既有電梯層門導靴嚙合深度試驗研究

杜 波 韓紹義 殷 鷹 於 浩 劉 彪 孫立新

（1. 四川省特種設備檢驗研究院 成都 610061）

（2. 四川科萊電梯股份有限公司 綿陽 621900）

（3. 重慶市特種設備檢測研究院 重慶 401121）

近年來，國內發生多起因乘員撞擊電梯層門使門扇底部導靴（又稱滑塊）脫離地坎槽，導致乘員墜落井道傷亡的事故，引發社會輿論地廣泛關注。通過分析此類事故原因發現，電梯層門受外力撞擊后發生門扇底部脫出地坎槽，與撞擊力大小、門扇機械強度不足和門導靴嚙合深度過淺三個因素有關[1，2]。由于撞擊力與乘員個體有關，無法避免乘員魯莽撞擊層門的不安全行為。因此，就層門本身而言，提高門扇機械強度和調整門導靴嚙合深度是防止電梯層門受外力撞擊脫落的有效措施。然而，對于目前國內市場上400萬部既有電梯而言，按每棟樓平均15層站計，共有1.2億個門扇，采用加強層門機械強度方法會增加用料及加工成本，涉及費用龐大且改造周期長，難于實現。因此，設置合理的門導靴嚙合深度是對既有電梯層門預防撞擊后脫出地坎槽最簡單有效的一種舉措。

目前，歐洲標準EN-81以及我國標準GB 7588—2003 《電梯制造與安裝安全規范》第1號修改單中僅對層門機械強度有規定，并未對電梯層門導靴嚙合深度尺寸做出明確規定[3，4]，即使層門機械強度滿足要求，如果門導靴嚙合深度過淺，層門受沖擊后仍容易脫出地坎。美國ASME標準中規定層門導靴與地坎之間的嚙合深度應不小于6mm，但同時也對層門機械強度（承受2500N的靜力）和層門安全保持裝置（承受5000N的靜力）規定了更為嚴格的要求[5]。

2017年8月，國內一些檢驗機構對市場上既有電梯3235個層站的門導靴嚙合深度進行了抽查統計，結果如圖1所示。

圖1 既有電梯層門導靴嚙合深度統計

從圖1中可知，門導靴嚙合深度h≥15mm的層站數為620個，占比19%；嚙合深度（10≤h＜15)mm的層站數為2016個，占比60%；嚙合深度（6≤h＜10)mm的層站數為669，占比20%；嚙合深度h＜6mm的層站數為42，占比1%。由此可見，由于缺乏相關標準，目前國內市場上既有電梯層門導靴嚙合深度尺寸并未達到統一，這也是造成近年來層門受撞擊脫落事故頻發的原因之一。因此，亟待對既有電梯層門導靴嚙合深度進行深入研究，制訂行業相關標準。

本文從試驗角度出發，對既有電梯水平滑動層門導靴嚙合深度進行研究，首先選購一批典型試驗層門樣品；其次，利用擺錘沖擊裝置，提出電梯水平滑動層門導靴嚙合深度試驗方案；然后，將該方案分解成層門受撞擊脫槽時的擺錘跌落高度試驗、層門受撞擊脫槽時擺錘跌落高度對應的層門沖擊力試驗、人腳踹層門沖擊力試驗、人腳踹層門驗證四項試驗內容，對每項試驗內容和結果都進行詳細闡述和分析；最后，確定出既有電梯水平滑動層門導靴嚙合深度合理尺寸。

1 試驗對象

GB 7588—2003 《電梯制造與安裝安全規范》對層門強度要求較低，僅有承受300N靜力變形的要求[6]。而GB 7588—2003 《電梯制造與安裝安全規范》1號修改單中對層門機械強度有所加強，增加了承受1000N靜力變形和擺錘沖擊試驗要求[4]。但1號修改單從2016年7月1日開始實施，目前僅實施了兩年。而GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規范》從2004年1月1日開始，實施了近15年時間，在此期間生產使用的層門數量遠大于1號修改單實施以后生產使用的層門數量。另外，根據近年來電梯層門受外力撞擊事故統計發現，大多數事故電梯層門的生產日期均在1號修改單實施以前。由此可見，1號修稿單以前生產的層門受撞擊脫落發生事故的可能性較大。因此，本次試驗所選用電梯層門均為1號修改單正式實施以前生產使用的水平滑動層門。

