熱烈祝賀天域梯業員工姚長云在《中國電梯》雜志發表專業論文
2013-10-15 19:40:04
2013年10月，第19期《中國電梯》雜志刊登了我公司員工姚長云同志撰寫的題為《一種新型機電式柔性平層安全鉗的設計方案》的專業技術文章。該文章的發表，是天域梯業技術力量的展示，也是公司鼓勵創新精神的展現。
該篇文章列舉了當前機械式安全鉗的若干優缺點，針對其優缺點，提出了一種新型機電式柔性平層安全鉗的設計方案，介紹了該方案中安全鉗的主要特點、工作原理、使用工況，并與普通機械式安全鉗進行了比較，展示了新方案的各方面優點，現該方案目前正在申請專利。
1998年，姚長云在電梯安裝維保工作中開始對安全鉗的設計產生了新的想法，多年來多次進行電梯模型試驗，實地測試，積累經驗與數據，經過多年堅持不懈的努力，設計出展現在讀者面前這套設計方案。
天域梯業一貫崇尚科技創新，姚長云的設計成果發表后，更加提高了公司員工的研發創新熱情，在這股勁頭的推動下，天域梯業將繼續發揚創新精神，在提升與鞏固技術力量的同時，更好的為廣大客戶服務。
《一種新型機電式柔性平層安全鉗的設計方案》原文
1、當前機械式安全鉗的缺點
帶有機械式安全鉗的電梯至今已經有100多年的歷史，它在漫長的歲月里，給人類帶來了便捷的垂直交通。電梯由于有了安全鉗，人們在乘坐時便有了安全感，但是 機械式安全鉗究竟避免了多少起橋廂下附的惡性事故，人們今天無從查起。然而，近年來發生的幾起轎廂下墜致人死亡的事故，有關報道也指出了機械式安全鉗的一 些不足之處。機械式安全鉗的確存在著一些缺點，現舉例如下。
（1）由于機械式安全鉗與導軌之間的竟連間隙約有3mm，而幾十乃幾百米長的導軌的垂直度難免會有誤差，所以很多電梯在運行中機械式安全鉗容易與導軌發生摩擦而產生導響。
（2）如果安全鉗的間隙出現單邊的情況，鉗口就會像一把鋒利的刨刀切削導軌面，調整起來會非常困難。
（3）如果轎廂在頂層時安全鉗動作，則必須把轎廂吊起來才能使電梯恢復正常狀態，其麻煩程度可想而知。
（4）制動時間短，安全性能不高。電梯在年檢時，通常以0.63m/s的檢修速度點動做安全鉗試驗，轎廂幾乎都是瞬間停止，因此一般抖動的比較厲害。當轎廂以2.00-4.00m/s的速度運行時，如果安全鉗誤動作，那么乘客不公會被困，而且還一定會受傷。
（5）GB/T 10058-2009《電梯技術條件》第3.7.4條規定：轎廂滿載自由下落時，安全鉗制動的平均減速度a應為0.2gn~1.0gn。如果以這樣的減速度制動，那么根據計算式vt2-v02=2as ，取vt=0，v0=2.30m/s,s=0.1m，則a=2.6gn。 顯然，其平均減速度a根本無法控制在標準范圍之內。我們以以設想：如果橋廂真的以自由落體下墜而安全鉗動作的話，那么乘客從高空隨廂廂急停與落在底坑內其 實沒有本質的區別，因為兩者的效果都是讓乘客的下落速度瞬間為零，而兩者惟一的區別就是橋廂把“地面”抬高了若干米而已。
（6）當電梯嚴重超載或廳門被短接時，電梯不僅可能會溜車使進出轎廂的乘客受到剪切而傷亡，而且轎廂還可能蹾底使乘客受傷。
