兩種不同作用的對(duì)重安全鉗比較研究*

馮雙昌，吳 昊

(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200083)

1 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，高樓大廈越來(lái)越多，電梯已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)生活中不可或缺的一種垂直交通運(yùn)輸工具，人們對(duì)電梯安全性和舒適性的要求也越來(lái)越高。但是，電梯沖頂或墜落的重大事件卻時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電梯每運(yùn)行8.3億次，就會(huì)發(fā)生1次如失控沖頂或超速墜落等重大事故。為此，2003年修訂《電梯制造與安裝安全規(guī)范》時(shí)增加的一項(xiàng)重要內(nèi)容就是上行超速保護(hù)裝置，并且規(guī)定其中的一種形式為對(duì)重安全鉗［1］。但由于上行超速保護(hù)裝置在國(guó)內(nèi)是近幾年才開(kāi)始推行的電梯安全概念，因此許多電梯制造單位、維保單位、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)其認(rèn)識(shí)還不深刻，尤其是對(duì)具有上行超速保護(hù)作用的對(duì)重安全鉗(以下簡(jiǎn)稱(chēng)超速保護(hù)對(duì)重安全鉗)和之前出現(xiàn)的具有地下空間防護(hù)作用的對(duì)重安全鉗(以下簡(jiǎn)稱(chēng)空間防護(hù)對(duì)重安全鉗)的關(guān)系不清楚。許多電梯從業(yè)人員甚至認(rèn)為只要電梯安裝了對(duì)重安全鉗，該電梯就具有了上行超速保護(hù)裝置，對(duì)此，本文從多個(gè)方面對(duì)這兩種不同作用的對(duì)重安全鉗進(jìn)行比較和分析。

2 設(shè)置目的

電梯的轎廂和對(duì)重是通過(guò)鋼絲繩、繩頭體等組裝成的懸掛機(jī)構(gòu)來(lái)承重的，如果某一環(huán)節(jié)發(fā)生斷裂，轎廂和對(duì)重就會(huì)失控而自由下降［2］。在現(xiàn)代高層建筑中，為了充分利用空間，常將電梯底坑下的空間作為車(chē)庫(kù)或過(guò)人通道。因?yàn)樵摽臻g上面有轎廂和對(duì)重在運(yùn)行，空間內(nèi)還有人進(jìn)入，如果轎廂或?qū)χ厥Э囟l(fā)生蹲底事故，底坑下人員的安全將難以保證。

針對(duì)此，GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中5.5b要求對(duì)重上要裝設(shè)安全鉗，即本文所稱(chēng)的空間防護(hù)對(duì)重安全鉗?？梢?jiàn)設(shè)置空間防護(hù)對(duì)重安全鉗的目的是防止電梯以超過(guò)限速器動(dòng)作速度的速度撞擊緩沖器，并保證傳遞到井道墻體和底坑的力限制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，以保護(hù)底坑下通過(guò)人員的安全。

當(dāng)電梯曳引系統(tǒng)，如驅(qū)動(dòng)主機(jī)、制動(dòng)器、軸、減速齒輪、聯(lián)軸器等部件失效或驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)失控時(shí)，對(duì)重就會(huì)拖動(dòng)空載或輕載轎廂加速上行，從而發(fā)生“沖頂”事故［3］。設(shè)置超速保護(hù)對(duì)重安全鉗的目的就是當(dāng)轎廂上行超速到一定程度時(shí)該保護(hù)裝置動(dòng)作，使轎廂制停或減速運(yùn)行，保護(hù)轎內(nèi)乘客和財(cái)產(chǎn)的安全。

可見(jiàn)，這兩種對(duì)重安全鉗設(shè)置的目的和作用是不同的。

3 發(fā)展歷史

因?yàn)槿说念^頂要比腳底耐沖擊能力差很多，所以轎廂中的乘客在上行超速時(shí)的危險(xiǎn)要比下行超速時(shí)大。1985年前后，在美國(guó)開(kāi)始探討上行超速保護(hù)裝置，其電梯標(biāo)準(zhǔn)ASME A17.1對(duì)上行超速保護(hù)裝置做了詳細(xì)規(guī)定［4］。與此同時(shí)，針對(duì)該問(wèn)題歐洲也展開(kāi)了討論。歐洲的EN81-1:1998《Safety rules for the construction and installation of lifts and service lifts;part 1:electric lifts》第9.10條明確要求曳引驅(qū)動(dòng)電梯應(yīng)裝設(shè)符合要求的轎廂上行超速保護(hù)裝置，并規(guī)定應(yīng)作用于轎廂;或?qū)χ?或鋼絲繩系統(tǒng)(懸掛繩或補(bǔ)償繩);或曳引輪(例如直接作用在曳引輪，或作用于最靠近曳引輪的曳引輪軸上)。其中曳引輪實(shí)現(xiàn)的方式是在對(duì)重側(cè)設(shè)置安全鉗，即超速保護(hù)對(duì)重安全鉗。我國(guó)現(xiàn)行最主要的電梯標(biāo)準(zhǔn)是GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》，是等效采用EN81-1:1998，也增加了上行超速保護(hù)裝置的相關(guān)內(nèi)容。該標(biāo)準(zhǔn)從2004年1月1日起實(shí)施，過(guò)渡期為1年。