由于目前于國內市場上電梯制造業品牌眾多，本次試驗不可能完全覆蓋市場上所有品牌不同規格的電梯層門。項目組成員通過市場調研后，商定從歐系、日系和國產品牌中各選一具有代表性的電梯制造品牌。因此，本次試驗選用了日立公司、蒂森公司和寧波申菱公司生產的層門，生產日期均為2016年7月1日以前，門扇寬度為800mm、900mm兩種規格，共計108個門扇作為試驗樣品。三種品牌兩種規格的層門基本參數見表1。三種品牌層門實物如圖2所示。

三種品牌層門導靴及其安裝方式如圖3所示。圖3（a)中，寧波申菱層門導靴中的導向靴襯采用非金屬耐磨型（橡膠+特氟龍）材料制作，與金屬連接板下端通硫化膠合固定，金屬連接板上端開有圓孔，通過螺栓與層門下端連接。圖3（b)中，日立層門導靴中的導向靴襯采用橡膠和高分子耐磨材料制作，導向靴襯上端面開有矩形凹槽，金屬支架下端的連接片直接插入導向靴襯的矩形凹槽內，上端通過螺栓與層門下端連接。圖3（c)中，蒂森層門導靴中的導向靴襯采用H型塑料體，金屬連接桿下端與H型塑料體中間的安裝孔連接，上端與層門下端橫梁通過螺栓連接。

表1 三種品牌兩種規格層門的基本參數

圖2 三種品牌層門實物

2 試驗方案

目前，電梯層門抗沖擊性能通常是由擺錘沖擊試驗（模擬人體撞擊層門）結果來確定。擺錘沖擊試驗裝置如圖4所示。擺錘試驗裝置是由懸掛擺錘的金屬框架以及擺錘組成。擺錘對電梯層門的沖擊力是通過將擺錘上拉至一定高度后跌落，將其重力勢能轉換成動能而來。對于金屬層門，擺錘由一個皮革制成的沖擊小袋，內裝填直徑為（3.5±1）mm鉛球構成的軟擺錘，總質量為（45±0.5）kg[7，8]。本次試驗仍利用擺錘沖擊試驗裝置來對層門導靴嚙合深度進行研究。

圖3 三種品牌層門導靴及安裝方式

圖4 擺錘沖擊試驗裝置

試驗前，針對不同結構形式（有無加強筋）的層門，取門扇抗沖擊最薄弱位置作為擺錘撞擊點。對于無加強筋的層門，軟擺撞擊點高度距門扇下端1000mm，寬度為門扇寬度正中，如圖5（a）所示。對于有縱向加強筋的門扇，軟擺撞擊點高度距門扇下端1000mm，寬度為靠門縫側無加強筋區域的正中間，如圖5（b）所示。

圖5 擺錘撞擊點

項目組曾按GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規范》國家標準第1號修改單[4]中規定的層門強度擺錘沖擊試驗要求（擺錘跌落高度H=800mm）進行試驗，發現即使將三種品牌層門導靴嚙合深度調整到最大值，層門受到擺錘沖擊后導靴仍會脫出地坎槽。說明對于2016年7月1日以前生產使用的電梯層門，通過調整層門導靴嚙合深度的方式無法滿足1號修改單中擺錘沖擊試驗跌落高度的要求。

為此，項目組成員經過反復討論，提出新的試驗方案，具體如下：

首先，將擺錘跌落高度H值由低到高逐級增加，測試門導靴位于不同嚙合深度條件下，層門受撞擊脫槽時擺錘跌落高度范圍。

其次，測試門導靴位于不同嚙合深度條件下，層門受撞擊脫槽時擺錘跌落高度所對應的沖擊力。然后，測試成年人腳踹層門的沖擊力，并與擺錘沖擊力進行對比，初步確定出符合要求的門導靴嚙合深度值。

