劉大衛(wèi)　王維臣　孔英姿　常藝萱（錦州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，遼寧 錦州 121000）

新型電梯防墜落裝置研究

劉大衛(wèi)王維臣孔英姿常藝萱
（錦州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，遼寧 錦州 121000）

一般電梯防墜落裝置都是超速后靠摩擦力制停，而新型防墜落裝置，斷繩（墜落）狀態(tài)剛發(fā)生，立即動作，緩沖制停，其緩沖器起能量轉(zhuǎn)換和緩沖作用。新型防墜落裝置具有制停初速度小，制停過程平穩(wěn)、安全、可靠，可減少電梯墜落事故。

電梯轎廂；防墜落裝置；感應(yīng)裝置；緩沖器

隨著城鎮(zhèn)化進程加快，城鎮(zhèn)建設(shè)步伐日新月異，城鎮(zhèn)高層建筑越來越多，這些場所使用的電梯設(shè)備在大幅增加。由于電梯數(shù)量的增長，與之相關(guān)的墜落事故也在不斷發(fā)生，并隨著設(shè)備使用年限的增長而出現(xiàn)增長趨勢。電梯存在著很大的隱患。據(jù)統(tǒng)計，近年來，我國發(fā)生多起群死群傷的電梯墜落事故。2012年我國共發(fā)生電梯事故36起，死亡28人，受傷15人。此類事故還在不斷發(fā)生，每年所造成的損失上億元。電梯防墜落裝置及安全性研究已經(jīng)成為事關(guān)公共安全生產(chǎn)的重要事項，需要立即著手加以研究和解決，必須改變以往的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研制切實可行的防墜落裝置，以避免或減少重大突發(fā)安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。

《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中明確把突發(fā)公共防范與快速處置、重大生產(chǎn)事故預(yù)警與救援、工業(yè)節(jié)能以及重大產(chǎn)品和重大設(shè)施壽命預(yù)測技術(shù)放在主題的位置。因此，本項目研究電梯新型防墜落裝置，從而避免電梯墜落事故發(fā)生，以確保這類設(shè)備的安全使用，避免和減少人民生命財產(chǎn)的損失。

1 新型防墜落裝置結(jié)構(gòu)

本文研究對象是電梯防墜落裝置，分析過程是發(fā)生斷繩墜落幾率多的提升過程。試驗平臺用的是：觀光電梯，VFG210-1000-1.0M/S-2/2，額定載荷1000kg，電梯速度1.0m/s，2層2站。

新型防墜落裝置，如圖1所示，主要包括墜應(yīng)裝置、制動部件、緩沖裝置（能量轉(zhuǎn)換）等組成。在墜落狀態(tài)下，感應(yīng)裝置觸發(fā)靈敏可靠；緩沖裝置滿足設(shè)備墜落時動能及勢能轉(zhuǎn)換為液壓熱能或機械能；制動部件能夠滿足強度、剛度要求。只要出現(xiàn)墜落特征，即自由落體狀態(tài)，裝置立即動作，阻止墜落，并將墜落的能量轉(zhuǎn)換成液壓熱能耗散掉或轉(zhuǎn)成彈性能的形式儲存起來，不產(chǎn)生局部高溫和有害物質(zhì)，具有節(jié)能、環(huán)保等特點。另外，裝置的成本低，造價經(jīng)濟合理。總之，該防墜落裝置制動距離短，結(jié)構(gòu)牢固，事故后恢復(fù)運行容易。

表1

表2

2 轎廂段繩墜落減速爬升過程

當轎廂上升過程中發(fā)生斷繩墜落時，繼續(xù)以速度V0向上運行，該過程是轎廂以初速度V0，反方向的重力加速度g減速爬升運動，其瞬時速度Vt=V0－g×t，當Vt=0時，轎廂停止上升，這一過程動能轉(zhuǎn)換成勢能。

電梯轎廂斷繩墜落時，觸發(fā)防墜落感應(yīng)裝置，圖2中的鋼絲繩連接裝置2與鋼絲繩斷開，感應(yīng)彈簧1釋放，壓板5向下移動，此時防墜落裝置允許轎廂減速向上爬升，感應(yīng)壓簧選YA20×170×210-2 GB/T 2089。

圖1 新型防墜落裝置示意圖

圖2 感應(yīng)裝置示意圖

3 轎廂自由落體運動過程

當轎廂停止上升運動，第二過程自由落體運動便開始，即轎廂以初速度為0，重力加速度為g的自由落體運動，直至制動臂壓縮緩沖器時，自由落體運動結(jié)束，這一過程勢能轉(zhuǎn)換成動能。

