一種無機房電梯救援裝置的設計

吳城汀

(福建省特種設備檢驗研究院，福建 福州 350008)

一種無機房電梯救援裝置的設計

吳城汀

(福建省特種設備檢驗研究院，福建 福州 350008)

隨著電梯驅動與控制技術的發展，特別是耐用、節能的永磁同步電機曳引機的研發成功，無機房電梯作為綠色電梯的代表成為建筑業電梯市場新的選擇，逐步得到廣泛應用，但由于其結構與有機房電梯存在著較大差異，因此出現事故時，應急救援的難度很大。設計一種便攜式緊急救援裝置，以解決無機房救援中的緊急電動運行及手動或電動松閘裝置失效情況下的緊急救援問題。

無機房電梯；緊急救援裝置；導軌夾緊器；繩頭夾緊器

0 前言

現有的有機房電梯應急救援裝置技術已經相當成熟和完善，已從傳統的“自救”方式發展到現在最常用的“他救”方式，并繼續向 “自動救護”、“遠程救護”方向發展[1]。目前國內外已經對自動救援和遠程救援進行了相當大的研究，但是目前應用較少，且技術不夠成熟[2-3]。對于永磁同步的無機房電梯，特別是電動松閘裝置的急松閘電源蓄電池無法提供松閘所需的電壓，導致應急松閘裝置失效，無法松閘移動轎廂。對于考慮僅僅設置有松閘裝置而無盤車裝置，特別是松閘裝置又是電動松閘裝置的無機房電梯，如何保障困人時，在電動松閘失效時仍然能移動轎廂至平層位置的裝置，目前還未見研究，且國家標準沒有對此明確規定，這類電梯存在著比較大的安全隱患，因此研究設計一套在松閘裝置失效情況下，通過不松閘能移動轎廂位置的裝置，以對這類電梯的安全性能進行研究補充，預防事故危險性存在。

1 救援的總體方案

如圖1所示，將繩頭夾緊裝置固定在曳引鋼絲繩上，將導軌夾緊裝置固定在T型導軌上，將手動葫蘆的兩端通過吊鉤分別掛在導軌夾緊裝置和繩頭夾緊裝置上。

圖1 救援總體方案示意圖

由圖1可知，通過站在轎頂上的救援人員手動操作葫蘆對轎廂進行提升，將轎廂提升至最近的平層，打開層門和轎門展開救援工作。

2 導軌夾緊裝置的設計

由于現有的電梯轎廂導軌為T型導軌，在救援過程中，為了減少對導軌的損傷，可將導軌夾緊裝置裝設在非安裝轎廂安全鉗的導軌兩側上，其導軌夾緊裝置如圖2所示。

圖2的孔是用于固定鎖緊螺栓的，通過對螺栓施加一定的預緊力，使得螺釘對導軌有壓力，靠12個螺釘與導軌的接觸面的摩擦力承受轎廂或者對重的載荷。為了方便與提升機械裝置對導軌夾緊裝置外力的施加，需要一個耳孔，因此夾緊裝置還需要一個耳孔，這里選擇φ32的圓柱型耳環并焊接在導軌夾緊裝置的主體上。

圖2 導軌夾緊裝置的示意圖

2.1 焊縫強度校核

根據圖1所示的救援示意圖，在導軌夾緊器的一側，其拉力F的大小根據平行四邊形法則，如圖3所示，P為轎廂與載荷的總質量(假定為20000N)。

圖3 提升過程中受力圖

通過受力分析可得：

Fcosα+Tcosβ=P

S=H+0.5W

其最危險的時候是在力F與垂直方向的力夾角為45°的時候，此時，導軌夾緊器的受力為最大。

在耳環的受力分析，可用二力桿來求解得到兩個焊接點的受力大小，如圖4所示。

圖4 耳環的受力分析

根據力學平衡條件可知：

對于x方向上：Fcos45°=FAsinα+FB

對于y方向上：Fsin45°=FAcosα

而角度α則根據設計尺寸可求得α=31.39°，聯立以上兩個方程可得：

由FA可求得A點的在x和y方向上的力：

FAx=FAsinα=12202N，FAy=FAcosα=20018N

A點處除了受x和y方向上的拉力和剪切力的影響，還受到一個順時針的彎矩的影響，并可由幾何尺寸計算得到d=22.761mm，A點處的彎矩MA=643.68N·m。

在轎廂提升的過程中，A點受拉伸應力的影響，B點受壓縮應力的影響，因此，A點為危險點，其焊接處為危險區域，需要對其進行強度校核。

在A點處，在x方向上的拉伸應力：

在A點處，在y方向上受剪切應力：

此外焊接處還受到彎矩的影響。其彎曲強度為：

因此，彎曲強度符合要求。

2.2 螺釘的強度校核

導軌夾緊器上的6個螺釘是靠螺釘與導軌的摩擦力以提升轎廂，其受力分析圖可由圖4所示。

在圖4中，FAx和FAy以及FB為已知條件，根據平衡方程可得到：

由于有12個未知數，只有兩個方程，屬于超靜定方程的工程問題，為此，引入ANSYS12.1有限元分析軟件進行分析，其網格劃分的示意圖可如圖5所示。

圖5 導軌夾緊器的網格劃分

為了分析方便，可在焊接處設一個圓形凸臺，其直徑為φ32，厚度為10mm,靠上端的為A處，靠下端的為B處。根據上述分析可知，在A處受一斜方向的拉力F=23428N,和一個彎矩M=684Nmm的作用，在完成外力的加載后，需要固定約束，現在將12個螺紋孔的位移設為零，設為固定端。在完成一系列的設定后，進行壓力分析，其分析結果如圖6所示。

