甩出，離心塊的尖端與外錐體內(nèi)表面凸緣接觸，并帶動外錐體一起旋轉(zhuǎn)，裝在外錐體軸端的銅螺母隨之做軸向移動。所以當(dāng)外錐體旋轉(zhuǎn)時，銅螺母便向內(nèi)移動而壓緊蝶形彈簧。在蝶形彈簧的反作用力下，內(nèi)、外錐體摩擦面的壓緊力隨之逐漸增大，同時制動力矩也逐漸加大，直至吊籠停止運行，從而達到平穩(wěn)制動的目的。在制動過程的同時，安全開關(guān)動作，自動切斷驅(qū)動裝置的動力電源。

2 SAJ型防墜安全器異常情況及分析

SAJ型防墜安全器異常情況主要有以下幾類：制動距離過長或過短；防墜安全器動作失效、提前動作或延遲動作；安全器異響；動作開關(guān)失效。

2.1 制動距離過長或過短

防墜安全器在現(xiàn)場使用過程中的制動距離要求：安全器應(yīng)能使裝有1.3倍升降機額定載荷的吊籠停止并保持停止?fàn)顟B(tài)。升降機吊籠內(nèi)載荷不超過其額定載荷時，安全器制停吊籠時的制動距離應(yīng)符合表1規(guī)定。防墜安全器在進行制動性能試驗時要求：在試驗載荷不超過安全器額定制動載荷時，安全器制動距離和制動減速度應(yīng)符合表1規(guī)定；在超載制動試驗時，安全器應(yīng)能制停防護目標(biāo)［1］。

表1 安全器制動距離與制動減速度

根據(jù)防墜安全器的工作原理可知，防墜安全器的制動距離與制動力矩有關(guān)，制動力矩與內(nèi)、外錐體摩擦面的摩擦力f成正比。

式中 μ為動摩擦系數(shù)；N為正壓力。

由公式（1）可知，摩擦力f與動摩擦因素μ及正壓力N有關(guān)，f 與μ、N成正比。

2.1.1 制動距離過長

當(dāng)防墜安全器制動距離超過規(guī)定值時，會造成防護目標(biāo)內(nèi)人員的恐慌及不適。制動距離過大，主要是由于內(nèi)、外錐體摩擦面摩擦力太小造成制動力矩太小。由公式（1）可知，當(dāng)內(nèi)、外錐體摩擦面兩者之間的壓力N一定時，摩擦力f與摩擦系數(shù)μ成正比；當(dāng)摩擦面的摩擦系數(shù)μ一定時，摩擦力f與內(nèi)、外錐體摩擦面兩者之間的壓力N成線性關(guān)系。

經(jīng)過研究分析，造成制動距離過長的原因有以下四方面：

（1）安全器錐形殼體上的摩擦片沾油或水，部分損壞或脫落，針對此類情況應(yīng)去除制動輪表面油污或更換摩擦片。安全器上錐形殼體上的摩擦片沾油或水，會減少摩擦片與錐形鐵芯的動摩擦系數(shù)μ，從而導(dǎo)致摩擦片與錐形鐵芯的摩擦力減小，最終導(dǎo)致制動距離過長。摩擦片部分損壞或脫落，使得摩擦片與錐形鐵芯接觸面積減少，從而減少摩擦片與錐形鐵芯的摩擦力，最終導(dǎo)致制動距離過長。

（2）安全器復(fù)位不正確，針對此類情況應(yīng)重新復(fù)位安全器，使銅螺母退出的距離適中，確保蝶形彈簧有足夠的預(yù)緊力。安全器復(fù)位不正確，導(dǎo)致銅螺母退出距離過長，蝶形彈簧壓力減小，導(dǎo)致摩擦片與錐形鐵芯的預(yù)緊力N減小，從而導(dǎo)致摩擦片與錐形鐵芯的摩擦力減小，最終導(dǎo)致制動距離 過長。

（3）制動疊形彈簧壓縮片部分損壞或缺失，針對此類情況應(yīng)更換或補充制動疊形彈簧壓縮片。制動疊形彈簧壓縮片部分損壞或缺失，導(dǎo)致蝶形彈簧壓力和摩擦片與錐形鐵芯的預(yù)緊力減小，從而導(dǎo)致摩擦片與錐形鐵芯的摩擦力減小，最終導(dǎo)致制動距離過長。

