一種新型電梯門鎖的設計

盛文龍，穆洪彪

（林肯電梯（中國）有限公司，浙江海寧 314415）

電梯門鎖為機械鎖，是保證電梯安全運行的關(guān)鍵部件，包括層門鎖和轎廂門鎖兩部分；人們進入電梯轎廂或從電梯轎廂內(nèi)走出，均需經(jīng)過層門及轎廂門，電梯在正常運行時，層門及轎廂門均是上鎖狀態(tài)，轎廂門鎖還設計有防扒功能，處于層門外及轎廂內(nèi)的乘客十分安全；另一方面電梯門鎖還有待進一步改進設計的地方，如：采用新的設計結(jié)構(gòu)（以異形壓縮彈簧替換原設計的8 mm圓鋼制造的操縱桿），或者把金屬鋁材質(zhì)的副門刀改為塑料材質(zhì)，以節(jié)約制造成本。

1 電梯門鎖的設計依據(jù)[1]

GB7588-2003∕XG1-2015《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中有關(guān)電梯門鎖的規(guī)定如下：

7.7.3.1 轎廂應在鎖緊元件嚙合不小于7 mm時才能啟動。

7.7.3.1.6應由重力、永久磁鐵或彈簧產(chǎn)生和保持鎖緊動作。即使永久磁鐵（或彈簧）失效，重力亦不應導致開鎖。

7.7.3.2 緊急開鎖：每個層門均應能從外面借助于一個與附錄B規(guī)定的開鎖三角孔相配的鑰匙將門開啟。

7.7.3.3 門安全部件應按F1要求驗證。

8.11 轎門的開啟

8.1 1.2為限制轎廂內(nèi)人員開啟轎門，應提供措施使轎廂在7.7.1中定義的區(qū)域之外時，在轎門限制處施加1 000 N的力，轎門開啟不能超過50 mm。

8.1 1.3至少當轎廂停在9.11.5規(guī)定的距離內(nèi)時，打開對應的層門后，能夠不用工具從層站打開轎門，除非用三角形鑰匙或永久性設置在現(xiàn)場的工具。

2 電梯門鎖結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 電梯門鎖結(jié)構(gòu)

電梯門鎖包括層門鎖和轎廂門鎖兩部分。

2.1.1 層門鎖結(jié)構(gòu)

如圖1所示，層門鎖主要由層門鎖緊元件、層門驗證開關(guān)和層門緊急開鎖機構(gòu)組成，層門鎖緊元件包括銷軸一(109)、層門定鎖鉤(103)、層門動鎖鉤座組件(107)，層門定鎖鉤(103)與層門定鎖鉤安裝板(101)固定連接，層門動鎖鉤組件(107)可以繞銷軸一(109)擺動，銷軸一(109)與左側(cè)層門(104)固定連接，層門動鎖鉤組件(107)與滾輪安裝板(108)固定連接，左側(cè)滾輪(111)、右側(cè)滾輪(113)分別與固定于滾輪安裝板(108)上的銷軸二(112)、銷軸三(114)活動套接；層門驗證開關(guān)包括層門驗證開關(guān)上部(101)和層門驗證開關(guān)下部，層門驗證開關(guān)上部(102)與層門定鎖鉤（103）固定連接，層門驗證開關(guān)下部（110）與層門動鎖鉤組件(107)固定連接；緊急開鎖機構(gòu)包括三角緊急開鎖裝置（106），層門緊急開鎖裝置（106）通過一根細鋼絲繩一（105）與層門動鎖鉤組件（107）右端連接。

圖1 層門鎖結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 轎廂門鎖結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 轎廂救援開鎖裝置示意圖

設計要點：層門動鎖鉤組件與滾輪安裝板固定結(jié)合后的轉(zhuǎn)動中心應處于偏心位置，在左側(cè)層門與右側(cè)層門接觸時，層門動鎖鉤組件在自由狀態(tài)下能依靠自重處于上鎖位置；三角緊急開鎖裝置應設計有自動復位功能。

2.1.2 轎廂門鎖結(jié)構(gòu)

