電梯安全鉗動作受力分析及失效探究

袁超

（宜春市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江西 宜春 336000）

當(dāng)電梯發(fā)生超速下降時，電梯的安全鉗能夠作為電梯重要安全部件，與電梯的限速器發(fā)生聯(lián)動反應(yīng)，達(dá)到限制電梯超速運(yùn)行的作用。由于安全鉗的種類不同，受力也會有所區(qū)別，這就需要對安全鉗的受力進(jìn)行分析。安全鉗由于結(jié)構(gòu)不盡相同，生產(chǎn)廠家也有所區(qū)別，質(zhì)量良莠不齊。這就需要對安全鉗的性能作進(jìn)一步測試，并且對其失效模式進(jìn)行探究，對使用中的安全鉗進(jìn)行安全評估。

1 安全鉗的工作原理

安全鉗的工作原理為：一旦電梯下行過快或者意外失控而速度達(dá)到限速器的動作速度，由限速器操縱安全鉗工作，停止電梯轎廂繼續(xù)運(yùn)行，可以使得轎廂安全地夾持在軌道上，從而避免電梯意外的墜落，對乘客進(jìn)行有效的保護(hù)。安全鉗作為電梯重要安全裝置之一，一般安裝在轎廂上端或者下端分為漸進(jìn)式和瞬時式兩種。下面選取漸進(jìn)式進(jìn)行分析。

2 電梯安全鉗的受力分析

我們可以運(yùn)用力學(xué)受力分析原理圖來分析安全鉗的受力，圖1為安全鉗受力分析圖，安全鉗可以近似為一個梯形結(jié)構(gòu)，除了自身的重量外分別受到四個力，其分別可以表示為：F1——轎廂的壓力，F(xiàn)2——轎廂與安全鉗的摩擦力，F(xiàn)3——鉗塊與導(dǎo)軌之間的摩擦力，F(xiàn)4——導(dǎo)軌對鉗塊的反作用力，電梯安全鉗的動作由于限速器觸發(fā)的，當(dāng)電梯超速或墜落時限速器拉桿被提起，使安全鉗的楔塊產(chǎn)生上升或水平移動，將電梯的曳引機(jī)斷電，最終停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)制動器斷電后，使轎廂減速并被安全鉗制動在導(dǎo)軌上。

通過分析可知，轎廂運(yùn)行速度達(dá)到限定值時，安全鉗在接收到來自于限速器所發(fā)出的電信號以及機(jī)械動作時，鉗塊會抱緊導(dǎo)軌，憑借著摩擦力使電梯停止。基于此種特性，就要對安全鉗的失效情況進(jìn)行分析。

圖1 安全鉗受力分析圖

3 安全鉗的失效分析及實(shí)驗(yàn)原理

3.1 制動的減速度公式

運(yùn)用動力學(xué)公式來描述漸進(jìn)式安全鉗的制動停止過程，就要提到制動減速度，正如檢規(guī)中所要求的，在電梯超速運(yùn)行時，安全鉗受限速器超速開關(guān)和安全鉗作用，（如上所述安全鉗的受力分析可知）曳引機(jī)斷開電源，停止運(yùn)轉(zhuǎn)，減速度要求的范圍為0.2～1g之間，此時減速度可用公式表述為：

Q為轎廂帶載荷重量與鋼絲繩重量和；a為轎廂減速度；G為對重；F為安全鉗制停力；?曳引系數(shù)，鋼絲繩張力比。

3.2 安全鉗分析實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1：電梯轎廂的超載使用會對超速運(yùn)行的電梯的制動過程產(chǎn)生一定的影響，為了更進(jìn)一步分析安全鉗的失效情況，可選取不同載重量的載荷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以對漸進(jìn)式安全進(jìn)行失效實(shí)驗(yàn)分析。檢規(guī)中對平均減速的要求范圍為0.2～1g。為了能夠分析電梯在不同載荷下所對應(yīng)的安全鉗制動效果的影響，可分別選取載重量為額定載荷的50%、75%、100%、125%、145%、150%的幾組數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測量其平均減速度以及相對應(yīng)的制動距離，分析出載荷量對減速度的影響。如表1所測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

由于有些電梯使用者對電梯的內(nèi)部裝潢有要求，這就使得電梯在重新裝潢時候，增加了自重，雖然其他裝置并未改變，但是根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)可以看出，電梯的制動效果發(fā)生了明顯改變，在載荷量逐步增加的同時，載荷量和制動距離成正比，而和平均減速度成反比。當(dāng)載荷量超過額定載荷45%時候，減速度達(dá)到了臨界值，進(jìn)一步增加載荷量導(dǎo)致平均減速度降低到了0.15g，超出了檢規(guī)的要求，制動距離也較大，達(dá)到了2700mm，嚴(yán)重的可能會產(chǎn)生蹲底的危險。這樣在實(shí)際使用過程中，當(dāng)電梯極速下降時，安全鉗達(dá)不到檢規(guī)所要求的減速度范圍，就會產(chǎn)生危險，不符合使用要求。所以電梯在二次裝潢或者翻新時候，要注意這一點(diǎn)，必要時候進(jìn)行一定的技術(shù)檢驗(yàn)，達(dá)到安全使用標(biāo)準(zhǔn)。

