新型電梯防墜落裝置研究

劉大衛　王維臣　孔英姿　常藝萱（錦州市特種設備監督檢驗所，遼寧 錦州 121000）

新型電梯防墜落裝置研究

劉大衛王維臣孔英姿常藝萱
（錦州市特種設備監督檢驗所，遼寧 錦州 121000）

一般電梯防墜落裝置都是超速后靠摩擦力制停，而新型防墜落裝置，斷繩（墜落）狀態剛發生，立即動作，緩沖制停，其緩沖器起能量轉換和緩沖作用。新型防墜落裝置具有制停初速度小，制停過程平穩、安全、可靠，可減少電梯墜落事故。

電梯轎廂；防墜落裝置；感應裝置；緩沖器

隨著城鎮化進程加快，城鎮建設步伐日新月異，城鎮高層建筑越來越多，這些場所使用的電梯設備在大幅增加。由于電梯數量的增長，與之相關的墜落事故也在不斷發生，并隨著設備使用年限的增長而出現增長趨勢。電梯存在著很大的隱患。據統計，近年來，我國發生多起群死群傷的電梯墜落事故。2012年我國共發生電梯事故36起，死亡28人，受傷15人。此類事故還在不斷發生，每年所造成的損失上億元。電梯防墜落裝置及安全性研究已經成為事關公共安全生產的重要事項，需要立即著手加以研究和解決，必須改變以往的傳統結構，研制切實可行的防墜落裝置，以避免或減少重大突發安全生產事故的發生。

《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》中明確把突發公共防范與快速處置、重大生產事故預警與救援、工業節能以及重大產品和重大設施壽命預測技術放在主題的位置。因此，本項目研究電梯新型防墜落裝置，從而避免電梯墜落事故發生，以確保這類設備的安全使用，避免和減少人民生命財產的損失。

1 新型防墜落裝置結構

本文研究對象是電梯防墜落裝置，分析過程是發生斷繩墜落幾率多的提升過程。試驗平臺用的是：觀光電梯，VFG210-1000-1.0M/S-2/2，額定載荷1000kg，電梯速度1.0m/s，2層2站。

新型防墜落裝置，如圖1所示，主要包括墜應裝置、制動部件、緩沖裝置（能量轉換）等組成。在墜落狀態下，感應裝置觸發靈敏可靠；緩沖裝置滿足設備墜落時動能及勢能轉換為液壓熱能或機械能；制動部件能夠滿足強度、剛度要求。只要出現墜落特征，即自由落體狀態，裝置立即動作，阻止墜落，并將墜落的能量轉換成液壓熱能耗散掉或轉成彈性能的形式儲存起來，不產生局部高溫和有害物質，具有節能、環保等特點。另外，裝置的成本低，造價經濟合理。總之，該防墜落裝置制動距離短，結構牢固，事故后恢復運行容易。

表1

表2

2 轎廂段繩墜落減速爬升過程

當轎廂上升過程中發生斷繩墜落時，繼續以速度V0向上運行，該過程是轎廂以初速度V0，反方向的重力加速度g減速爬升運動，其瞬時速度Vt=V0－g×t，當Vt=0時，轎廂停止上升，這一過程動能轉換成勢能。

電梯轎廂斷繩墜落時，觸發防墜落感應裝置，圖2中的鋼絲繩連接裝置2與鋼絲繩斷開，感應彈簧1釋放，壓板5向下移動，此時防墜落裝置允許轎廂減速向上爬升，感應壓簧選YA20×170×210-2 GB/T 2089。

圖1 新型防墜落裝置示意圖

圖2 感應裝置示意圖

3 轎廂自由落體運動過程

當轎廂停止上升運動，第二過程自由落體運動便開始，即轎廂以初速度為0，重力加速度為g的自由落體運動，直至制動臂壓縮緩沖器時，自由落體運動結束，這一過程勢能轉換成動能。

在圖3中，制動裝置副梁選用兩個10#槽鋼，它們用高強度螺栓分別固定在轎廂立柱上，制動臂非工作狀態時，制動臂遠端距離電梯導軌頂面2mm。感應裝置彈簧釋放后，圖2中壓板5向下推動制動臂，使其遠端抬起，制動臂遠端卡入電梯齒形導軌內，此時自由落體運動結束，已知電梯導軌齒距100mm，隨著轎廂繼續下落，制動臂壓縮緩沖器，液壓緩沖器工作，開始減速制停過程，自由落體最大行程S1=100mm。