當然，機械式安全鉗也有一個很大的優點，就是在心理上給人以安全感，盡管它有點像電梯機房的滅火器那樣，雖然多年不用它，但不能沒有它。另外，機械式安全鉗 還有一個優點就是在更換曳引繩時，除了用手拉葫蘆吊起轎廂外，還可以將安全鉗人為動作把轎廂卡在導軌上，這樣施工安全就更有了保障。
鑒于機械式安全鉗存在上述缺點，筆者經過多年的思考，決定設計一種比較完善的新型安全鉗來取代機械式安全鉗。由于這種新型安全鉗是屬于機電式控制，并且能夠使轎廂平層和緩慢停車，所以取名為“機電式柔性平層安全鉗”。
2、機電式柔性平層安全鉗的設計方案
由于額定速度為1.00~4.00m/s的電梯約點電梯市總量的70%，所以下面就以額定速度為2.00m/s、額定載重量為1000kg、樓層為30層的電梯為例，對機電式柔性平層安全鉗的工作原理進行簡要說明。
2.1機電式柔性平層安全鉗的機械工作原理
機電式柔性平層安全鉗的機構示意圖見圖1（雙點劃線為轎廂底部外形）。圖1中，限速器鋼絲繩經過定滑輪與U形止動桿相邊。當轎廂超速導致限速器鋼絲繩（圖1 中1或2）上行或下行被限速器拉動時，U形止動桿就會向下移動，使串聯在安全回路上的雙觸點自動復件開關KT動作，導致電梯安全回路斷開，抱閘剎車。
同時，擋桿在彈簧的作用下向兩邊快速伸出轎底，使擋桿能同時作用于安裝在井道壁的左、右兩個金屬定位塊ZDi、YDi（i為樓層數，i＝1，2，3…28，29，30）上。因抱閘不能使轎廂瞬間停止，在慣性的作用下，轎廂會緩慢地在平層處被金屬定位塊卡住停車。
根據計算式vt2-v02=2as，取vt=0,v0=2.30m/s，s=0.3m，則a=0.9gn。這樣其平均速度a就可以控制在標準規定的范圍之內。對于4.00mm/s以上電梯，可以通過調整制動距離和彈簧的數量，將平均減速度a控制在標準規定的范圍之內。
由于在轎廂所有平層位置的墻面上都安裝了左、右兩個金屬定位塊ZDi、YDi，它們能同時卡住擋桿，所以能保證轎廂緩慢地停在平層位置上，彈簧用于止動桿的自動復位。
2.2電梯在各種工況下運行時安全鉗的情況
工況1：正常運行。當電梯正常起動時，主機抱閘打開，擋桿在與主機抱閘線圈并聯的擋桿線圈（圖1中未畫出）的作用下，同時縮回轎底，使電梯可以正常運行。電梯到站后，主機抱閘失電剎車，擋桿線圈也失電使擋桿伸出轎底，卡在金屬定位塊內。
工況2：電梯故障。當電梯運行中發生故障時，安全回路斷開，抱閘斷電剎車，擋桿伸出。因抱閘不能使轎廂瞬間停止，在慣性的作用下，轎廂會緩慢地在平層處被金屬定位塊卡住停車。下面情況相同。
工況3：電梯超速。當電梯超速時，限速器開關動作或測速裝置動作，安全回路斷開，抱閘斷電剎車，擋桿伸出。
工況4：超載溜車。當轎廂嚴重超載時，轎廂會開門溜車，睛時情況非常危險。因擋桿已經但出，故轎廂不能上、下移動，確保了乘客的安全。
工況5：電梯停電。當電梯在運行中停電時，安全回路斷開，抱閘斷電剎車，擋桿伸出。
工況6：曳引斷繩。與工況3相同。
工況7：檢修運行。安全回路導通，主機抱閘打開，擋桿縮回。
工況8：檢修停止。安全回路導能抱閘剎車，擋桿伸出。
工況9：無電滑行。人為打開主機抱閘，人為縮回擋桿，轎廂可滑行。
2.3新型安全鉗的速度檢測電路的工作原理
機電式柔性平層安全鉗的測速裝置電路圖見圖2。
