電梯安全鉗動(dòng)作受力分析及失效探究

張鵬飛

（贛州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江西贛州 341000）

0 引言

電梯作為高層住宅中人們出行的必要工具，其安全問題越來越受到人們的廣泛關(guān)注，近些年來，墜梯事故也時(shí)有發(fā)生，當(dāng)電梯發(fā)生超速下降時(shí)，電梯的安全鉗就成為了保障電梯安全的重要一環(huán)，安全鉗與限速器進(jìn)行聯(lián)動(dòng)作用，達(dá)到限制電梯超速的功效。安全鉗制停電梯時(shí)將轎廂夾持在導(dǎo)軌上，其安全性取決于力的大小，有效分析受力是十分重要的。安全鉗的規(guī)格比較多，不同生產(chǎn)廠家能力不同，所生產(chǎn)的成品自然也有不同，可能產(chǎn)生不同的制動(dòng)效果，就需要對(duì)安全鉗的性能進(jìn)行測(cè)試，并且對(duì)其失效模式深入分析。

1 工作原理解析

每一部電梯想要安全運(yùn)動(dòng)，均要有安全鉗作為安全保障，也才能有效保障電梯安全穩(wěn)定的運(yùn)行。當(dāng)電梯下降速度過快，速度達(dá)到限速器的設(shè)定速度時(shí)，一般為額定速度的1.15倍，限速器將觸發(fā)安全鉗，安全鉗將電梯夾在導(dǎo)軌上，整個(gè)過程就阻止了電梯轎廂繼續(xù)運(yùn)行。避免電梯墜落，有效地保護(hù)乘客。目前，大部分電梯所使用的安全鉗有兩種不同的形式，即瞬時(shí)式、漸進(jìn)式。后者常用，下面以該形式作為分析內(nèi)容。

2 受力的分析

該部件可以近似為一個(gè)梯形結(jié)構(gòu)，除了自身的重量外,還受到來自于導(dǎo)軌的壓力F和導(dǎo)軌給安全鉗的摩擦力f，圖1為電梯安全鉗受力分析圖，限速器在電梯超過規(guī)定速度快速墜落之時(shí)，其拉桿需被上提，這樣操作能讓安全鉗楔塊產(chǎn)生移動(dòng)（上升或水平方面），引發(fā)曳引機(jī)電源斷切而停罷。制動(dòng)器斷電之后，減速轎廂同時(shí)通過安全鉗制動(dòng)的作用，安置于導(dǎo)軌。一般情況下，電梯是受到安全鉗的摩擦力的作用停下來的，以某臺(tái)自重1600 kg的電梯為例，對(duì)其在超速情況下的安全鉗的受力進(jìn)行分析。

假設(shè)轎廂從超速到安全停穩(wěn)的制動(dòng)距離為13 mm，制動(dòng)時(shí)轎廂的加速度為式（1）：

其中，a為安全鉗對(duì)轎廂施加的加速度。X為轎廂的制動(dòng)后的位移，可以算出a為50.87 m/s2，假設(shè)轎廂滿載運(yùn)行，可以算出安全鉗受到豎直向上受到的摩擦力f：

其中f=81 392 N。通過摩擦力可以算出垂直于鉗塊的正壓力。通常情況下，導(dǎo)軌的材料為鋼材，一般取摩擦因數(shù)為μ=0.1，運(yùn)用公式（3）：

可以算出：F=813 920 N，安全鉗為兩個(gè)鉗塊同時(shí)對(duì)導(dǎo)軌兩側(cè)作用，所以每一個(gè)鉗塊的作用力為每一塊鉗塊所受豎直方向上的摩擦力f1=f2=F/2=40 696 N。安全鉗受力分析見圖1。

圖1 安全鉗受力分析

3 安全鉗的失效分析及實(shí)驗(yàn)原理

3.1 制動(dòng)減速度

漸進(jìn)式安全鉗制動(dòng)時(shí)的平均減速度，正如標(biāo)準(zhǔn)GB 7588—2003對(duì)于電梯制動(dòng)平均減速度的要求所描述的，裝有額定載重量的轎廂自由下落的情況下，在電梯超速運(yùn)行時(shí)，安全鉗受限速器超速開關(guān)和安全鉗作用，（如上所述安全鉗的受力分析可知）曳引機(jī)斷開電源，停止運(yùn)轉(zhuǎn)，減速度要求的范圍大于0.2g且小于1.0g。

3.2 載荷對(duì)于安全鉗制動(dòng)的影響

為了進(jìn)一步探究安全鉗的失效模式，分析電梯轎廂的超載使用會(huì)對(duì)超速運(yùn)行的電梯的制動(dòng)過程產(chǎn)生的影響，從而總結(jié)安全鉗的制動(dòng)效果。依然選取上文的電梯為例，電梯載荷為1600 kg，分別選取額定載荷的50%到150%幾組載荷分別進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)漸進(jìn)式安全鉗分析其失效的原因。對(duì)制動(dòng)距離、平均減速的速度進(jìn)行測(cè)量，有效分析載荷量對(duì)于降低速度的影響。所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為在載荷50%的情況下制動(dòng)距離為600 mm，轎廂載荷對(duì)制動(dòng)距離和平均減速度的影響見表1。

