電梯失速下降箱內救生裝置研究

宋秋紅，王　萍，王　耀，吳叢迪，耿保華，陳　鵬

（上海海洋大學工程學院，上海201306）

電梯失速下降箱內救生裝置研究

宋秋紅，王萍，王耀，吳叢迪，耿保華，陳鵬

（上海海洋大學工程學院，上海201306）

近幾年來，由于電梯安全事故頻發，電梯結構安全性也引起了人們廣泛地關注。由于電梯事故頻發，導致人的生命和財產存在了一定威脅，雖然電梯整體的安全設施已經基本完善，但電梯內部尚未有保護人的安全設施，因此本裝置主要是在電梯內部增設一個基于機電一體化技術的安全救生裝置，著重研究裝置的機械及控制部分，利用三維建模軟件Solidworks建立一個裝置模型。電梯失速下降箱內救生裝置是在電梯下降過程中，電梯發生事故導致電梯失速下降的時候能夠起到緩沖作用，保證乘客的生命安全。

電梯；救生裝置；緩沖；安全

隨著我國經濟的發展，高層建筑如雨后春筍拔地而起，電梯作為高層建筑的必備裝置，在方便人們生活的同時，也對人類產生不可忽視的威脅。以前的電梯底坑緩沖設施是采用直壓式底坑緩沖裝置，其缺點是直壓式電梯底坑緩沖的行程很小、緩沖性能低。而現有的電梯在轎廂內一般未安裝防護救生裝置，在電梯使用過程中，一旦設備出現故障導致轎廂從高層突然墜落時，會造成轎廂損壞以及人員傷亡。電梯是一種技術含量較高的機電一體化產品，充分利用了微機技術、土建工程、電力電子技術、機械工程等多個科學領域，是綜合了機電控制集中化應用的復雜運輸設備，具有技術含量高，發展快的特點。在高層建筑物對電梯性能和控制系統的要求越來越高時，要求其相應的安全保護系統也更先進，更可靠。本文針對這一問題對現有的電梯性能和控制系統進行改進，研制成電梯失速下降箱內救生裝置，以期能夠減少電梯事故所造成的損失。

1　電梯下降失速救生裝置的構成及工作原理

1.1裝置構成

研究針對現有技術的不足，研究一種失速下降電梯的救生裝置，能夠解決現有電梯缺少安全救生裝置的問題。為實現以上目的，本裝置通過以下技術方案予以實現：

這種防失速救生電梯，包括外轎廂和內轎廂，外轎廂兩側壁下端均具有鎖止楔槽，鎖止楔槽內設置有鎖止楔；內轎廂包括傳動裝置、頂板、吊梁和底板，傳動裝置設置在頂板上方，吊梁設置在內轎廂兩側，分別與頂板和底板連接，底板包括上底板、彈簧和下底板，上底板、彈簧和下底板依次連接。其中，鎖止楔槽和鎖止楔均設置有兩個，吊梁為L形，上端頂板具有固定孔，下端側板端部具有固定槽，上底板兩側具有凸沿。如圖1所示為本裝置的刨視結構示意圖，圖2為本裝置的局部放大結構示意圖［1］。

圖1　本裝置的剖視結構示意圖

圖2　本裝置的局部放大結構示意圖

本裝置是一種失速下降電梯的救生裝置，設置的內轎廂和外轎廂相互配合，能夠有效減少失速時轎廂內人員的傷亡，結構巧妙，有效提高轎廂安全性能。

1.2緩沖裝置

電梯結構的安全性與人們的生命安全有著密不可分的聯系，為了保證電梯使用的安全性，除了應具備必要的電梯結構裝置之外，還需要安裝一些保護裝置，如緩沖器、安全鉗、限速器等。電梯由于制動器無效、制動力不足，曳引鋼絲繩斷裂、驅動主軸斷裂、減速器齒輪嚙合失效，控制失靈、曳引力不足等原因都會造成電梯超速、失速、墜落等事故，因此，必須設置相應的可靠的安全保護裝置。

緩沖器是電梯的最后保護裝置，在所有保護裝置失去作用之后，緩沖裝置將電梯吸收的能量消耗掉，降低電梯下降速度，保證乘客安全。

電梯由于控制失靈、曳引力不足或制動失靈等發生轎廂或對重蹲底時，緩沖器將吸收轎廂或對重的動能，提供最后的保護，以保證人員和電梯結構的安全，本裝置即采用彈簧緩沖裝置，具體如下：

緩沖裝置選用的是GB/T 1222熱軋彈簧鋼16個，直徑為80 mm.該彈簧適用于較高的疲勞強度，彈性好，廣泛用于各種機械、交通工具等。剪切模量G為78000 MPa，因此，足夠在發生危險時候起到對電梯內部乘客的支撐作用［2］。

1.3傳感器裝置

傳感器選擇使用加速度傳感器和速度傳感器，分別測量電梯的加速度和速度。

加速度傳感器：能感受加速度并轉換成可用輸出信號的傳感器。

速度傳感器：利用編碼器產生的脈沖可直接獲得速度信息，即光電編碼器和測量對象同軸連接，當測量對象轉動時，帶動光電編碼器產生脈沖信號，輸送給單片機控制系統進行處理，進而測量出速度。