如圖2[2]、圖3、圖4所示，轎廂門鎖主要由單邊平行四桿機構(gòu)、雙邊平行四桿機構(gòu)、曲柄連接機構(gòu)、轎廂門鎖驗證開關(guān)浮動定位裝置組成、轎廂門鎖鉤限位裝置、轎廂門救援開鎖裝置；單邊平行四桿機構(gòu)主要包括固定軸二（231）、門刀三（234），固定軸二（231）設有兩支，與安裝板三（237）固定連接，兩支固定軸二（231）分別與兩根連桿二（232）左端套接，兩根連桿二（232）的右端分別通過兩根銷軸八（233）與門刀三（234）絞接；雙邊平行四桿機構(gòu)主要包括固定軸一（209）、門刀一（206）、門刀二、連桿一，固定軸一（209）設有兩支，與安裝板三（237）固定連接，兩支固定軸一（209）分別套接兩根連桿一(208)，兩根連桿一（208）的左端分別通過兩支銷軸九（235）與門刀二（238）絞接，兩根連桿一（208）的右端分別通過兩支銷軸五（207）與門刀一（206）絞接，門刀一（206）的上部通過銷軸四（205）絞接上滾輪（204），門刀二（238）的下部通過銷軸七（229）絞接下滾輪（230）；曲柄連桿機構(gòu)主要包括萬向球頭連桿組件、轎廂門鎖鉤（215）、拉伸彈簧一（211），萬向球頭連接組件的左端通過銷軸十（236）與門刀三（234）鉸接，萬向球頭連桿組件的右端通過銷軸六（212）與轎廂門鎖鉤（215）絞接，轎廂門鎖鉤（215）通過鎖鉤銷軸（223）與安裝板三（237）絞接，鎖鉤銷軸與安裝板三（237）固定連接，轎廂門鎖鉤(215)左端通過螺釘三(239)與拉伸彈簧一(211)下端固定連接，拉伸彈簧一(211)上端通過螺釘一(210)與安裝板三（237）固定連接，轎廂門鎖鉤（215）與安裝板一（216）固定連接，安裝板一（216）與轎門鎖驗證開關(guān)上部（217）固定連接；轎門鎖驗證開關(guān)浮動定位裝置包括調(diào)節(jié)螺桿二（226）、滑動螺桿組件（225）、拉伸彈簧二（221）、安裝板二（218）、轎廂門驗證開關(guān)下部（219），定位螺桿二（226）與安裝板三（237）螺紋活動連接，并通過鎖緊螺母二（227）軸向固定，定位螺桿二（226）前端與安裝板二（218）左側(cè)向外折彎凸起接觸，安裝板二（218）與轎廂門鎖鉤驗證開關(guān)下部（219）固定連接，安裝板二（218）通過滑動螺桿組件（225）與轎廂門鎖鉤座（220）滑動連接，轎廂門鎖鉤座（220）與轎廂機架（201）固定連接，滑動螺桿組件（225）設有4套，分與安裝板二（218）固定連接，安裝板二（218）右側(cè)下部設有小孔，用于套接拉伸彈簧二（221）右端，拉伸彈簧二（221）左端通過螺釘二（224）與轎廂門鎖鉤座（220）左端固定連接；轎廂門鎖鉤限位裝置包括調(diào)節(jié)螺桿一（214）、鎖緊螺母一（213），調(diào)節(jié)螺桿一（214）與安裝板三（237）的右側(cè)向外豎向凸起螺紋活動連接，由鎖緊螺母一（213）軸向固定，調(diào)節(jié)螺桿一（214）的左端與轎廂門鎖鉤（215）的凸出部分右側(cè)接觸，用于調(diào)節(jié)轎門鎖鉤（215）進入轎門鎖鉤座（220）的嚙合深度；轎廂門救援開鎖裝置主要包括細鋼絲繩二（240）、異形壓縮彈簧（302），細鋼絲繩二（240）上端通過螺釘三（239）與轎廂門鎖鉤（215）左側(cè)固定連接，細鋼絲繩二（240）下端通過螺栓組件（301）與異形壓縮彈簧（302）上端固定連接，異形壓縮彈簧（302）下部位于定位座（303）上部凹形槽內(nèi)，定位座（303）與固定板二（306）固定連接，異形壓縮彈簧（302）上部與異形壓縮彈簧直線段（30201）通過圓弧段（30202）一體過渡，異形壓縮彈簧直線段（30201）下端通過螺釘四(304)與固定板一（305）固定連接，固定板一（305）和固定板二（306）均與左側(cè)轎廂門（228）固定連接。

