防止電梯轎廂意外移動的安全保護裝置設計

（廣東省特種設備檢測研究院，廣東 廣州 510630）

1 轎廂意外移動的案例

2013年5月15日上午11時，深圳市羅湖區長虹大廈某醫院，某實習護士步出電梯轎廂時，層門尚未關閉，轎廂突然意外移動向下滑行，轎廂離開門區后，層門脫離轎門門刀并關閉夾住該名護士的頭部，護士頭部卡在地坎上，身體則在轎廂內。轎廂繼續意外下滑，此時轎門門楣如閘刀一般奪取了護士的生命。

2013年8月5日，深圳市寶安區新安街道某小區A棟，電梯轎廂21樓停站，大量乘客進入轎廂，同樣層門尚未關閉，轎廂意外移動向下滑行，于4、5樓間安全鉗動作，轎廂才停止滑行，當時電梯內有11人。11人均被送往醫院治療，其中三人腰部受傷。

2014年9月13日，廈門市華僑大學廈門校區一男生乘坐綜合教學樓C4電梯，該男生走在前面，當其左腳欲邁進轎廂時，轎廂突然意外移動，快速上升，該男生不慎被卡在電梯轎廂和層面門楣之間，最后窒息身亡。

2 轎廂意外移動的成因及特性

據悉，上述第一起事故的成因是電梯抱閘的輪轂上有潤滑油，轎廂當時擠滿了人，致使電梯意外向下滑行。由于事故三天前，保養工人錯誤操作，在抱閘上加入液態潤滑油，致使潤滑油慢慢留到抱閘輪轂所致。第二起事故的原因是轎廂經過裝修，電梯平衡系數遠低于設計范圍，且抱閘的間隙調整不當。當人員進入轎廂后，電梯轎廂自動再平層（由于轎廂載重量發生變化，電梯的懸掛鋼絲繩因彈性變形長度發生變化，轎廂位置因而發生改變，電梯松開制動器對轎廂的位置進行再調整。）而松開制動器，此時轎廂一側過重，意外向下滑行。

由上述成因可見，電梯轎廂意外移動事故的成因來源于多種可能，同時多種可能都具有難以發現的特性，通過一般排查無法根除。例如，電梯轎廂經過裝修后平衡系數發生改變，是否在允許范圍內，則一般須通過砝碼試驗才能得出，一般的抽查和定期檢驗的項目里是沒有砝碼試驗的，該隱患難以被發現。又如，不同制造廠家不同型號的制動器的制造工藝和調整要求都不一樣，即便是原制造廠家的人員也未必對每個型號制動器的技術參數全部了解，更別提一般電梯維保公司的工人和檢驗人員，抱閘調整不當造成的隱患依然難以被發現。同時電梯存在許多的偶然性，例如第一起事故的錯誤加油，此類偶然性的不可避免的。而且，電梯轎廂意外的成因遠不止這些。可見，電梯轎廂意外移動的可能不僅難以避免，而且無法全部排除。另外，對于電梯意外移動的發生，現今一般電梯所有安全裝置皆無能為力，例如上述第一起和第三起事故，電梯轎廂在門區突然意外，但未超速，由限速器觸發的安全鉗不起作用；層門、轎門的電氣安全裝置即便全部有效，但依然無法阻止轎廂的滑行；超載報警裝置即便有效并報警，乘客在進出轎廂時依然會受到傷害；底坑緩沖器有效，但轎廂未撞到緩沖器，受害者已經身亡。

綜上所述，電梯轎廂意外移動的發生，不僅難以避免，而且無法全部排除，對此又無可靠的安全保護裝置。所以，筆者提出了一種防止止轎廂意外移動安全裝置的設計方案。

3 防止電梯轎廂意外移動安全保護裝置的設計

3.1 設計理念和工作原理

防止電梯轎廂意外移動安全保護裝置（以下或簡稱“防移裝置”）設計理念是，在電梯停站轎門打開時，利用開門控制信號啟動防移裝置，將電梯固定在導軌上，防止電梯轎廂意外移動。電梯轎門關閉時，利用關門控制信號機復位防移裝置，電梯轎廂繼續運行。防移裝置與轎門同步，確保人員進入轎廂時，防移裝置已經起保護作用。另一方面，為防止該裝置在電梯運行時啟動引起危險，防移裝置上應設置一個檢查防移裝置工作位置的電氣安全保護裝置，當防移裝置處于非停放位置時該電氣安全保護裝置能防止轎廂的所有運行。

3.2 機構設計

防移裝置處于停放位置時如圖1所示。防移裝置安裝于電梯轎廂頂部的橫梁1上，導軌固定7在橫梁上，機械栓8在防移裝置的導軌7中作水平方向的伸縮運動，栓孔板6可靠固定在導軌上。防移裝置啟動時，由電機2帶動驅動皮帶輪3，驅動皮帶輪3與同軸的齒形皮帶輪4逆時針運動，帶動齒形皮帶9上的機械栓8水平向外伸出，機械栓8進入導軌上的栓孔板6中（見圖2），此時電梯轎廂限制在門區中。防移裝置復位時，由電機2帶動驅動皮帶輪3，皮帶輪3與同軸的齒形齒輪順時針運動，帶動齒形皮帶9上的機械栓8水平向內收縮，機械栓8回到停放位置，此時電梯轎廂可作常規運行。其中，5是檢查防移裝置工作位置的電氣安全裝置，該保護裝置為常閉的安全觸點，當防移裝置離開停放位置時立即強制斷開該安全觸點，使保護回路斷開并防止轎廂的所有運行。