最后，通過成年人腳踹層門來對符合要求的門導靴嚙合深度進行驗證，最終得出既有電梯水平滑動層門導靴嚙合深度的安全尺寸。

3 試驗內容及結果分析

將上述試驗方案分解成層門受撞擊脫槽時的擺錘跌落高度試驗、層門受撞擊脫槽時擺錘跌落高度對應的層門沖擊力試驗、人腳踹層門沖擊力試驗、人腳踹層門驗證四項試驗內容，每項試驗內容及結果分析闡述如下：

3.1 層門受撞擊脫槽時擺錘跌落高度試驗

將三種品牌不同規格層門的導靴嚙合深度分別設置為6mm、9mm、12mm和15mm，擺錘跌落高度H從50mm開始，由低到高逐級增加，間隔為50mm，測試門導靴位于不同嚙合深度下，層門受擺錘撞擊脫槽時的擺錘跌落高度范圍，試驗結果如圖6所示。圖6中，每個柱狀條下沿所對應的擺錘跌落高度表示門導靴未脫離地坎槽，上沿所對應的擺錘跌落高度表示門導靴已脫離地坎槽。

對圖6中的試驗結果進行分析，可得出如下幾點結論：

圖6 門導靴位于不同嚙合深度時，層門受撞擊脫槽時的擺錘跌落高度

1）由圖 6（a)、圖 6（b)和圖 6（c)可知，對于同一品牌相同寬度的層門，隨著門導靴嚙合深度的增加，層門脫槽時擺錘跌落高度也近似呈線性增加。驗證了增加門導靴嚙合深度是增強層門抵抗外力撞擊的一種有效措施。

2）由圖 6（a)、圖 6（b)和圖 6（c)可知，對于同一品牌不同寬度的層門，在相同門導靴嚙合深度條件下，900mm寬層門脫槽時擺錘跌落高度通常稍大于800mm寬層門脫槽時擺錘跌落高度。說明層門寬度也是影響層門抗沖擊能力的因素之一。

3）由圖6（d)和圖6（e)中可知，對于不同品牌相同寬度的層門，在相同門導靴嚙合深度條件下，有縱向加強筋的層門（如申菱、蒂森）脫槽時的擺錘跌落高度比無加強筋的層門（如日立）脫槽時的擺錘跌落高度要高出100mm～200mm。說明有縱向加強的層門抗沖擊能力比無加強筋的層門強。同時也表明增設層門加強筋是增強層抵抗外力撞擊的一種有效措施。

4）從圖6（d)和圖6（e)中可知，對于布置有縱向加強筋的不同品牌（如申菱、蒂森）相同寬度的層門，在相同門導靴嚙合深度情況下，層門受撞擊脫槽時的擺錘跌落高度值相差不大。對兩品牌層門結構分析可知，雖然申菱層門的門扇厚度（1.0mm）小于蒂森層門的厚度（1.5mm），但申菱層門縱向加強筋的寬度（75mm）大于蒂森層門加強筋的寬度（60mm）。此外，申菱層門導靴長度（65mm）也大于蒂森門導靴的長度（40mm）。表明門扇厚度、加強筋寬度、門導靴長度對層門抗沖擊能力均有影響。如果門扇厚度較薄，可通過增設加強筋或增加導靴長度的方式來增強層門抗沖擊能力。

3.2 層門受撞擊脫槽時擺錘跌落高度對應的層門沖擊力試驗

將沖擊力傳感器固定在擺錘撞擊層門的撞擊點處，如圖7所示。將擺錘高度調整至前述試驗獲得的層門受撞擊脫槽時擺錘跌落高度值，通過擺錘撞擊沖擊力傳感器，測量擺錘從不同高度跌落下撞擊層門的沖擊力。經過多次試驗，獲得門導靴不同嚙合深度條件下，層門受撞擊脫槽時擺錘跌落高度對應的層門沖擊力，試驗結果如圖8所示。