表1 轎廂載荷對(duì)制動(dòng)距離和平均減速度的影響

從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，電梯的制動(dòng)效果發(fā)生了明顯改變，載荷量越大制動(dòng)距離越長(zhǎng)，而平均減速度越小，載荷量＞額定載荷，超出量145%時(shí)平均速度已處在臨界值，如果此時(shí)進(jìn)一步增加載荷，造成平均減少速度下降至0.15g，而在標(biāo)準(zhǔn)的要求為0.1g，已經(jīng)超出允許范圍，制動(dòng)距離一旦過大，可能導(dǎo)致蹲底的的可能。實(shí)際使用電梯超速下降，安全鉗無法達(dá)到檢驗(yàn)規(guī)定要求減少的速度范圍內(nèi)，與使用要求不符合而造成危險(xiǎn)發(fā)生，引發(fā)事故。

3.3 失效分析

由上述內(nèi)容分析，載荷過大，對(duì)于制動(dòng)距離、平均速度等，均有極大影響，產(chǎn)生安全的隱患問題，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的電梯出現(xiàn)的故障情況才能引起更多的重視，定時(shí)、定量做好檢查工作，有效將故障一一排除。

3.3.1 間隙不當(dāng)

（1）由于電梯重新裝修或是在維修過程中，施工人員在施工期間，有雜物掉落在導(dǎo)軌與安全鉗的縫隙之中，沒有及時(shí)清理，雜物產(chǎn)生堆積，并且維保階段沒有注意，在電梯運(yùn)行階段引發(fā)電梯安全鉗的誤動(dòng)作。這就需要在施工階段，發(fā)現(xiàn)存在垃圾堆積現(xiàn)象就要及時(shí)清理，并且在安裝階段避免楔塊之間存在高度差，一旦出現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整。

（2）在電梯正常運(yùn)行過程中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，安全鉗與導(dǎo)軌之間的間隙要留有至少2～3 mm，電梯運(yùn)動(dòng)過程中，振動(dòng)是不可避免的，而不停的振動(dòng)會(huì)造成安全鉗、導(dǎo)軌間隙有一定的變化。如果電梯導(dǎo)軌或安全鉗有磨損，容易造成安全鉗誤動(dòng)。

3.3.2 限速器調(diào)整不當(dāng)

限速器與安全鉗始終處于聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，一旦限速器出現(xiàn)問題也極容易造成失效發(fā)生。分析原因在于限速器調(diào)整未能到位，原因可能是由于偏心凸輪處油結(jié)垢而造成的，此時(shí)運(yùn)行時(shí)，滾輪可能導(dǎo)致楔塊卡凸輪齒槽。要做到早發(fā)現(xiàn)，早清理，必要時(shí)調(diào)整限速器的彈簧，保證曳引機(jī)轉(zhuǎn)速與限速器的轉(zhuǎn)速同步。

3.3.3 楔塊動(dòng)作不靈敏

楔塊動(dòng)作不靈敏也會(huì)導(dǎo)致安全鉗失效，由于楔塊座體上可能會(huì)積累過多的油污，在安全鉗動(dòng)作之后楔塊無法完全復(fù)位，此時(shí)導(dǎo)軌、楔塊之間間隙不足，導(dǎo)致安全鉗失誤。

3.3.4 提拉桿動(dòng)作失靈

如果在安全鉗的連桿臂傳動(dòng)部分，潤(rùn)滑油不足或是傳動(dòng)部分腐蝕，可能導(dǎo)致提拉桿動(dòng)作失靈，且影響非常大。如果提拉桿沒有辦法運(yùn)作，當(dāng)電梯安全鉗運(yùn)作后仍會(huì)沿導(dǎo)軌繼續(xù)進(jìn)行，在總體運(yùn)行中，如果遇到凸起則可能再次引發(fā)安全鉗的二次運(yùn)作。這就需要使用單位定期對(duì)安全鉗的拉桿轉(zhuǎn)動(dòng)部分進(jìn)行檢查與清理。

4 結(jié)語

安全鉗是電梯安全系統(tǒng)的重要部分，保障著電梯安全可靠運(yùn)行。使用單位、維保人員以及電梯檢驗(yàn)人員要充分了解電梯安全鉗動(dòng)作受力情況及失效原因，針對(duì)出現(xiàn)的故障制定有效的防護(hù)措施，希望對(duì)安全鉗的受力分析以及失效形式的探究能夠?yàn)橄嚓P(guān)從業(yè)人員提供幫助，保障人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。