對(duì)于轎廂與對(duì)重之下有人能夠達(dá)到的空間，安裝對(duì)重安全鉗的研究開(kāi)展的更早。歐洲的EN81-1:1985就已經(jīng)對(duì)此做了明確規(guī)定。

4 運(yùn)行原理和組成

根據(jù)GB7588-2003中9.8.3.1的規(guī)定可知，空間防護(hù)對(duì)重安全鉗的動(dòng)作應(yīng)由限速器來(lái)控制。若額定速度小于或等于1 m/s，對(duì)重安全鉗可借助懸掛機(jī)構(gòu)的斷裂或者借助一根安全繩來(lái)動(dòng)作。

根據(jù)GB7588-2003中9.10.4的規(guī)定可知，上行超速保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)的方式之一就是在對(duì)重側(cè)設(shè)置安全鉗，即超速保護(hù)對(duì)重安全鉗。9.10.10還規(guī)定，使轎廂上行超速保護(hù)裝置動(dòng)作的電梯速度監(jiān)控部件應(yīng)是符合9.9要求的限速器或符合相關(guān)要求的裝置。

在實(shí)際中，由于限速器技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠，因此無(wú)論是空間防護(hù)對(duì)重安全鉗還是超速保護(hù)對(duì)重安全鉗一般都是和限速器配合工作。當(dāng)對(duì)重下行超速達(dá)到一定值時(shí)，限速器機(jī)械動(dòng)作，拉動(dòng)安全鉗夾住導(dǎo)軌使對(duì)重制停。

可見(jiàn)，從組成上講，這兩種不同作用的對(duì)重安全鉗都和限速器配合使用;從運(yùn)動(dòng)原理上講，都是通過(guò)由限速器監(jiān)控對(duì)重下行的速度，當(dāng)對(duì)重速度超出范圍后發(fā)出信號(hào)使安全鉗動(dòng)作，從而使對(duì)重和轎廂減速。

5 與之配套的限速器的動(dòng)作速度

GB7588-2003的9.8、9.9、9.10分別對(duì)安全鉗、限速器和上行超速保護(hù)裝置做了專(zhuān)門(mén)規(guī)定。根據(jù)9.9.1規(guī)定可知，操縱轎廂安全鉗的限速器的動(dòng)作速度應(yīng)發(fā)生在速度至少等于額定速度的115%。根據(jù)9.9.3的規(guī)定可知，操縱空間防護(hù)對(duì)重安全鉗的限速器的動(dòng)作速度應(yīng)大于9.9.1規(guī)定的轎廂安全鉗的限速器動(dòng)作速度，但不得超過(guò)10%。可見(jiàn)，操縱空間防護(hù)對(duì)重安全鉗的限速器要后于操縱轎廂安全鉗的限速器。這是因?yàn)檗I廂是載人部件，一旦有超速情況，應(yīng)優(yōu)先控制轎廂。

根據(jù)9.10.1的規(guī)定可知，對(duì)于超速保護(hù)對(duì)重安全鉗，作為其速度監(jiān)控元件的限速器應(yīng)能檢測(cè)出上行轎廂的速度失控，其下限是電梯額定速度的115%，上限是9.9.3規(guī)定的速度。可見(jiàn)，對(duì)于操縱超速保護(hù)對(duì)重安全鉗的限速器和操縱轎廂安全鉗的限速器的動(dòng)作先后順序未作規(guī)定。

如圖1所示，v為電梯額定速度;v1為操縱轎廂安全鉗的限速器的動(dòng)作速度;v2為操縱空間防護(hù)對(duì)重安全鉗的限速器的動(dòng)作速度;v3為操縱超速保護(hù)對(duì)重安全鉗的限速器的動(dòng)作速度，那么v1、v2、v3需滿(mǎn)足以下三個(gè)不等式［5］:

圖1 操縱各安全鉗的限速器的動(dòng)作速度示意圖

115%v≤v1，v1＜v2≤110%v1，115%v＜v3≤v2

可見(jiàn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，操縱空間防護(hù)對(duì)重安全鉗的限速器的動(dòng)作速度范圍和操縱超速保護(hù)對(duì)重安全鉗的限速器的動(dòng)作速度范圍相比，前者比后者小。

6 制停要求

根據(jù)GB7588-2003中9.8.1.2的規(guī)定可知:空間防護(hù)對(duì)重安全鉗在達(dá)到限速器動(dòng)作速度時(shí)應(yīng)能通過(guò)夾緊導(dǎo)軌而使對(duì)重制停并保持靜止?fàn)顟B(tài)。根據(jù)9.10.1的規(guī)定可知:作為減速元件的超速保護(hù)對(duì)重安全鉗，應(yīng)能使轎廂制停，或至少使其速度降低至對(duì)重緩沖器的設(shè)計(jì)范圍?？梢?jiàn)，標(biāo)準(zhǔn)中這兩種不同作用的對(duì)重安全鉗的制停要求是不同的，空間防護(hù)對(duì)重安全鉗的要求更高。

