電梯安全鉗動作受力分析及失效探究

陶修飛，張星，呂正

（臺州市特種設備監督檢驗中心，浙江 臺州 318000）

近年來，由于經濟的發展，電梯的使用越來越多，電梯的沖頂、墩底、制停、轎廂門的關閉均會危及到乘客的安全。這樣就要求電梯自身安全裝置一定要能夠保障電梯安全可靠地運行，其中安全鉗作為主要的安全保護裝置起著非常重要的作用。

安全鉗的種類大體分為瞬時式安全鉗和漸進式安全鉗。瞬時式安全鉗的制動距離很小，一般應用于低速梯，分為三種形式，分別為：偏心塊式、滾珠式、楔塊式。漸進式安全鉗制動時通過彈性元件來提供制動力的，依照彈性元件的不同分為內置板簧式、圓柱螺旋壓簧式、碟形彈簧式和U型板簧式。

安全鉗裝置的作用是當電梯出現超速、斷繩等意外故障后，其產生的制動力可以保證轎廂夾持在導軌上。目前國內生產的瞬時安全鉗的載重量均低于15000kg。開發商常用電梯的安全鉗為漸進式，對于現有的標準GB7588并未對安全鉗失效模式有明確的規范，所以對其受力分析和失效模式的探究尤為重要。

1 安全鉗的受力計算

（1）安全鉗的受力。為了更好地分析安全鉗在緊急制動過程中的工作狀態，首先就要分析其受力情況，主要從以下幾個方面考慮：圖1為安全鉗受到4個方向力的分析圖。安全鉗近似為一個梯形模型，當電梯超速時，限位器的拉桿提起，曳引機斷電，安全鉗的一個接觸面與轎廂之間產生F1轎廂對安全鉗的壓力和F3轎廂與安全鉗的摩擦力，導軌的接觸面為F2導軌對鉗塊的作用力和F4鉗塊與導軌之間的摩擦力。摩擦力使轎廂減速停在導軌上。

圖1 安全鉗受力分析

安全鉗與導軌的接觸面一般是4面，其中每個摩擦面的摩擦系數μ，所以就有如下公式：

這里一般摩擦系數μ的取值范圍為0.16～0.18，得出F2μ=F4。通過計算可以得到安全鉗的受力。

（2）制動力的能量轉換。當電梯超速運行，限速器動作，觸發安全鉗動作，使電梯制停在導軌上。此時電梯的動能為零，重力勢能減小。制停消耗的能量也一部分轉化為彈性勢能，另一部分由于導軌和楔塊之間摩擦力的作用全部轉化成熱能。

因為電梯之前的動能為E動＝1/2mv2，其中m為電梯在載荷時的電梯總重量，v為電梯受到安全鉗制動之前的初速度，重力勢能E勢為mgS,其中S為制動距離，而電梯安全鉗制動時受到阻力F制動時的能量消耗就為E=FS。此時根據能量守恒定律就有公式如下：

（3）安全鉗的制動距離。在安全鉗制動過程中其制停減速度的大小會直接影響人體的受沖擊程度，在制停過程就有如下公式：

根據標準中要求安全鉗動作時，其減速度在0.2～1g之間。而制動停止時轎廂的最終速度Vt為0，當達到觸發時安全鉗動作的速度為V0，就可以通過公式得出制動距離，瞬時式安全鉗在動作時由于鉗座為剛性的，不存在鉗座與鉗塊間的滑移，制停距離來自于限速器鋼絲繩的滑移長度。根據GB7588的要求，在轎廂側應用時速度不超過0.63ms-1。用于對重側和平衡重側時，其速度小于1.0ms-1。對于剛性夾持式限速器，鋼絲繩的滑移量很小，也就是公式中的制動距離S很小，因此控制電梯的速度就尤為重要。而對于漸進式安全鉗，由于可以通過調整制停距離控制減速度，因此無需使用速度限制。我國相關的電梯技術標準中規定了各種速度下使用的漸進式安全鉗的制停距離。限速器的動作速度指夾持鋼絲繩時的電梯速度。標準中規定，其動作速度要高于轎廂額定速度的115%。同時規定對重限速器的動作速度應大于轎廂限速器的動作速度，同時不應超過10%。

