電梯層門門鎖裝置存在的典型問題及其改進設(shè)計

李金泰

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 上海 200062）

電梯是運送乘客與貨物的垂直交通工具，根據(jù)《市場監(jiān)管總局關(guān)于2022 年全國特種設(shè)備安全狀況的通告》顯示，全國電梯總量為964.46 萬臺，其中上海在用電梯超過30.4 萬臺，持續(xù)位列全球城市之首[1]。電梯作為特種設(shè)備，其數(shù)量的高速增長對安全提出了更高的要求。

電梯的型號繁多、結(jié)構(gòu)復雜，每一個部件都與安全息息相關(guān)，其中電梯層門、轎門及門鎖裝置作為阻擋乘客墜落和防止剪切傷害的安全部件，是保障電梯安全的重中之重。近年來不少專家學者針對層門強度、門導靴嚙合深度、副門鎖短接等問題提出了有針對性的檢驗方法和隱患排除方案[2-4]；同時一些專家學者為提高檢驗效率和質(zhì)量，設(shè)計了門導靴嚙合深度、門鎖嚙合尺寸檢測裝置等工具[5-6]。這些研究對保障電梯安全有積極作用，但是隨著老舊電梯數(shù)量的持續(xù)增多，一些因磨損、老化等原因?qū)е碌陌踩[患還沒有得到充分的研究。

本文針對特定類型電梯門鎖裝置因磨損等原因而產(chǎn)生的問題開展研究，并嘗試提出檢測方法以及改進設(shè)計方案。

1 特定類型門鎖裝置存在的問題

1.1 頂針式副門鎖存在的問題

頂針式副門鎖最常見的問題是失效后的被短接問題，且比其他類型如行程開關(guān)式副門鎖出現(xiàn)短接現(xiàn)象更為常見[7-9]。究其緣由，一方面是由于頂針式副門鎖的塑料部件存在老化破損問題，另一方面是由于觸點鍍銀表面存在硫化及磨損現(xiàn)象，此外安裝觸點的彈片由于長期與頂針配合存在永久變形問題。塑料部件老化破損問題嚴重時會導致安裝觸點的彈片脫落，而觸點表面硫化及磨損現(xiàn)象、安裝觸點彈片存在變形問題嚴重時會導致接觸不良，從而導致副門鎖失效[10]。

此外，當觸點表面存在硫化及磨損現(xiàn)象而導致接觸不良時，維保人員一般會對頂針表面的硫化層進行打磨，最終會導致頂針觸點表面被磨短并形成斜面，見圖1。

圖1 副門鎖頂針磨損情況

副門鎖塑料部件老化破損、觸點鍍銀表面存在硫化及磨損凹坑、安裝觸點彈片的變形問題見圖2。

圖2 副門鎖塑料件及彈片問題

1.2 上鉤式主門鎖存在的問題

某臺安裝于某家居商場內(nèi)，1981 年上海電梯廠制造，主要用于商品運送的曳引驅(qū)動載貨電梯，其門鎖型號為PB16D，該梯4 樓門鎖的嚙合尺寸雖然看似符合要求，但鎖緊元件和嚙合元件存在較嚴重的磨損現(xiàn)象，沿層門開啟方向施加一定的力后，層門即被打開，該層門門鎖的鎖緊效能幾乎失效，電梯其余樓層門鎖也存在一定的磨損，見圖3。另據(jù)使用單位介紹，該電梯層門門鎖沒有更換過。

圖3 層門鎖緊和嚙合元件磨損情況

關(guān)于層門主門鎖的相關(guān)標準，TSG T7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強制驅(qū)動電梯》（以下簡稱7001）、TSG T5002—2017《電梯維護保養(yǎng)規(guī)則》（以下簡稱5002）、GB/T 7588.1—2020《電梯制造與安裝安全規(guī)范 第1 部分：乘客電梯和載貨電梯》（以下簡稱7588.1）均有相應的要求，其中5002 只要求了嚙合尺寸，7001 規(guī)定了嚙合尺寸與電氣觸點閉合狀態(tài)的關(guān)系，7588.1 則在7001 的基礎(chǔ)上還提出了鎖緊效能的要求（7588 的各個版本對鎖緊效能的要求是一貫的，但只有2003 版及2020 版明確提出驗證力的大小為300 N，更具操作性）。但是，在電梯的維護保養(yǎng)和年檢中并未要求對層門的鎖緊效能進行驗證，如果主門鎖的鎖緊元件和嚙合元件因磨損而導致安全隱患，那么此隱患該如何盡早發(fā)現(xiàn)和處理？