2　裝置工作原理

當電梯發生事故導致電梯失速上升或下降的時候傳動裝置會迅速反應并旋轉，從而使得繞在傳動裝置上面的鋼索向下放伸長，繼而釋放上底板，此時上底板由16個彈簧支撐，彈簧開始起作用，起到一定的緩沖作用，延長沖量的改變時間，從而降低墜亡和沖頂事故的可能性，減小由事故對人員以及建筑造成的傷害［3］。

當電梯在運作過程中，由于控制失靈、曳引力不足或制動失靈等而從高空中失速墜落時，電梯和其內部的人相當于一起做自由落體運動。根據質點系動量定理MV2-MV1=F⊿t，接觸地面的時候，如果短時間內沖量改變極大，就會發生蹲底事故，即電梯的轎廂在控制系統全都失效的情況下，會超越首層平層位置而向下行駛，直至蹲到底坑的緩沖器上停止的現象。如果電梯從高空失速墜落，務必使其在減速的過程中，使其緩沖時間愈長愈好。所以，就要利用緩沖作用來延長沖量的改變時間。本裝置就是利用加速度改變時［4］，速度傳感器會迅速做出反應，鎖止楔縮回，直至脫離底板，緊接著，彈簧裝置就開始起緩沖作用，防止電梯失速時蹲底事故對電梯上的乘客造成傷害。

本裝置是一種防失時速救生電梯，設置的內轎廂和外轎廂相互配合，能夠有效減少失速時轎廂內人員的傷亡，結構巧妙，有效提高轎廂安全性能，并保護乘客生命安全。

3　裝置設計優點

裝置的設計具有以下優點：

（1）具有普通電梯所具有的所有功能，而且在緊急情況下，具有一般電梯所沒有的“自救”功能，即在應對突發事件時，電梯箱內有救生裝置；

（2）可操控性強，完全自動操控、便捷，此類設計屬于實用創新；

（3）載荷能力強，而且效率高，可以防止群死群傷，具有快速反應，快速保護的能力；

（4）該裝置解決了直壓式電梯底坑緩沖裝置緩沖行程小，緩沖性能差的問題，具有結構簡單、平穩緩沖、安全著陸、維修保養容易、極易對傳統電梯底坑改裝，該裝置投資成本小，生產工藝簡單，具有一定的社會推廣價值，該裝置已申請國家發明專利。

4　結束語

城市的快速發展造就了電梯的大范圍應用，同時也引發了更多的電梯安全事故。現今社會，電梯的使用成為了必然，而只有電梯的正常運行才能保證人們日常生活的水平和質量。因此，探討電梯的機械裝置與結構就十分的必要，應該從電梯自身的安全保護裝置的優化入手，積極改善其安全性能。現有電梯外部安全設置已經非常完善，但電梯內部卻沒有設置有關安全的設施，因此，本文設計了一種電梯內部的救生裝置，利用solidworks進行了該裝置的三維建模并且進行了動畫模擬其工作情況，整套裝置涉及信號采集、電動控制、機械裝置，具有反應迅速，操控性強以及便捷可靠的特點，目前已申請發明專利。

［1］沈強.電梯的機械結構及其相關問題分析［J］.科技創新與應用，2013，（23）：122-122.

［2］左華貞.電梯事故原因和有效預防措施探討［J］.中國高新技術企業，2012，（5）：92-94.

［3］辛秀彥.電梯的安全保護系統［J］.黑龍江科技信息，2009，（17）：53-53.

［4］楊娜.淺談電梯安全系統與電梯常見事故［J］.科技創新與應用，2016，（8）：135.

Research on Life Saving Device of Elevator StallDrop Box

SONG Qiu-hong，WANG Ping，WANG Yao，WU Cong-di，GENG Bao-hua，CHEN Peng
（ShanghaiOcean University College of Engineering，Shanghai 201306，China）

In recent years，the frequency of elevator safety accident has attracted widely attention on elevator structure security which causes a certain threat on human life and property.Though the safety facilities of the elevator has largely improved，it still have no safety facilities inside the elevator to protect persons.So this device mainly establish a safety protective device inside the elevator based on electromechanical integration technology which focuses on the mechanical and control part of the device.We also use three dimensionalmodeling software Solidworks to establish amodel of the device.In the process of the elevator drop，the lifesaving equipment in the cabinet of the elevator can play a buffer action when elevator accident occur resulting in a decline in the elevator stall in order to protect the life safety of the passengers.

elevator；life-saving devices；buffer safety

TU857

A

1672-545X（2016）06-0086-02

2016-03-28

上海市大學生創新項目（編號：201510264054）

宋秋紅（1962-），男，遼寧長春人，碩士，副教授，研究方向：機械設計及理論；王萍（1993-），女，河北邢臺人，本科，研究方向：機械設計制造及其自動化。