圖6 壓力分布圖

從圖6中看出，12個螺紋孔中，其危險孔為從上往下第二個螺紋孔，其壓力為σ2=7.786MPa,由此可計算其受到的摩擦力：

式中，Ks2為安全系數，這里取1.5。摩擦力是由螺釘的預緊力提供，而螺釘與導軌的兩個側表面的摩擦系數這里取0.1，由摩擦理論可知，其第2個螺釘的預緊力為：

所選用的8.8級的φ16的螺釘的屈服強度為σs=640MPa。在螺紋連接設計中，一般規定擰緊后螺紋聯接件的預緊力不得大于其材料屈服強度σs的80%[4]。對于一般聯接用的鋼制螺栓，推薦的預緊力限值如下(碳素鋼螺釘)：

因此，其最危險的螺釘截面中，所需的預緊力在螺釘的可接受預緊力范圍內。在知道其預緊力后，需要求得其螺釘的擰緊力矩，在求取之前需要知道其擰緊力矩系數，這里的擰緊力矩系數可取0.20，因此，其擰緊力矩T為：

T=K1F2預d=0.20×64550×0.016=206N·m

為安全起見，這里擰緊力矩取210N·m。而且為了使得各個螺釘的受力均勻，各個螺釘的擰緊力矩必須相同。

3 鋼絲繩夾緊器

3.1 鋼絲繩夾緊器的設計

現有的夾緊鋼絲繩的裝置種類很多，但是很多僅僅固定在鋼絲繩上，或者將兩根鋼絲繩連結在一起，防止其相互移動，但是其并無外力可作用的點以提升鋼絲繩。為此，需要在現有常見的鋼絲繩卡頭的基礎上，設計一個方便施加外力以提升轎廂的鋼絲繩夾緊裝置。

現有的鋼絲繩卡頭型式很多種，可選擇一種日式卡頭，可通過將兩個鋼絲繩卡頭通過焊接使其固定在一個U型的鋼條上，作為鋼絲繩夾緊裝置，可將兩個卡頭夾緊在鋼絲繩上，這樣可將提升機械裝置的一端吊鉤固定在鋼絲繩夾緊裝置上，通過提升機械裝置就可以提升轎廂，如圖7所示。

圖7 鋼絲繩夾緊裝置

3.2 鋼絲繩夾緊器的強度校核

由于鋼絲繩可承受彎曲力矩，因此對于鋼絲繩夾緊裝置，只要驗證其拉伸強度和剪切強度。很明顯，其危險截面處于U型鋼條與鋼絲繩卡頭的焊接處，因而只需校驗該處的強度即可。

在x方向上的拉伸應力：

在y方向上受剪切應力：

因此，剪切強度符合要求。

4 提升機械裝置

對于提升的機械裝置，現有的手動葫蘆是一種使用簡單、攜帶方便的手動起重機械，因此，可選擇市場上成熟的機械設備，而且手動葫蘆價格便宜。

5 結語

通過設計一種便攜式的無機房救援裝置，并所設計結構尺寸進行強度校核，經校核后，其強度符合要求。該裝置能夠在當電梯限速器、安全鉗發生動作或轎廂蹲底、沖頂時，并且該電梯配置的電動松閘裝置的急松閘電源蓄電池無法提供松閘所需的電壓時，能夠利用該緊急救援裝置方便、迅速、安全地將電梯開到平層位置，使乘坐人員安全離開。而且該套緊急救援裝置設計輕便，方便人員攜帶和操作。

[1] 何貴陽. 有機房無齒輪曳引驅動電梯設置盤車裝置的探討[J]. 科技創新與應用，2015，(5):37-38.

[2] 汪艷娥. 無機房電梯的緊急救援裝置[J]. 起重運輸機械，2006,(6):69-70.

[3] 郭曉波. 無機房電梯的應急救援裝置系統[J]. 電子產品世界，2006,(1):85-86.

[4] 聞邦椿. 機械設計手冊[M]. 北京：機械工業出版社，2010.

Rescue Device Design for Machine-roomless Elevator

WU Chengting

(Special Equipment Inspection and Research Institute of Fujian Province, Fuzhou 350008, China)

With the development of the elevator drive and control technology, especially the development of the durable, energy-efficient traction machine with permanent magnet synchronous motor, now the elevator machine room is selected as the green building industry elevator in the market. Because of the great difference between its structure and elevator machine room, the emergency rescue becomes very difficult when an accident happens. In this paper, a portable emergency device is designed to solve the problems of machine-roomless elevator room emergency rescue operation and service in the case of manual or electric brake release device failure.

machine-roomless elevator; emergency rescue devices; rail clamp; rope clamp

吳城汀(1987-)，男，福建龍巖人，碩士研究生，研究方向為先進制造技術。

TH122

B

1671-5276(2015)05-0046-04

2014-02-25