表1 轎廂載荷對制動距離和平均減速度的影響

實(shí)驗(yàn)2：為了能夠確定安全鉗在制動過程中，減速度是否一直處在0.1g 以內(nèi)，本試驗(yàn)依然選取上述實(shí)驗(yàn)用漸進(jìn)式安全鉗，在額定載荷下，實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以選用減速度測試裝置。檢規(guī)規(guī)定，漸進(jìn)式安全鉗在額定載荷的情況下，轎廂的自由下落減速度的取值范圍為0.2～1g，但是上述實(shí)驗(yàn)主要驗(yàn)證了在不同載荷試驗(yàn)下，安全鉗的性能，而為了檢測安全鉗是否合格，就要在轎廂的下降速度達(dá)到安全鉗觸發(fā)的時候，從轎廂開始作減速運(yùn)動起，開始記錄整個過程中的減速度，使用減速度測試裝置進(jìn)行測量，對整個過程的減速度進(jìn)行采樣，面圖2為減速度曲線圖。

圖2 電梯減速度曲線圖

通過繪制減速度曲線圖可以看出，電梯的減速度始終保持在0.1g以內(nèi)，制動效果良好。

3.3 安全鉗失效探究

從以上兩組實(shí)驗(yàn)可以看出，轎廂載荷過大對制動距離和平均減速度的影響也會很大，并且將會產(chǎn)生嚴(yán)重安全隱患，為了更好的為電梯做安全運(yùn)行保障，安裝時應(yīng)該嚴(yán)格按照檢驗(yàn)規(guī)范，除定期對正常運(yùn)行的電梯進(jìn)行檢查或者是抽查之外，對于運(yùn)行之中的電梯所出現(xiàn)的異響情況，給予高度的重視，及時檢查，排除故障。以下為安全鉗常見失效模式及其解決辦法。

3.3.1 間隙不當(dāng)

安全鉗的楔塊和導(dǎo)軌之間所存在的正常間隙有可能會引發(fā)的誤動作情況。（1）電梯在運(yùn)行的過程中，導(dǎo)軌中可能混有雜物，如果不及時清理，會產(chǎn)生堆積，在運(yùn)行階段對電梯運(yùn)行產(chǎn)生阻力。電梯的安全鉗就有可能產(chǎn)生誤動作。只有在安裝時避免楔塊之間存在高度差，發(fā)現(xiàn)問題時及時調(diào)整，才能有效避免。（2）電梯運(yùn)行難免會存在振動，這就會存在安全鉗與導(dǎo)軌間隙發(fā)生明顯變化。假如電梯存在磨損狀況，電梯的安全鉗就很可能產(chǎn)生誤動作現(xiàn)象。這就需要在安裝時候讓安全鉗與導(dǎo)軌側(cè)面之間的間隙控制到2～3mm之間。

3.3.2 限速器調(diào)整不當(dāng)

由于限速器調(diào)整不到位或者是偏心凸輪可能存在油垢層，滾輪在運(yùn)行時會引發(fā)楔塊卡在凸輪齒槽的情況，引起安全鉗誤動作。在發(fā)現(xiàn)問題時候就應(yīng)及時調(diào)整限速器的彈簧，保證曳引機(jī)轉(zhuǎn)速與限速器的轉(zhuǎn)速同步并對限速輪進(jìn)行保養(yǎng)。

3.3.3 楔塊動作不靈敏

楔塊與楔塊座體之間積累過多的油污，會對楔塊動作的靈敏性產(chǎn)生影響，在安全鉗動作之后其楔塊未得到充分完全的復(fù)位，楔塊與導(dǎo)軌間的間隙就會不足，也會引起安全鉗誤動作。

3.3.4 安全鉗提拉桿動作不靈

如果安全鉗連桿臂傳動部分出現(xiàn)腐蝕或者是缺油的情況，將對安全鉗拉桿動作的靈活性產(chǎn)生較大的影響，一旦提拉桿作用不足，電梯安全鉗動作之后仍舊沿著導(dǎo)軌運(yùn)行，在其整個運(yùn)動過程之中一旦遇到凸起時就會引起安全鉗的再次動作情況發(fā)生。應(yīng)確保安全鉗提拉桿動作的靈活性，及時對安全鉗的拉桿轉(zhuǎn)動部分進(jìn)行清理。

3.3.5 限速器鋼絲繩張緊力不夠

電梯之中的限速器鋼絲繩出現(xiàn)松弛亦或者是張緊力不足的情況，尤其是高層建筑之中所使用的電梯限速器鋼絲繩出現(xiàn)如此情況，極其容易引起該限速器鋼絲繩和其下限位的開關(guān)、下減速開關(guān)亦或者是下極限開關(guān)相纏繞的情況發(fā)生，進(jìn)而引起安全鉗誤動作發(fā)生。應(yīng)及時維修張緊力不足或松弛的鋼絲繩。

4 結(jié)語

本文首先對電梯安全鉗原理及受力進(jìn)行了分析，給出了電梯制動減速度公式，分析了兩組安全鉗性能實(shí)驗(yàn)，給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)分析，最后對安全鉗常見的失效模式進(jìn)行分析，總結(jié)了載荷對于安全鉗的制動距離與制動減速度的影響。希望能夠?yàn)槭褂萌藛T和維保人員提供幫助，今后為了能夠更好的保證電梯的正常運(yùn)行，相關(guān)部門應(yīng)該做到監(jiān)管到位，保障電梯的安全運(yùn)行，保障人生命財產(chǎn)安全。

[1]電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則—曳引與強(qiáng)制驅(qū)動電梯TSG T7001-2009）[s].

[2]電梯及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯編GB10060-1993《電梯安裝驗(yàn)收規(guī)范》.