（4）超載。施工升降機超載使得帶動防墜器齒輪轉(zhuǎn)動的力增大，超過或者即將達到防墜安全器的最大制動力，從而造成防墜器破壞，制動距離過長。因此使用方應(yīng)加強管理，嚴(yán)禁施工升降機超載使用。

2.1.2 制動距離過短

當(dāng)齒輪錐鼓形漸進式防墜安全器制動距離小于規(guī)定值時，制動過程中會產(chǎn)生巨大的沖擊，從而引起防護目標(biāo)內(nèi)人員的身體不適。制動距離過小，主要是由于內(nèi)、外錐體摩擦面摩擦力太大造成制動力矩太大。由公式（1）可知，摩擦力f太大是由于動摩擦系數(shù)μ及正壓力N太大造成的。

經(jīng)過研究分析，發(fā)現(xiàn)造成制動距離過短的原因有以下幾方面：

（1）錐形鐵芯銹蝕、粘連，針對此類情況應(yīng)除銹或更換錐鼓形制動輪。錐形鐵芯銹蝕、粘連，會使得摩擦片與錐形鐵芯之間的動摩擦系數(shù)μ增大，在預(yù)緊力N不變的情況下，摩擦力f也將增大，從而使得制動距離不足。

（2）摩擦片材料不符合要求，針對此類情況應(yīng)更換符合要求的摩擦片。如果摩擦片所用材料的摩擦系數(shù)μ較大，會使得摩擦力較大，從而使得制動距離不足。

（3）墜落試驗后防墜器未復(fù)位或復(fù)位不到位，針對此類情況應(yīng)對防墜安全器進行正確復(fù)位。防墜安全器做完墜落試驗后未復(fù)位或復(fù)位不足，使得蝶形彈簧一直處于被壓縮狀態(tài)，蝶形彈簧壓力增大，導(dǎo)致摩擦片與錐形鐵芯的預(yù)緊力N增大，從而導(dǎo)致摩擦片與錐形鐵芯的摩擦力增大，最終導(dǎo)致制動距離過短。

2.2 防墜安全器動作失效、提前或延遲動作

安全裝置應(yīng)能使裝有1.3倍額定載重量的吊籠停止并保持停止?fàn)顟B(tài)。在吊籠內(nèi)額定載荷不超過額定載重量時，對于額定速度不大于2.4m/s的升降機，安全裝置停止吊籠時減速度峰值大于2.5g的時間應(yīng)不大于0.04s；對于額定速度大于2.4m/s的升降機，安全裝置停止吊籠時的平均減速度應(yīng)在0.2～1.0g之間，且減速度峰值大于2.5g的時間應(yīng)不大于0.04s［2］。通過分析研究防墜安全器的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)防墜安全器動作失效、提前動作或延遲動作主要有以下幾方面原因：

（1）摩擦片完全脫落、損壞、缺失，針對此類情況應(yīng)更換摩擦片。當(dāng)摩擦片完全脫落、損壞、缺失時，錐形殼體與錐形鐵芯之間的摩擦力很小，使得當(dāng)防護目標(biāo)的運行速度達到安全器標(biāo)定運動速度時，摩擦力無法使安全器立即動作。

（2）離心塊、壓簧片作用失效或缺失、損壞，針對此類情況應(yīng)更換離心塊、壓簧片。當(dāng)離心塊、壓簧片作用失效或缺失、損壞，防護目標(biāo)的運行速度達到安全器標(biāo)定運動速度時，壓簧片、離心塊無法正常工作，從而離心塊的尖端無法與外錐體內(nèi)表面凸緣接觸，或接觸不多，無法正常帶動錐形鐵芯轉(zhuǎn)動，造成防墜安全器動作失效、提前動作或延遲動作。

（3）實際動作速度與其標(biāo)示值的誤差超出規(guī)定的誤差要求［1］，調(diào)節(jié)彈簧在調(diào)整速度時不起作用，針對此類情況應(yīng)更換防墜安全器。