2 新舊頂針式副門鎖對比分析及改進設(shè)計

2.1 新舊頂針式副門鎖對比分析

舊的副門鎖由于存在頂針磨成斜面、彈片變形等問題，導致兩者剛剛導通時其配合面很小，幾乎為線接觸，此時其電阻為0.6 Ω，見圖4。

當舊的副門鎖其頂針繼續(xù)插入，頂針與彈片觸點之間的配合面積大大增加，變?yōu)槊娼佑|，此時其電阻為0.1 Ω，見圖5。

圖5 舊副門鎖完全接觸時的配合面及電阻

新的副門鎖由于不存在頂針磨成斜面、彈片變形等問題，其剛剛導通時配合情況與舊的副門鎖相反，此時配合面最大，電阻為0.5 Ω，見圖6。

圖6 新副門鎖剛剛導通時的配合面及電阻

當新副門鎖的頂針繼續(xù)插入，彈片逐漸變形，頂針與彈片觸點之間的配合面積逐漸變小，變?yōu)榫€接觸，此時其電阻為1.1 Ω，見圖7。

圖7 新副門鎖繼續(xù)插入時的配合面及電阻

由此可見，頂針式副門鎖由于彈片變形問題始終存在頂針與彈片觸點配合面發(fā)生變化的情況，而其電阻與配合面的大小成反比。新舊副門鎖之間不同的是，新副門鎖剛接觸時，配合面最大，電阻最小為0.5 Ω，頂針繼續(xù)插入時，配合面逐漸減小，直至變?yōu)榫€接觸，此時電阻最大為1.1 Ω；舊副門鎖剛接觸時，配合面最小，為線接觸，電阻最大為0.6 Ω，頂針繼續(xù)插入時，配合面逐漸變大，直至完全接觸，此時電阻最小為0.1 Ω。舊副門鎖的電阻整體上比新副門鎖小，這是因為舊副門鎖的頂針經(jīng)過打磨之后變成了斜面，其面積比全新的頂針頂面大，從而使得與彈片觸點之間的配合面更大，所以電阻整體較小。

2.2 頂針式副門鎖具體使用情境探討

新副門鎖的電阻在0.5 ～1.1 Ω 之間，當觸點存在硫化現(xiàn)象時，其電阻會慢慢變大，嚴重時會無法導通。將副門鎖的電阻情況放入實際情境進行考量，不考慮副門鎖的配合面積與具體硫化情況，取電阻的中間值0.8 Ω。假設(shè)電梯有30 層，導線電阻為0，主門鎖的電阻與副門鎖相等，電梯沒有轎門鎖，門鎖接觸器的額定電壓為110 V，額定電流為11 A。此時門鎖回路由30 個副門鎖、30 個主門鎖、2 個驗證轎門關(guān)閉的電氣安全裝置組成，其電阻為49.6 Ω，門鎖回路的電流為2.2 A，電流遠小于門鎖接觸器的額定電流11 A。當門鎖觸點的硫化現(xiàn)象加重，電梯門鎖回路的電阻將持續(xù)變大，直至影響門鎖接觸器的正常工作狀態(tài)，從而導致電梯運行故障。

因此，有必要對頂針式副門鎖進行優(yōu)化設(shè)計，規(guī)避一些自身結(jié)構(gòu)帶來的問題。

2.3 頂針式副門鎖的改進設(shè)計

頂針式副門鎖塑料部件老化破損問題和觸點鍍銀表面存在硫化現(xiàn)象，涉及材料學及表面處理工藝，需要聯(lián)合其他行業(yè)專家研究討論，本文不做展開。但是頂針式副門鎖存在的觸點凹坑以及因彈片變形而導致的頂針與彈片觸點接觸面積變化的問題，可以通過改變結(jié)構(gòu)予以解決。由于觸點凹坑與頂針尖端撞擊有關(guān)，而接觸面積也與頂針與觸點接觸方式有關(guān)，因此頂針式副門鎖的改進可從增大接觸面積、改變彈片變形方向著手。增大頂針直徑或者將2 副彈片觸點直接連接可以有效增大接觸面積，但是考慮到安全觸點在設(shè)計時必須能可靠斷開，因此將2 副彈片觸點直接連接的方式并不可行，而改變彈片的變形方式可以考慮用彈簧代替彈片的回彈作用，具體改進方案見圖8。