由公式：2g×S1=V，得墜落最大速度V0=1.41m/s，緩沖器制停的最大初速度設計取V0=1.5m/s，緩沖的最大行程設計為Se=0.115m，理論計算平均減速度最大值a=/（2Se）= 9.8（m/s2）。

圖3 制動裝置示意圖

4 緩沖制停過程

當制動臂被電梯導軌齒面卡住后，液壓緩沖器開始工作時，自由落體運動結束，第三過程緩沖減速制停開始，即以V0為初速度，以a為負加速度的減速運動，一直到轎廂被制動停止，這一過程被稱為緩沖制停過程，這一過程伴隨的能量轉換，機械能轉換成液壓熱能，不會產生局部高溫，適合防爆場合使用。

在防止緩沖器噴油或漏油方面，我們在柱塞內腔油面上設計一個密封活塞，這樣解決噴油或漏油及隔絕油與空氣接觸，效果很好。

緩沖器的復位彈簧選壓簧YA12× 110×300-2 GB/T 2089。

依據雷天覺的《新編壓力工程手冊》，經計算，瞬時節流面積Aj“液體通道的開口度”與“瞬時緩沖器行程S”的函數關系：

式中：S缸體在緩沖過程中的瞬時緩沖位移（m）；Aj相應于S時應有的節流面積（m2）；

5 防墜落裝置的試驗

測試依據GB/T 24474-2009 電梯乘運質量測量，使用的是大連歐意測量儀器有限公司生產的OJC電梯加速度測試儀測試。

5.1 試驗記錄

試驗數據記錄表，電梯轎廂總質量1800 kg時：

5.2 理論計算

自由落體距離S1=|（A3-A1）-（B3-B1）| ；緩沖器實際作用行程S2 =|B2-B1| ；

圖4防墜落裝置用液壓緩沖器結構原理圖

撞擊時實際初速度V0=；平

5.3 OJC電梯加速度測試曲線

理論計算：撞擊時實際初速度V0=1.02 m/s ，平均減速度a=4.56 m/s2；

6 結果及分析

GB7588-2003第10.4.3.3耗能型緩沖器應符合下列要求：

當裝有額定載重量的轎廂自由落體并以115%額定速度撞擊轎廂緩沖器時，緩沖器作用期間的平均減速度不應大于1gn；

正常情況下電梯發生墜落事故時，電梯只有超過額定速度1.15倍時，安全裝置才動作，存在安全隱患。本文研究的防墜落裝置，電梯不用超速，只要斷繩，立刻動作，墜落沖擊的初速度小，緩沖效果理想平穩，避免或減少發生安全事故。

我們使用自己研發的快速脫開裝置模擬斷繩狀態，經過上百次試驗，防墜落裝置制停成功率100%，非常可靠，前面計算過，緩沖制停的平均減速度最大值a=9.8（m/s2），平均減速度理論計算值和試驗結果都不大于1gn，制停過程平穩、安全、可靠，滿足要求， 該防墜落裝置是質檢總局公益性科研項目《大型起重機降載當量試驗方法及升降防墜落裝置的研制》研究內容，提供科研資金，項目編號201210068。

圖5 墜落時電梯加速度曲線

[1] GB/T 2089-2009，普通圓柱螺旋壓縮彈簧尺寸及參數（兩端圈并緊磨平或制扁）[S]．

[2] GB/T 706-2008，熱軋型鋼[S]．

[3]雷天覺．新編壓力工程手冊[M]．北京：北京理工大學出版社，2006．

[4] GB/T 24474-2009，電梯乘運質量測量[S]．

[5] GB7588-2003，電梯制造與安裝安全規范[S]．

[6]劉大衛．凸輪式快速鎖緊脫開裝置的研究[J]．中國新技術新產品，2014．

TH2

A

劉大衛，男，1964，漢，遼寧錦州，錦州市特種設備監督檢驗所，學士學位，副高級工程師，起重和電梯檢驗師。