電梯安全鉗運行原理及故障原因分析

摘要：電梯安全鉗作為一種重要的電梯安全保護裝置，其正常動作與否關系到電梯能否安全運行。現從電梯安全鉗的運行原理出發，對電梯限速器-安全鉗聯動失效這一比較常見的故障類型進行了分析，分別從電梯限速器和安全鉗兩個方面分析了產生故障的原因，并提出了電梯安全鉗性能測試分析的基本思路。

關鍵詞：電梯;安全鉗;運行原理;故障原因;性能測試

0 引言

電梯在人們日常生活中的應用越來越廣泛，其安全性也受到人們越來越多的關注。安全鉗作為一種重要的電梯安全保護裝置，其能否正常動作直接影響到電梯能否安全運行。因此，研究安全鉗運行原理，分析安全鉗產生故障的原因，對于保證電梯的安全運行及乘客的生命財產安全具有至關重要的作用。吳春鴻[1]認為，電梯安全鉗未正常動作的原因主要包括兩個方面：安全鉗自身動作開關損壞和安全鉗機械執行裝置未動作或動作不到位，并從安全鉗的極限設計、材質選擇及安全裝置靈敏度等方面進行了有針對性的探討。劉勤松[2]針對某一電梯轎廂墜落事故進行了分析，認為電梯墜落過程中雖然安全鉗動作，但未能成功制止電梯墜落的主要原因在于，電梯使用年限較久，造成安全鉗鉗口磨損嚴重。為此，論證了定期對安全鉗性能進行測試的必要性，并提出了一種用于電梯安全鉗測試的方法。湯坤林[3]和張濟斌[4]分別從電梯限速器、安全鉗兩個方面對電梯限速器-安全鉗聯動失效的原因進行了分析，并提出了故障解決措施及預防方案。蔡育生[5]對某一電梯限速器-安全鉗誤動作的案例進行了分析，提出了一些電梯的日常維護建議。本文在此基礎上，簡要介紹了電梯安全鉗的運行原理，并從安全鉗的設計、選型方面對其產生故障的原因進行分析，以保證電梯的安全穩定運行。

1 電梯安全鉗運行原理

電梯安全鉗是保證電梯在緊急情況下能制停的一種安全裝置。電梯安全鉗的結構原理如圖1所示，在電梯運行過程中，一般情況下限速器和安全鉗組合配置，一旦電梯運行速度超過限速器上限速度時，或者在電梯曳引鋼絲繩、鋼帶發生斷裂等緊急情況下，電梯運行將不受控制，此時安全鉗動作，可以將電梯轎廂緊急制停在電梯的運行導軌上，能有效保證電梯的運行安全和設備安全。通常安全鉗可以分為單向安全鉗和雙向安全鉗兩類，其中雙向安全鉗制造工藝復雜，因此國內目前應用較多的是單向安全鉗。按照安全鉗的工作原理和結構特征，可以將安全鉗分為瞬時式安全鉗和漸進式安全鉗兩類。對于瞬時式安全鉗而言，其主要依靠自身的變形和擠壓來抵消安全鉗動作時電梯轎廂自身的動能和勢能。對于漸進式安全鉗而言，在電梯安全鉗動作時，其主要依靠安全鉗自身的彈簧夾緊力將轎廂夾持在導軌上。通常而言，當電梯的運行額定速度較高時（超過0.63 m/s），宜選用漸進式安全鉗。目前電梯額定運行速度普遍較高，漸進式安全鉗相對來說使用得更加廣泛，因此，本文主要以漸進式安全鉗為例，對其故障原因進行分析。

2 電梯安全鉗產生故障的原因分析及其性能測試

電梯限速器-安全鉗聯動失效是一種相對比較常見的故障類型，當電梯發生意外時，限速器-安全鉗正常聯動能保證電梯安全，防止意外情況的發生，但電梯限速器-安全鉗聯動失效的情況時有發生，嚴重威脅著電梯的安全運行。電梯限速器-安全鉗聯動失效的原因可以分為兩個方面：限速器故障和安全鉗故障。下面將從這兩個方面入手對其故障原因進行分析。

2.1? ? 限速器

2.1.1? ? 限速器故障原因分析

電梯限速器產生故障的原因主要包括：

（1）電梯使用年限過長，電梯限速器缺少維護和保養，造成限速器彈簧不能正常動作或動作不到位;

（2）限速器中的動作速度設定值高于其整定值，造成限速器無法正常動作;

（3）電梯限速器張緊輪的鋼絲繩長度過長、鋼絲繩磨損或打滑時，都有可能造成限速器功能失效;

（4）鋼絲繩過長，有可能導致接觸器觸地，鋼絲繩產生打滑現象，限速器將不能正常工作;