設計要點：在電梯轎廂處于運行狀態(tài)，門刀二與門刀三之間的空隙應能使左滾輪順利通過，門刀二與門刀一之間的閉合寬度要小于左滾輪與右滾輪形成的間隙；在電梯轎廂開啟狀態(tài)，門刀二與門刀三的間隙要小于左滾輪的直徑，它們之間的差值應能滿足萬向球頭連桿組件拉動轎廂門鎖鉤，使之處于最大開啟狀態(tài)。

圖4 異形壓縮彈簧主視圖

圖5 電梯門鎖工作原理主視圖

圖6 電梯門鎖工作原理俯視圖

2.2 電梯門鎖工作原理

圖5 ～圖6所示，為電梯門鎖運動原理示意圖。

2.2.1 層門鎖工作原理

層門解鎖：轎廂處于平層狀態(tài)，層門動鎖鉤組件中的左側(cè)滾輪位于門刀三與門刀二之間的通道內(nèi)，當轎廂門向左運動時，門刀二會推動左側(cè)滾輪向左運動，從而使層門動鎖鉤組件按順時針轉(zhuǎn)動，層門解鎖。

層門上鎖：轎廂處于平層狀態(tài)，轎廂門關(guān)閉過程中，層門也自動閉合，當轎廂門鎖的上滾輪進入滾輪固定板內(nèi)時，門刀三與門刀二之間的通道間隙大于左側(cè)滾輪的直徑，此時層門動鎖鉤組件能依靠自重逆時針轉(zhuǎn)動，自動上鎖，并且保持在上鎖位置。

層門緊急開鎖：專業(yè)人員使用三角鑰匙插入層門緊急開鎖裝置中，轉(zhuǎn)動三角鑰匙，緊急開鎖裝置通過細鋼絲繩一帶動層門動鎖鉤組件右端向下轉(zhuǎn)動，使層門解鎖，層門打開后，緊急開鎖裝置能自動復位。

2.2.2 轎廂門鎖工作原理

轎廂門解鎖：轎廂處于平層狀態(tài)，層門動鎖鉤組件中的左側(cè)滾輪位于門刀二與門刀三形成的通道內(nèi)，電梯門機在接到開門信號時起動，左側(cè)轎廂門向左運動，雙邊平行四桿機構(gòu)隨左側(cè)轎廂門同時向左動行，此時位于轎箱機架上滾輪固定板內(nèi)的上滾輪離開固定槽，雙邊平行四桿機構(gòu)隨之張開，推動單邊平行四桿機構(gòu)的門刀三向左運動，這樣門刀三通過與之鉸接的萬向球頭連桿組件拉動轎廂門鎖鉤逆時針轉(zhuǎn)動，脫離轎廂門鎖鉤座，轎廂門解鎖。

轎廂門上鎖：轎廂處于平層狀態(tài)，與上述轎廂門解鎖同理反向操作，當雙邊平行四桿機構(gòu)中門刀一上部的上滾輪進入滾輪固定板內(nèi)的導向槽過程中，雙邊平行四桿機構(gòu)收縮，門刀三與門刀二之間的距離大于層門動鎖鉤組件中的左側(cè)滾輪直徑，此時轎廂門鎖鉤在自身重力和拉伸彈簧一的雙重作用下順時針旋轉(zhuǎn)，轎廂門鎖鉤前端嚙合部位落入鎖鉤座中，轎廂門上鎖。

轎廂門鎖的防扒：當轎廂處于平層位置之外時，轎廂左右兩扇門處于閉合狀態(tài)，轎廂門鎖中的單邊平行四桿機構(gòu)中的門刀三通過萬向球頭連桿組件與轎廂鎖鉤鉸接，處于自由平衡位置，轎廂門鎖鉤可依靠自身重力作用落入轎門鎖鉤座孔槽內(nèi)，再輔以拉伸彈簧一的作用力，確保轎廂門鎖處于閉合狀態(tài)，此時轎箱內(nèi)乘客無法使門刀三動作，因此不能打開轎廂門，從而保障轎廂內(nèi)乘客的生命安全。