圖 7 擺錘撞擊層門沖擊力測試裝置

圖8 門導靴不同嚙合深度下，層門受撞擊脫槽時擺錘跌落高度對應的層門沖擊力

通過對圖8中試驗結果進行分析，同樣可得出與前述3.1節中1）、2）和4）相同的結論。此外，由圖8（e)和8（f)中可知，對于不同品牌相同寬度的層門，當門導靴嚙合深度為9mm、12mm和15mm時，無加強筋的層門（日立）所受的擺錘沖擊力大于有縱向加強筋層門（申菱、蒂森）所受的擺錘沖擊力。而從圖6（e)和6（f)中可知，在相同門導靴嚙合深度條件下，無加強筋層門（日立）脫槽時的擺錘跌落高度小于有縱向加強筋層門（申菱、蒂森）脫槽時的擺錘跌落高度，造成此差異主要有以下兩方面原因。

1）日立牌電梯層門的機械強度好于申菱和蒂森牌電梯層門。通過對擺錘沖擊試驗后的各品牌層門進行反復勘查發現，當門導靴嚙合深度為9mm、12mm和15mm時，隨著層門受撞擊脫槽時擺錘跌落高度的增加，申菱牌和蒂森牌電梯的層門擺錘撞擊點周圍均出現了明顯可見的永久變形，說明層門發生塑性變形而引起導靴脫離地坎槽，沖擊力變化趨勢平緩。對于日立牌電梯層門而言，當門導靴嚙合深度為9mm、12mm時，層門擺錘撞擊點周圍并未出現明顯的永久變形，說明層門發生彈性變形而引起導靴脫離地坎槽，沖擊力變化較大。當門導靴嚙合深度為15mm時，日立牌電梯層門擺錘撞擊點周圍才出現明顯可見的永久變形，說明層門發生塑性變形而引起導靴脫離地坎槽。

2）日立牌電梯層門（無加強筋）導靴容易脫槽。與申菱牌和蒂森牌電梯層門導靴相比，日立牌電梯層門導靴的金屬連接板較薄，而且金屬連接板是直接插入導向靴襯中，并未像申菱牌和蒂森牌電梯層門導靴那樣兩者之間通過硫化膠合或機械方式固定牢靠，當受到沖擊力后，日立牌電梯層門底部的金屬連接板易發生塑性變形，同時導向靴襯也容易脫離金屬連接片，進而導致門導靴脫離地坎槽。

通過上述分析可知，并非層門機械強度越高，層門抗沖擊性能就越好，層門底部導靴結構形式及其與地坎之間的嚙合深度也對層門抗沖擊性能有重要影響。

3.3 人腳踹層門沖擊力試驗

將沖擊力傳感器固定在擺錘撞擊層門的撞擊點處，其布置方式見圖7。分別將三種品牌層門導靴嚙合深度調整至最大值，并選取3位成年男性，從距層門2.4m[9]處開始小跑助力后用腳踹層門，腳踹層門撞擊點位置與擺錘撞擊層門撞擊點一致，測試并記錄成年人腳踹不同品牌層門的最大沖擊力。試驗結果見表2。

表2 成年人腳踹層門的最大沖擊力 N

分別將表2中人腳踹三種品牌層門的沖擊力與擺錘撞擊層門的沖擊力繪制在同一張圖上進行比較，如圖 9（a)～ 圖 9（c)所示。

從圖9（a)～圖9（c)中可知，對于同一品牌相同規格的層門，擺錘撞擊層門沖擊力值大于人腳踹層門沖擊力值所對應的門導靴嚙合深度應是符合要求的。三種品牌層門符合要求的門導靴嚙合深度見表3。