圖8 頂針式副門鎖改進設(shè)計

上述方案的優(yōu)點在于用彈簧代替彈片可以很大程度上避免后期彈片變形問題，從而增強了頂針式副門鎖的可靠性，同時由于電阻與接觸面積成反比，因此增大頂針直徑可以有效減小電阻，增加頂針式副門鎖的導電性，減少故障率。

3 上鉤式與下鉤式主門鎖對比分析及改進方案

3.1 上鉤式與下鉤式主門鎖對比分析

將上鉤式主門鎖與下鉤式主門鎖進行對比發(fā)現(xiàn)，2種主門鎖在開合過程中均有摩擦現(xiàn)象，上鉤式主門鎖的摩擦面為鎖緊元件與嚙合元件的配合面，而下鉤式主門鎖則為非配合面，見圖9。因此，下鉤式主門鎖的嚙合尺寸幾乎不受磨損的影響。

圖9 下鉤式層門門鎖摩擦情況

進一步測量發(fā)現(xiàn)，常用的下鉤式主門鎖，如三菱型161 門鎖，其鎖鉤的長度為12 mm，其刻度線以下的長度為10 mm，而本文所述PB16D 型門鎖鎖鉤的長度僅為9 mm，見圖10。因此，如果PB16D 型門鎖的活動部位存在卡阻問題，那么最小嚙合尺寸7 mm 將很難保證，此外磨損問題也將導致有效嚙合尺寸易小于7 mm。

圖10 層門門鎖鎖鉤長度情況

由此可見，上鉤式層門門鎖不僅存在磨損問題，部分型號的門鎖在結(jié)構(gòu)上還存在一定的不足，此外當主門鎖的鎖緊元件和嚙合元件存在磨損時，其鎖緊效能如何檢測，這些都值得深入探討。

3.2 上鉤式主門鎖鎖緊效能的檢測方案

參照TSG T7007—2022《電梯型式試驗規(guī)則》，當門鎖存在磨損問題時應當對其進行機械靜態(tài)和動態(tài)試驗。機械靜態(tài)試驗主要驗證門鎖的鎖緊效能，具體方法是：1 人站在轎頂或候梯廳，分別在直接作用于門鎖鎖緊元件的合適位置、門扇開啟方向最不利的點、門扇離地1.4 m 的位置用拉力計沿開門方向施加300 N的力，每個位置分別施加3 次。

理由如下：7588.1 中規(guī)定驗證門鎖鎖緊效能的力大小為300 N，方向為沿門的開啟方向，但是沒有給出力的具體作用點。經(jīng)過分析，可能的作用點應該有3 個：

1）第1 個作用點：直接作用于門鎖裝置最高處。7588.1 中5.3.9.1.7 要 求 在 進 行GB/T 7588.2—2020《電梯制造與安裝安全規(guī)范 第2 部分：電梯部件的設(shè)計原則、計算和檢驗》中5.2 條規(guī)定的試驗期間，門鎖裝置應能承受一個沿開門方向且作用在門鎖裝置最高處的力。

2）第2 個作用點：直接作用于門扇開啟方向最不利的點。7588.1 中5.3.5.3.3 驗證門的間隙時要求，在水平滑動門和折疊門主動門扇的開啟方向，以150 N的人力（不用工具）施加在一個最不利的點上。

3）第3 個作用點：作用在盡可能接近使用人員試圖開啟這扇門施加力的位置上。TSG T7007—2022 中P6.4 要求對門鎖進行機械靜態(tài)試驗，該要求與GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中附錄F1.2.2.2 靜態(tài)試驗中的規(guī)定一致，即：“沿門的開啟方向，在盡可能接近使用人員試圖開啟這扇門施加力的位置上，施加1 個靜態(tài)力”。