2.3 防墜安全器異響

防墜安全器異響是指防墜安全器在施工升降機正常運轉(zhuǎn)過程中（防墜安全器未動作）存在異響。施工升降機正常運轉(zhuǎn)過程中，防墜安全器能運動的部件有齒輪、齒輪軸、離心塊、離心塊座、壓簧片運動；保持靜止的部件有銅螺母、安全開關(guān)、蝶形彈簧、錐形殼體、錐形鐵芯。根據(jù)防墜安全器的構(gòu)造及工作原理，可知防墜安全器異常主要有以下幾方面的原因：

（1）防墜器上的齒輪與施工升降機的齒條嚙合異常，針對此類情況應(yīng)重新安裝防墜安全器或更換齒條，使齒輪與齒條正常嚙合。標(biāo)準(zhǔn)要求安全器齒輪與升降機齒條的嚙合應(yīng)符合下列要求［1］：①應(yīng)有措施保證安全器制動過程中齒條節(jié)線和與其平行的安全器齒輪節(jié)圓切線重合或其距離不大于模數(shù)的1/3；即使前述措施失效，還應(yīng)有其他進一步的措施，保證前述距離不大于齒輪模數(shù)的2/3。②應(yīng)采取措施保證齒條全寬度與齒輪嚙合；即使前述措施失效，還應(yīng)有其他進一步的措施，保證90%的齒條寬度參與嚙合。③嚙合側(cè)隙不小于齒輪模數(shù)的1/10，嚙合面的平行度誤差不大于齒條寬度的1.5 /1000。

（2）彈簧片失效，針對此類情況應(yīng)更換彈簧片。彈簧片彈力不足，無法有效準(zhǔn)確的將離心塊壓緊在離心座內(nèi)，從而導(dǎo)致施工升降機正常運動過程中防墜器的離心塊抖動，與錐形鐵芯相互撞擊或摩擦發(fā)出異響，同時影響齒輪軸及齒輪的轉(zhuǎn)動，最終導(dǎo)致防墜器齒輪與施工升降機的齒條運轉(zhuǎn)過程中發(fā)出異響。

（3）銅套潤滑劑失效或損壞，針對此類情況應(yīng)更換銅套。銅套潤滑劑失效或損壞時，銅套與齒輪軸粘連在一起，從而造成銅套與齒輪軸一起運動，軸套與錐形鐵芯相互摩擦發(fā)出異響，同時影響齒輪軸及齒輪的轉(zhuǎn)動，最終導(dǎo)致防墜器齒輪與施工升降機的齒條運轉(zhuǎn)過程中發(fā)出異響。

2.4 動作開關(guān)失效

安全器應(yīng)設(shè)有安全開關(guān)（電氣安全裝置）。在安全器動作時，安全開關(guān)應(yīng)能直接切斷驅(qū)動機構(gòu)及制動器的控制電路。在安全器動作后，非自動復(fù)位的安全器只有通過人工調(diào)整壓緊制動加力彈簧的大螺母，才能使安全開關(guān)復(fù)位。安全開關(guān)應(yīng)符合GB/T 26557-2011中5.9.6的要求［1］。一旦超速安全裝置動作，正常控制下的吊籠運動應(yīng)能在電氣安全裝置的作用下自動停止［2］。

根據(jù)防墜安全器的結(jié)構(gòu)，可知動作開關(guān)失效有以下原因：

（1）動作開關(guān)損壞、缺失，針對此種情況應(yīng)更換動作開關(guān)。

（2）動作開關(guān)接線不正確，針對此種情況應(yīng)重新正確接線。

（3）動作調(diào)節(jié)螺栓未調(diào)到有效位置或缺失，針對此種情況應(yīng)調(diào)整或更換動作調(diào)節(jié)螺栓。

3 結(jié)束語

SAJ型防墜安全器異常情況有以下幾類：制動距離過長或過短，防墜安全器動作失效、提前動作或延遲動作，安全器異響，動作開關(guān)失效。因此當(dāng)防墜安全器出現(xiàn)異常情況時，應(yīng)及時進行檢查分析，根據(jù)異常情況的特征進行處理，從而保證防墜器的有效性，確保施工升降機出現(xiàn)意外下墜時，防墜安全器能夠正常工作，防止安全事故發(fā)生。