（5）電梯安全鉗使用頻繁，易造成安全鉗的機械結構發生變化，無法滿足電梯的安全運行要求。

2.1.2? ? 限速器的設計及選型

根據相關標準，在電梯限速器選型過程中，限速器動作轉速vsp的取值范圍應該按式（1）選擇。

式中：v為電梯運行的額定速度，當v=1.5 m/s時，vsp的取值范圍應在1.42～1.73 m/s，在此區間內設置限速器的動作轉速，才能保證電梯安全運行。

此外，為了保證電梯具有足夠的曳引力，使電梯限速器的鋼絲繩不會出現打滑的情況，需滿足式（2）的要求。

式中：T1、T2為電梯張緊輪兩側的轎廂和對重分別承受的拉力;f為曳引輪的當量摩擦系數，由張緊輪的材質、形狀及結構等參數共同決定;α為張緊輪的包角。

2.2? ? 安全鉗

2.2.1? ? 安全鉗故障原因分析

電梯限速器-安全鉗聯動失效情況下，往往會出現限速器正常動作但安全鉗未有效動作的情況，安全鉗未正常動作的原因主要包括：

（1）安全鉗開關自身受損或安全鉗開關未動作到位;

（2）安全鉗鉗塊磨損，導致安全鉗的制動力不足以抵消電梯自身的勢能和動能;

（3）通常電梯安全鉗與其導軌之間的安裝間隙在2～3 mm，在電梯使用過程中，受各種因素影響，這個間隙值會變大，從而有可能導致安全鉗誤動作。

2.2.2? ? 安全鉗的設計及選型

根據相關標準，漸進式安全鉗的有效制動力F應滿足式（3）的要求。

式中：P、Q為電梯轎廂質量和電梯額定載重量。

由式（3）可以看出，在電梯額定載重量一定的情況下，轎廂質量決定著安全鉗的有效制動力大小。假設轎廂質量為900 kg，電梯額定載重量為1 600 kg，則安全鉗的制動力應為40 000 N。

在式（3）中，忽略了電梯軸承等零部件的質量，因此使得安全鉗制動力的設計值較低，容易出現意外情況。因此，從電梯安全性角度出發，需要考慮電梯的相關零部件質量Mmax，得到式（4）：

相關研究表明，隨著電梯拉升高度的上升，Mmax對F的影響越來越大[6]，因此，在安全鉗選型時，有必要考慮Mmax對電梯安全性造成的影響。

2.3? ? 電梯安全鉗性能測試分析

為了避免電梯墜落事故的發生，對安全鉗進行性能測試具有重要意義，特別是使用年限較長的電梯，需定期對其進行性能測試。當電梯安全鉗動作時，理論上電梯轎廂將做自由落體運動，電梯在超速情況下安全鉗將緊急制停電梯，在這一過程中，對安全鉗嵌體進行受力分析，得到式（5）。

為了在電梯空載情況下進行安全鉗性能測試，需要計算電梯空載情況下安全鉗制動時的轎廂減速度ae，其最小值的計算公式如式（7）所示。

式中：T為電梯曳引鋼絲繩的張力，在電梯安全鉗動作時，此時T為0。

因此，可以近似認為在極短時間內，轎廂減速工況與轎廂被安全鉗制動時的工況相同，兩者具有相同的加速度。據此，可對電梯的安全鉗性能進行分析。

3 結語

本文簡要介紹了電梯安全鉗的運行原理，針對電梯限速器-安全鉗聯動失效導致電梯墜落的事故進行了探討，分別從電梯限速器和安全鉗兩個方面進行了故障原因分析，同時，為了更好地保證電梯的運行安全，提出了電梯安全鉗性能測試分析的基本思路。本文的研究內容對于保證電梯運行安全具有一定的參考意義。

[參考文獻]

[1] 吳春鴻.常見電梯故障的設計分析與探討[J].科技風，2019（36）：164.

[2] 劉勤松.電梯安全鉗性能測試分析[J].建材與裝飾，2020（12）：210-211.

[3] 湯坤林.電梯定期檢驗中限速器安全鉗聯動機構故障分析[J].中國標準化，2019（12）：168-169.

[4] 張濟斌.電梯定期檢驗中限速器安全鉗聯動機構故障淺析[J].科技風，2020（5）：183.

[5] 蔡育生.一起限速器安全鉗誤動作的案例分析及探討[J].機電技術，2019（5）：85-87.

[6] 梁鑫旺，曹兆根，柴海萍.電梯安全鉗選型計算分析[J].中國電梯，2019，30（19）：29-30.

收稿日期：2020-07-03

作者簡介：劉韶慧（1985—），男，江蘇無錫人，工程師，研究方向：電梯機械。