電梯安全鉗動作受力分析及失效探究

張鵬飛

（贛州市特種設備監督檢驗中心，江西贛州 341000）

0 引言

電梯作為高層住宅中人們出行的必要工具，其安全問題越來越受到人們的廣泛關注，近些年來，墜梯事故也時有發生，當電梯發生超速下降時，電梯的安全鉗就成為了保障電梯安全的重要一環，安全鉗與限速器進行聯動作用，達到限制電梯超速的功效。安全鉗制停電梯時將轎廂夾持在導軌上，其安全性取決于力的大小，有效分析受力是十分重要的。安全鉗的規格比較多，不同生產廠家能力不同，所生產的成品自然也有不同，可能產生不同的制動效果，就需要對安全鉗的性能進行測試，并且對其失效模式深入分析。

1 工作原理解析

每一部電梯想要安全運動，均要有安全鉗作為安全保障，也才能有效保障電梯安全穩定的運行。當電梯下降速度過快，速度達到限速器的設定速度時，一般為額定速度的1.15倍，限速器將觸發安全鉗，安全鉗將電梯夾在導軌上，整個過程就阻止了電梯轎廂繼續運行。避免電梯墜落，有效地保護乘客。目前，大部分電梯所使用的安全鉗有兩種不同的形式，即瞬時式、漸進式。后者常用，下面以該形式作為分析內容。

2 受力的分析

該部件可以近似為一個梯形結構，除了自身的重量外,還受到來自于導軌的壓力F和導軌給安全鉗的摩擦力f，圖1為電梯安全鉗受力分析圖，限速器在電梯超過規定速度快速墜落之時，其拉桿需被上提，這樣操作能讓安全鉗楔塊產生移動（上升或水平方面），引發曳引機電源斷切而停罷。制動器斷電之后，減速轎廂同時通過安全鉗制動的作用，安置于導軌。一般情況下，電梯是受到安全鉗的摩擦力的作用停下來的，以某臺自重1600 kg的電梯為例，對其在超速情況下的安全鉗的受力進行分析。

假設轎廂從超速到安全停穩的制動距離為13 mm，制動時轎廂的加速度為式（1）：

其中，a為安全鉗對轎廂施加的加速度。X為轎廂的制動后的位移，可以算出a為50.87 m/s2，假設轎廂滿載運行，可以算出安全鉗受到豎直向上受到的摩擦力f：

其中f=81 392 N。通過摩擦力可以算出垂直于鉗塊的正壓力。通常情況下，導軌的材料為鋼材，一般取摩擦因數為μ=0.1，運用公式（3）：

可以算出：F=813 920 N，安全鉗為兩個鉗塊同時對導軌兩側作用，所以每一個鉗塊的作用力為每一塊鉗塊所受豎直方向上的摩擦力f1=f2=F/2=40 696 N。安全鉗受力分析見圖1。

圖1 安全鉗受力分析

3 安全鉗的失效分析及實驗原理

3.1 制動減速度

漸進式安全鉗制動時的平均減速度，正如標準GB 7588—2003對于電梯制動平均減速度的要求所描述的，裝有額定載重量的轎廂自由下落的情況下，在電梯超速運行時，安全鉗受限速器超速開關和安全鉗作用，（如上所述安全鉗的受力分析可知）曳引機斷開電源，停止運轉，減速度要求的范圍大于0.2g且小于1.0g。

3.2 載荷對于安全鉗制動的影響

為了進一步探究安全鉗的失效模式，分析電梯轎廂的超載使用會對超速運行的電梯的制動過程產生的影響，從而總結安全鉗的制動效果。依然選取上文的電梯為例，電梯載荷為1600 kg，分別選取額定載荷的50%到150%幾組載荷分別進行試驗，對漸進式安全鉗分析其失效的原因。對制動距離、平均減速的速度進行測量，有效分析載荷量對于降低速度的影響。所得到的實驗數據為在載荷50%的情況下制動距離為600 mm，轎廂載荷對制動距離和平均減速度的影響見表1。

表1 轎廂載荷對制動距離和平均減速度的影響

從上述實驗數據得出，電梯的制動效果發生了明顯改變，載荷量越大制動距離越長，而平均減速度越小，載荷量＞額定載荷，超出量145%時平均速度已處在臨界值，如果此時進一步增加載荷，造成平均減少速度下降至0.15g，而在標準的要求為0.1g，已經超出允許范圍，制動距離一旦過大，可能導致蹲底的的可能。實際使用電梯超速下降，安全鉗無法達到檢驗規定要求減少的速度范圍內，與使用要求不符合而造成危險發生，引發事故。

3.3 失效分析

由上述內容分析，載荷過大，對于制動距離、平均速度等，均有極大影響，產生安全的隱患問題，對于運動的電梯出現的故障情況才能引起更多的重視，定時、定量做好檢查工作，有效將故障一一排除。

3.3.1 間隙不當

（1）由于電梯重新裝修或是在維修過程中，施工人員在施工期間，有雜物掉落在導軌與安全鉗的縫隙之中，沒有及時清理，雜物產生堆積，并且維保階段沒有注意，在電梯運行階段引發電梯安全鉗的誤動作。這就需要在施工階段，發現存在垃圾堆積現象就要及時清理，并且在安裝階段避免楔塊之間存在高度差，一旦出現問題及時調整。

（2）在電梯正常運行過程中，根據標準要求，安全鉗與導軌之間的間隙要留有至少2～3 mm，電梯運動過程中，振動是不可避免的，而不停的振動會造成安全鉗、導軌間隙有一定的變化。如果電梯導軌或安全鉗有磨損，容易造成安全鉗誤動。

3.3.2 限速器調整不當

限速器與安全鉗始終處于聯動狀態，一旦限速器出現問題也極容易造成失效發生。分析原因在于限速器調整未能到位，原因可能是由于偏心凸輪處油結垢而造成的，此時運行時，滾輪可能導致楔塊卡凸輪齒槽。要做到早發現，早清理，必要時調整限速器的彈簧，保證曳引機轉速與限速器的轉速同步。

3.3.3 楔塊動作不靈敏

楔塊動作不靈敏也會導致安全鉗失效，由于楔塊座體上可能會積累過多的油污，在安全鉗動作之后楔塊無法完全復位，此時導軌、楔塊之間間隙不足，導致安全鉗失誤。

3.3.4 提拉桿動作失靈

如果在安全鉗的連桿臂傳動部分，潤滑油不足或是傳動部分腐蝕，可能導致提拉桿動作失靈，且影響非常大。如果提拉桿沒有辦法運作，當電梯安全鉗運作后仍會沿導軌繼續進行，在總體運行中，如果遇到凸起則可能再次引發安全鉗的二次運作。這就需要使用單位定期對安全鉗的拉桿轉動部分進行檢查與清理。

4 結語

安全鉗是電梯安全系統的重要部分，保障著電梯安全可靠運行。使用單位、維保人員以及電梯檢驗人員要充分了解電梯安全鉗動作受力情況及失效原因，針對出現的故障制定有效的防護措施，希望對安全鉗的受力分析以及失效形式的探究能夠為相關從業人員提供幫助，保障人們的生命和財產安全。