2 安全鉗的失效分析

2.1 間隙不當

（1）由于電梯在使用過程中，電梯間隙過大，維護保養不及時就會產生垃圾和雜物掉入其中，產生堆積現象，電梯運行過程中就會出現阻力加大，造成誤動作，可以在安裝時盡量縮小楔塊之間的高度差，發現問題時應及時調整。

（2）根據標準要求安全鉗與導軌的間隙控制在3mm以內，但不應小于2mm，電梯出現磨損則會導致安全鉗的誤動作，電梯出現振動時，極其容易導致間隙擴大，造成事故的發生。

2.2 楔塊動作不靈敏

一旦楔塊和楔塊座之間存在油污，就會對楔塊動作的靈敏性產生很大影響，在安全鉗動作之后，楔塊無法完全進行復位動作，楔塊與導軌間的間隙就會不足，引起安全鉗誤動作。

2.3 限速器調整不當

限速器調整不當或者是偏心凸輪存在油垢，均會導致滾輪在運行時發生楔塊卡在凸輪齒槽的情況，引起安全鉗誤動作。發生故障時可以調整限速器的彈簧，以便使曳引機與限速器達到同步轉速。

2.4 安全鉗提拉桿動作不靈

一旦傳動部分出現腐蝕或者傳動臂缺油均會造成安全鉗拉桿的卡滯現象，導致提拉桿作用力減小，而安全鉗動作仍然會沿著導軌運行，一旦遇到凸起則會導致安全鉗誤動作。必要時就應對其進行清理以保證靈活性。

2.5 限速器鋼絲繩張緊力

限速器繩與繩槽之間的摩擦力要依靠張緊裝置的作用，限速器無法產生提拉力時，安全鉗無法動作，而且防止張緊失效的電氣開關在底坑，其工作環境極易產生銹蝕導致張緊裝置失效，但是電梯仍然會正常運行，尤其是高層電梯中極易出現限速器鋼絲繩張緊力不足情況，從而引發安全鉗誤動作發生。這時就需要對鋼絲繩的張緊裝置進行維修。

3 討論和建議

（1）提高安全鉗的系統檢測標準。電梯的安全鉗系統保障著轎廂內人員安全，制定出一套行之有效的辦法，提高檢測的標準，縮短校驗周期，檢驗過程中保證在空負荷和滿負荷下運行，在特定條件下進行專項的安全檢測。

（2）做好安全鉗的動作實驗。現有的安全鉗的檢驗存在重視程度不夠的情況，一般在做安全鉗動作實驗的時候，會出現使用狀況較差、故障頻發等問題，電梯在運行時具有多種安全保護裝置，所以很容易忽略了其實驗過程和保養環節，一旦安全鉗失效，電梯超速運行，電梯的安全性將難以保障，所以當產生安全隱患時要定期排查做好維護保養。

（3）安全鉗的使用配件，如螺栓等在采購時一定要在具有指定生產資質的廠家訂制，電梯維保人員的業務能力也要接受定期培訓和安全教育，預防危險事故的發生。

4 結語

安全鉗保護系統作為一套成熟的安全裝置，已經沿用多年，雖然也在不斷地創新和改進，但是依然需要通過人為的定期維修保養。通過對安全鉗的受力分析和對失效模式的探究可以看出，由于其動作的環節電氣系統相對復雜，一旦出現故障，將會使安全鉗裝置的動作失效，造成不可挽回的損失，因此希望檢驗人員能夠對其質量嚴格把關，維護保養單位制定切實有效的措施，切實保證維護保養的質量，使電梯能夠安全運行。