從表3可知，對于三種品牌不同規格的層門，當門導靴嚙合深度為6mm時，成年人用腳均會踹開層門，不符合要求。當門導靴嚙合深度為9mm時，雖然成年人用腳不會踹開蒂森牌電梯層門（800mm寬門和900mm寬門）和申菱牌900mm寬電梯層門，但可以踹開日立牌（800mm寬門和900mm寬門）和申菱牌800mm寬的層門，存在較大風險，門導靴嚙合深度為9mm也不符合要求。而當門導靴嚙合深度為12mm和15mm時，成年人不能用腳踹開三種品牌所有規格的層門。因此，通過對兩種方式撞擊層門的沖擊力值大小進行比較后可知，門導靴嚙合深度為12mm和15mm時均符合要求。

圖9 人腳踹層門的沖擊力與擺錘撞擊層門的沖擊力對比

表3 三品牌層門符合要求的門導靴嚙合深度

3.4 人踹層門驗證試驗

在實際情況下，人腳踹層門的位置與擺錘撞擊層門的撞擊點往往不一致，尤其在高度方向上。為此，本次試驗將門導靴嚙合深度分別設置為12mm和15mm，通過人腳踹層門進行驗證。具體方法是讓一名成年男性從距層門2.4m處開始小跑助力后用腳踹層門，腳與層門接觸位置在寬度方向與圖5中大致相同，高度方向由測試人員自己決定。人腳踹層門后門導靴脫槽/未脫槽次數的統計結果見表4，通過對統計數據進行比較分析，最終確定出門導靴嚙合深度的安全尺寸。

表4 門導靴嚙合深度12mm和15mm時人腳踹層門脫槽/未脫槽次數統計

由表4可知，對于日立（800mm寬、900mm寬）層門以及申菱800mm寬層門，當門導靴嚙合深度為12mm，成年人用腳踹層門時，層門導靴脫槽次數均大于未脫槽次數，不符合要求。對于申菱牌900mm寬層門和蒂森牌（800mm寬、900mm寬）層門，當門導靴嚙合深度為12mm，成年男性用腳踹層門時，層門導靴槽次數均小于未脫槽次數，符合要求。將門導靴嚙合深度為12mm時的三種品牌層門脫槽和未脫槽次數分別進行求和，層門導靴脫槽次數為8次，未脫槽次數為9次。從概率角度看，當門導靴嚙合深度為12mm時，層門受人力撞擊后下端門導靴脫槽概率高達47.1%，表明層門在受人力撞擊后下端導靴脫槽可能性較大，層門具有較大的安全隱患。因此，不建議將門導靴安全嚙合深度設置成12mm。

對于本次試驗三種品牌不同規格的層門，當門導靴嚙合深度為15mm，成年男性用腳踹層門時，層門導靴脫槽次數均小于未脫槽次數，符合要求。將門導靴嚙合深度為15mm時的三種品牌層門脫槽和未脫槽次數分別進行求和，層門導靴不脫槽次數為15次，脫槽次數僅為2次。從概率角度看，層門導靴不脫槽概率為88.2%，遠大于導靴脫槽概率（11.8%），表明當門導靴嚙合深度為15mm時，雖不能完全防止所有規格層門受人力撞擊后脫槽，但受到人力撞擊后層門導靴脫槽的可能性很低。因此，綜合比較，將既有電梯門導靴安全嚙合深度設置為15mm為宜。

4 結論

本文通過對既有電梯水平滑動層門導靴嚙合深度進行試驗研究，得出如下主要結論：

1）提出了既有電梯水平滑動層門導靴嚙合深度的試驗方案，該方案包含層門受撞擊脫槽時的擺錘跌落高度試驗、層門受撞擊脫槽時擺錘跌落高度對應的層門沖擊力試驗、人腳踹層門沖擊力試驗、人腳踹層門驗證四項試驗內容，通過該方案能得到準確可信的門導靴嚙合深度安全尺寸。

2）試驗結果表明，對于既有電梯水平滑動層門，門扇底部導靴與地坎槽之間的嚙合深度在任何情況下應不小于15mm為宜。該結果可為我國制定既有電梯水平滑動層門導靴的嚙合深度尺寸標準提供支撐。