第1 個作用點最為直接。第2 個作用點主要用于驗證門的間隙，是綜合考慮門滑塊與導槽之間的配合以及門的傳動后的結(jié)果。第3 個作用點是對門鎖強度進行試驗時取的點，與可能存在的工況最為接近。為全面檢查門鎖的鎖緊效能，有必要在上述3 個作用點上進行試驗。

但是使用人員試圖扒開層門扇門最可能的位置（第3 個作用點）大概在哪里？按照人體功效學原理，當人試圖扒開層門時，為使動作更加順暢會把手抬高至與肩齊平位置。《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告（2020 年）》顯示，18 ～44 歲中國男性平均身高169.7 cm，在GB/T 10000—1988《中國成年人人體尺寸》中該身高的百分位數(shù)在50 ～90 之間，對應的肩高位置為1 367 mm 和1 435 mm。因此使用人員試圖開啟這扇門施加力的位置可取1 367 mm 和1 435 mm 的平均值，即1 401 mm。

機械動態(tài)試驗按照TSG T7007—2022中P6.5進行，即：“處于鎖緊位置的門鎖裝置應當沿門的開啟方向進行一次沖擊試驗。其沖擊相當于一個4 kg 的剛性體從0.5 m 高度自由落體所產(chǎn)生的效果”。具體方法是將尼龍繩一頭拴在門鎖上，中間借助門掛輪進行導向，另一頭系住質(zhì)量為4 kg 的剛性體，把剛性體抬高0.5 m后放下。試驗后觀察門鎖的狀態(tài)。

用上述方法對本文開頭所述的貨梯層門門鎖進行檢驗發(fā)現(xiàn)，在該層門距地面1.4 m 的高度沿開啟方向施加約89.5 N 的力后，層門即被打開，見圖11。

圖11 層門門鎖鎖緊效能情況

3.3 上鉤式主門鎖的改進意見

上鉤式層門主門鎖尤其是使用年限較長的主門鎖，當磨損加劇從而影響層門的鎖緊效能時，將嚴重影響乘客的人身安全。在結(jié)構(gòu)上，部分上鉤式層門門鎖的鎖鉤長度較短，這不利于保證最小嚙合尺寸的要求，也不利于抵消磨損問題。因此為有效避免鎖緊效能的降低可以從增加主門鎖有效嚙合尺寸方面著手，建議廠家增加鎖鉤長度或者改進鎖鉤底部結(jié)構(gòu)，見圖12。由于鎖鉤結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生改變，若廠家采納上述改進意見，還需要考慮門鎖改進之后能否繼續(xù)滿足型式試驗的要求。

圖12 鎖鉤結(jié)構(gòu)改進方向

此外，另一種上鉤式層門主門鎖也存在類似的問題（該電梯服役已超過20 年），見圖13。采用本文所述檢測方法用拉力計在門扇開啟方向最不利的點沿開門方向加力，在力達到165.2 N 的情況下門被拉開。由此可見，上鉤式層門主門鎖確實存在因摩擦磨損而降低鎖緊效能的問題，因此建議更換此類層門主門鎖為下鉤式。

圖13 門鎖磨損情況

4 結(jié)束語

使用年限較長的頂針式副門鎖其彈片變形等問題確實較為常見，而在維保或者使用環(huán)節(jié)中規(guī)避此類問題有一定的難度，因此該問題可由電梯零部件生產(chǎn)廠家通過優(yōu)化設(shè)計來規(guī)避。同時，在日常維護保養(yǎng)和檢驗檢測中還應特別注意，當上鉤式主門鎖存在磨損現(xiàn)象時，還應及時驗證門鎖的鎖緊效能，必要時對門鎖進行更換。此外，門鎖的相關(guān)標準中，只有7588.1 規(guī)定了門鎖鎖緊效能的要求，而與電梯安全密切相關(guān)的5002 和7001 卻沒有相應的內(nèi)容，所以門鎖的磨損問題對相關(guān)標準的制修訂具有一定的參考意義。