在圖3中，制動裝置副梁選用兩個10#槽鋼，它們用高強度螺栓分別固定在轎廂立柱上，制動臂非工作狀態(tài)時，制動臂遠端距離電梯導軌頂面2mm。感應(yīng)裝置彈簧釋放后，圖2中壓板5向下推動制動臂，使其遠端抬起，制動臂遠端卡入電梯齒形導軌內(nèi)，此時自由落體運動結(jié)束，已知電梯導軌齒距100mm，隨著轎廂繼續(xù)下落，制動臂壓縮緩沖器，液壓緩沖器工作，開始減速制停過程，自由落體最大行程S1=100mm。

由公式：2g×S1=V，得墜落最大速度V0=1.41m/s，緩沖器制停的最大初速度設(shè)計取V0=1.5m/s，緩沖的最大行程設(shè)計為Se=0.115m，理論計算平均減速度最大值a=/（2Se）= 9.8（m/s2）。

圖3 制動裝置示意圖

4 緩沖制停過程

當制動臂被電梯導軌齒面卡住后，液壓緩沖器開始工作時，自由落體運動結(jié)束，第三過程緩沖減速制停開始，即以V0為初速度，以a為負加速度的減速運動，一直到轎廂被制動停止，這一過程被稱為緩沖制停過程，這一過程伴隨的能量轉(zhuǎn)換，機械能轉(zhuǎn)換成液壓熱能，不會產(chǎn)生局部高溫，適合防爆場合使用。

在防止緩沖器噴油或漏油方面，我們在柱塞內(nèi)腔油面上設(shè)計一個密封活塞，這樣解決噴油或漏油及隔絕油與空氣接觸，效果很好。

緩沖器的復(fù)位彈簧選壓簧YA12× 110×300-2 GB/T 2089。

依據(jù)雷天覺的《新編壓力工程手冊》，經(jīng)計算，瞬時節(jié)流面積Aj“液體通道的開口度”與“瞬時緩沖器行程S”的函數(shù)關(guān)系：

式中：S缸體在緩沖過程中的瞬時緩沖位移（m）；Aj相應(yīng)于S時應(yīng)有的節(jié)流面積（m2）；

5 防墜落裝置的試驗

測試依據(jù)GB/T 24474-2009 電梯乘運質(zhì)量測量，使用的是大連歐意測量儀器有限公司生產(chǎn)的OJC電梯加速度測試儀測試。

5.1 試驗記錄

試驗數(shù)據(jù)記錄表，電梯轎廂總質(zhì)量1800 kg時：

5.2 理論計算

自由落體距離S1=|（A3-A1）-（B3-B1）| ；緩沖器實際作用行程S2 =|B2-B1| ；

圖4防墜落裝置用液壓緩沖器結(jié)構(gòu)原理圖

撞擊時實際初速度V0=；平

5.3 OJC電梯加速度測試曲線

理論計算：撞擊時實際初速度V0=1.02 m/s ，平均減速度a=4.56 m/s2；

6 結(jié)果及分析

GB7588-2003第10.4.3.3耗能型緩沖器應(yīng)符合下列要求：

當裝有額定載重量的轎廂自由落體并以115%額定速度撞擊轎廂緩沖器時，緩沖器作用期間的平均減速度不應(yīng)大于1gn；

正常情況下電梯發(fā)生墜落事故時，電梯只有超過額定速度1.15倍時，安全裝置才動作，存在安全隱患。本文研究的防墜落裝置，電梯不用超速，只要斷繩，立刻動作，墜落沖擊的初速度小，緩沖效果理想平穩(wěn)，避免或減少發(fā)生安全事故。

我們使用自己研發(fā)的快速脫開裝置模擬斷繩狀態(tài)，經(jīng)過上百次試驗，防墜落裝置制停成功率100%，非常可靠，前面計算過，緩沖制停的平均減速度最大值a=9.8（m/s2），平均減速度理論計算值和試驗結(jié)果都不大于1gn，制停過程平穩(wěn)、安全、可靠，滿足要求， 該防墜落裝置是質(zhì)檢總局公益性科研項目《大型起重機降載當量試驗方法及升降防墜落裝置的研制》研究內(nèi)容，提供科研資金，項目編號201210068。

圖5 墜落時電梯加速度曲線

[1] GB/T 2089-2009，普通圓柱螺旋壓縮彈簧尺寸及參數(shù)（兩端圈并緊磨平或制扁）[S]．

[2] GB/T 706-2008，熱軋型鋼[S]．

[3]雷天覺．新編壓力工程手冊[M]．北京：北京理工大學出版社，2006．

[4] GB/T 24474-2009，電梯乘運質(zhì)量測量[S]．

[5] GB7588-2003，電梯制造與安裝安全規(guī)范[S]．

[6]劉大衛(wèi)．凸輪式快速鎖緊脫開裝置的研究[J]．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014．

TH2

A

劉大衛(wèi)，男，1964，漢，遼寧錦州，錦州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，學士學位，副高級工程師，起重和電梯檢驗師。