轎廂門救援開鎖：電梯因事故停靠在非平層開鎖區(qū)域之外時，轎廂內(nèi)的乘客不能自行推動轎廂門開鎖，需要電梯維護專業(yè)人員從電梯轎廂外側(cè)拉動異形壓縮彈簧直線段（轎廂門救援開鎖裝置操縱桿），才能打開轎廂門，解救乘客離開電梯轎廂。

3 電梯門鎖主要零件強度計算

3.1 電梯門鎖鉤及鎖鉤座

電梯門鎖鉤和鎖鉤座均為鋼板加工制成，接觸面積為板厚的乘積。

接觸應力校核[3]：

計算端面承壓許用應力，按下式計算：

式（1）中：F——電梯門鎖鉤承受最大力，N，取F=1 000 N；

A——電梯門鎖鉤與鎖鉤座的接觸面積，等于板厚的乘積，mm2。

式（2）中：[δcd]——端面承壓許用應力，N∕mm2；

[δ]——基本許用應力，[δ]=δs∕1.48，N∕mm2，δs為鎖鉤及鎖鉤座選用鋼材的屈服強度。

3.2 轎廂門鎖鉤銷軸

如圖7所示：轎廂門鎖鉤銷軸的危險裁面為A-A。

圖7中：

P1——鎖鉤銷軸工作阻力，取P1=1 000 N[2]；

P2——鎖鉤銷軸預緊力，N，P2=0.7δs A1[5]，δs是鎖鉤銷軸材料的屈服強度，N∕mm2；Al為螺紋部分有效截面積，mm2；

L——A-A截面到鎖鉤板中心位置距離，mm；

M——鎖鉤銷軸受到的彎矩，N·mm，M=P1L。

鎖鉤銷軸復合應力強度校核：

圖7 轎廂門鎖鉤銷軸安裝位置、零件及受力簡圖

τ——計算的純剪切應力，N∕mm2；τ=，A2為鎖鉤銷軸A-A截面積，mm2；

[δ]——基本許用應力，[δ]=δs∕1.48 ，N∕mm2，δs是鎖鉤銷軸材料的屈服強度。

3.3 轎廂門平行四桿機構(gòu)中門刀

在轎廂門鎖運動原理的分析中，可以清楚地知道，雙邊平行四桿機構(gòu)中門刀一和門刀二的功能是在轎廂門運動過程中帶動層門動鎖鉤座組件，從而打開層門，其中門刀一的受力較小，因為層門具有自動復位功能；單邊平行四桿機構(gòu)的門刀三只起到操作手柄的作用，因此它的受力最小，只受到轎廂門鎖鉤自重和拉伸彈簧一對轎廂門鎖鉤施加的阻力矩的作用。

因此，從這三個門刀所起的作用上分析，需要對門刀二進行剛度校核（略）；而受力最小的門刀三可以采用非金屬材料制造，比如ABS工程塑料，以減輕門刀三自身的重量及增加轎廂門鎖鉤自重上鎖力矩，利于轎廂門鎖上鎖。

4 結(jié)論

（1）電梯門鎖均具有自重上鎖功能，轎廂門鎖還增加乘客防扒措施，滿足GB7588-2003∕XG1-2015《電梯制造與安裝安全規(guī)范》要求。

（2）轎廂門救援開鎖裝置中，應用帶有直線段的異形壓縮彈簧作為救援開鎖操縱部件，可以最大限度地減輕轎廂救援開鎖裝置的材料使用量，部分減輕轎廂的重量。

（3）通過對電梯門鎖裝置的運動原理分析，門刀三只具有打開轎廂門鎖的功能，因此它的受力非常小，可以使用非金屬材料制造。

（4）這套電梯門鎖裝置采用了多項創(chuàng)新設計，部分降低材料成本，對電梯門鎖的設計制造具有指導意義。