當(dāng)轎廂上行超速時(shí)，最不利的工況是曳引輪為自由輪，對(duì)重帶動(dòng)空載轎廂超速，此時(shí)超速保護(hù)對(duì)重安全鉗的制動(dòng)力計(jì)算公式如下［6］:

式中:F為對(duì)重安全鉗制動(dòng)力;P為空載轎廂質(zhì)量;Q為電梯額定載荷;g為重力加速度;K為平衡系數(shù);a為對(duì)重安全鉗制動(dòng)時(shí)的平均減速度。

GB7588-2003中5.5b情況下，最不利的工況是懸掛裝置斷裂，對(duì)重自由落下。此時(shí)，空間防護(hù)對(duì)重安全鉗的制動(dòng)力計(jì)算公式如下［6］:

將上面兩式進(jìn)行比較可知，在最不利的工況下空間防護(hù)對(duì)重安全鉗的制動(dòng)力比超速保護(hù)對(duì)重安全鉗的制動(dòng)力大，因此在選用安全鉗時(shí)要特別注意。

7 減速度要求

根據(jù)GB7588-2003中9.8.2.3的規(guī)定可知，若額定速度大于1 m/s，空間防護(hù)對(duì)重安全鉗應(yīng)是漸進(jìn)式的，其他情況下，可以是瞬時(shí)式的。根據(jù)9.10.3的規(guī)定可知，超速保護(hù)對(duì)重安全鉗在使空載轎廂制停時(shí)，其減速度不得大于1 g。

安全鉗按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為瞬時(shí)式安全鉗和漸進(jìn)式安全鉗。瞬時(shí)式安全鉗的夾緊元件支承在剛性元件上，夾緊元件一旦與導(dǎo)軌接觸，就不需任何外力而依靠自鎖夾緊導(dǎo)軌，制動(dòng)力很大，能使轎廂立刻停止。而漸進(jìn)式安全鉗的夾緊元件支承在彈性元件上，其夾緊力是制動(dòng)元件鎖死后由彈性元件的彈性決定的，基本是恒定值，因此其制停減速度是不變的，且因其制動(dòng)力受控而不致于導(dǎo)致減速度過(guò)大［7］。

瞬時(shí)式安全鉗的最大制停減速度在5～10 g左右，此時(shí)制停的上行轎廂被巨大的慣量上拋會(huì)因突然失去曳引作用隨即自由下墜，對(duì)轎廂和導(dǎo)軌都可能產(chǎn)生破壞作用，不符合標(biāo)準(zhǔn)中減速度要求，因此超速保護(hù)對(duì)重安全鉗不能采用瞬時(shí)式安全鉗。

可見(jiàn)，在減速度方面，超速保護(hù)對(duì)重安全鉗的要求更加嚴(yán)格。這是因?yàn)槿梭w承受上行和下行減速度的能力是不同的，超速保護(hù)對(duì)重安全鉗最大的減速度值不允許大于1 g，即在上行超速保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，不允許乘客瞬間處于完全失重或“漂浮”狀態(tài)［8］。

8 檢驗(yàn)要求

GB7588-2003附錄D對(duì)這兩種不同作用的對(duì)重安全鉗交付使用前的檢驗(yàn)方法做了明確規(guī)定。對(duì)于空間防護(hù)對(duì)重安全鉗，在對(duì)重下行期間，電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)直至鋼絲繩打滑或松弛，并在下列條件下進(jìn)行:①瞬時(shí)式安全鉗，轎廂空載，安全鉗的動(dòng)作應(yīng)由限速器或安全繩觸發(fā)，并在檢修速度下進(jìn)行;②漸進(jìn)式安全鉗，轎廂空載，安全鉗的動(dòng)作可在額定速度或檢修速度下進(jìn)行。對(duì)于超速保護(hù)對(duì)重安全鉗，轎廂空載，以不低于額定速度上行，僅用轎廂上行超速保護(hù)裝置制停轎廂。可見(jiàn)，對(duì)這兩種不同作用的對(duì)重安全鉗的檢驗(yàn)方法也是不同的。

9 結(jié)語(yǔ)

在電梯對(duì)重側(cè)設(shè)置安全鉗，一種作用是對(duì)轎廂和對(duì)重之下有人能夠到達(dá)的地下空間進(jìn)行防護(hù)，另一種作用是作為上行超速保護(hù)裝置。本文從設(shè)置目的、發(fā)展歷史、運(yùn)行原理和組成、與之配套的限速器的動(dòng)作速度、制停要求、減速度要求幾個(gè)方面對(duì)這兩種不同作用的對(duì)重安全鉗進(jìn)行比較和分析，結(jié)果表明空間防護(hù)對(duì)重安全鉗和超速保護(hù)對(duì)重安全鉗既有相同之處，也有不同之處，決不能簡(jiǎn)單的混為一談，尤其是檢驗(yàn)對(duì)重安全鉗時(shí)，一定要針對(duì)其不同的作用按照相對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。

［1］ 全國(guó)電梯標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB 7588-2003電梯制造與安裝安全規(guī)范［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

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