圖1防止電梯轎廂意外移動安全保護裝置的停放位置圖

圖2防止電梯轎廂意外移動安全保護裝置的工作位置圖

防移裝置啟動時，機械栓（見圖3）離開停放位置向外（右）運動，機械栓上的階梯機構觸發并保持圖3右側的電氣安全裝置動作，機械栓伸進栓孔板里。防移裝置復位時，機械栓向內（左）運動，機械栓離開栓孔板，回到停放位置，此時電氣安全裝置自動復位，電梯正常運行。

圖3電氣安全裝置示意圖

3.3 機械栓和栓孔板的特征參數設計和強度計算

防移裝置中，主要受力的部件是機械栓和栓孔板，下文主要針對機械栓和栓孔板進行擠壓應力和剪切應力的強度計算，從而確定這些部件的特征參數。計算包括機械栓的寬度W和厚度t0，栓孔板的厚度d、材料的厚度h1、h2和孔的高度h。

機械栓特征參數標識如圖4。

圖4 機械栓、栓孔板的側視圖（上）和俯視圖（下）

電梯轎廂的極限重量為：

Wlim=（P+1.25Q）·g

式中：

Wlim為電梯轎廂的極限重量，kg；

P為電梯空載時轎廂（包括部分轎廂側電纜線及鋼絲繩在內）的重量，kg；

Q為電梯額定載重重量，kg；

g為重力加速度，一般取g=9.8 m/s2。

3.3.1 擠壓應力計算

機械栓與導軌的接觸面上，機械栓的擠壓強度計算

式中：

Fmax為最大曳引力，N；

σp為機械栓的擠壓強度，N/m2；

l0為機械栓完全伸出時，機械栓與導軌接觸面的區段長度，m；

w為機械栓的寬度，m；

[σp]為機械栓材料的許用擠壓應力，N.

為滿足上述擠壓強度，設計機械栓的特征參數w和l0應滿足：

式中，

S為機械設計的安全系數，常用12~16；

σlim為機械栓材料的極限應力，出于安全考慮計算時用[σp]代替。

綜合上式，得

同理，機械栓與栓孔板接觸面的擠壓強度為：

式中，

σp為機械栓的擠壓強度，N/m2；

σ1為栓孔板的擠壓強度，N/m2；

d為機械栓與栓孔板接觸面的區段長度，即栓孔板的厚度，m；

w為機械栓的寬度，m；

[σp]為機械栓材料的許用擠壓應力，N；

[σ1]為栓孔板材料的許用擠壓應力，N；

同理，得出栓孔板的厚度d和機械栓的寬度須滿足

導軌的擠壓應力也用類似方法求出，此處不再累述。

3.3.2 剪切應力計算

機械栓的剪切強度計算

式中，

τp為機械栓的剪切強度，N/m2；

t0為機械栓的厚度，m；

w為機械栓的寬度，m；

[τp]為機械栓材料的許用剪切應力，N

為滿足上述剪切強度，機械栓的寬度w和與厚度t0應滿足

S為機械設計的安全系數，常用12~16；

τlim為機械栓材料的極限剪切應力，出于安全考慮計算時用[τp]代替。

綜合上式，得

同理，栓孔板間的剪切強度計算

式中，

τ1為機械栓的剪切強度，N/m2；

τ2為栓孔板的剪切強度，N/m2；

h1為栓孔板的孔上方材料的高度，m；

h2為栓孔板的孔下方材料的高度，m；

w為機械栓的寬度，m；

[τ1]—栓孔板材料的許用剪切應力，N

同理，設計栓孔板特征參數時，h1和h2須滿足

3.3.3 其他特征參數

由于防移裝置在門區內工作，栓孔板上的孔的高度h應小于門區的高度H，滿足：

以上公式均為理論公式，具體特征參數和其他參數的確定須與電梯的實際情況和運行狀況特點結合。

4 結束語

本文主要設計一款防止電梯轎廂意外移動的安全保護裝置，該裝置主要防止電梯轎廂在門區開門后意外移動，確保人員進出電梯轎廂時的人身安全。近年來由電梯轎廂意外移動引起的安全事故屢次發生，而電梯轎廂意外移動的隱患不僅難以避免，而且無法全部排除，對此也為有針對性保護措施，因此根據電梯工作原理和電梯轎廂意外移動的特點，提出一套防止轎廂移動保護裝置的設計方案，這是對電梯安全部件一種創新，對電梯整個安全保護系統的補充，有助于當下電梯安全可靠運行。