兩個光電開關GK1、GK2安裝在轎頂上，多塊測速橋板GK1-i、GK2-i（i=1，2，3）分裝在導軌的上、中、下部。當轎廂經過橋板GK1-i、GK2-i時，當電開關GK1、GK2先后導通。
當轎廂下行經過橋板GK1-3時，光電開關GK1導通，延時繼電器吸合觸點JG-1閉合（延時1.5s斷開）。設定GK1-3與GK2-2的距離為4m，當 電梯速度正常時，轎廂經過橋板GK2-2時，光電開關GK2閉合所需時間為2s，而JG-1觸點已經提前0.5s斷開，未能使繼電器線圈JD得電吸合，則 繼電器線圈JA無電，電磁鐵CT不動作。
而當電梯超速時（速度大于2.70m/s）， 轎廂經過橋板GK2-2時，光電開關GK2閉合，所需時間小于1.48s，此時延時繼電器JG-1觸點還未斷開，于是繼電器線圈JD得電，從而使繼電器線 圈JA得電吸合驅動電磁鐵CT使U形止動桿動作。同時，擋桿在彈簧的作用下向兩邊快速伸出轎底，使擋桿能同時作用于安裝在井道壁的金屬定位塊上，使轎廂緩 慢平層停車。與此同時，U形止動桿壓到雙觸點自動復位開關KT后使安全回路斷電，抱閘剎車。
轎廂在上行超速時其工作原理同上
2.4機電式柔性平層安全鉗測速電路元件的安裝
機電式柔性平層安全鉗測速元件的安裝圖見圖3.由于速度檢測電路僅為轎廂超速限速器動作失效時的二重保護，所以測速橋板不需要在每層樓都安裝，在整個井道內安裝3~5組即可。
3、機電式柔性平層安全鉗的主要特點
機電式柔性平層安全鉗在原機械式安全鉗的基礎上作了原理上的改變，其主要特點如下。
（1）工況要求。機電式柔性平層安全鉗的工況要求見表1。
（2）柔性停車。它制動的著力點不在導軌面上，而是在井道兩側墻壁上的帶橡膠墊和彈簧的金屬定位塊上。當電梯超速時，原限速器可以使其動作，由于金屬定位塊上的橡膠墊和彈簧可以吸收轎廂的能量，從而使橋廂緩慢地停車。
（3）平層性好。由于每層樓的平層處都安裝有金屬定位塊，所以只要電梯發生故障或新型安全鉗動作，轎廂一定會停在平層處。這樣既可以避免乘客身體愛到傷害，也可以讓乘客直接打開門自救，因為此時轎廂已經不能上、下移動了。
（4） 可靠性高。雖然原有的機械式安全鉗體被去掉了，但原有的限速器依然可以用來帶動新型安全動作。另外，它還增加了一套速度檢測電氣裝置來控制新型安全鉗的動 作。（注：GB/T 10058-2009《電梯技術條件》對此項的規定，已由“禁止”改為“不應”了。）根據機械可靠性比電氣可靠性高的特點為，可以調整機械裝置優先于電氣 裝置動作。而且，當限速器失效時，速度檢測電氣裝置也可以使新型安全鉗動作，從而進一步提高了安全錯的可靠性。
（5）功能齊全。它對電梯的故障和上、下行超速以及斷繩下墜等危險都能起到保護作用。
（6）調整方便。它的部件分別安裝在轎底、井道壁和導軌上，因而檢查、調整都很方便。
（7）換繩方便。電梯在更換曳引繩時，它也能把轎廂卡在井道的任意層，既安全又方便。
4、新、舊安全鉗的比較
機電式柔性平層安全鉗不但消除了原有機械式安全鉗的不許不足之處，而且還提高了安全鉗的可靠性，使電梯發生故障或安全鉗動作后一定會困人的現象成為歷史，從 而使未來的電梯產品真正成為乘客放心的安全產品。采用新型安全鉗還可以節約大量的鋼材，其經濟價值不可估量。此外，由于新型安全鉗結構簡單，而且都是一些 精度要求不高的零部件和標準件，所以新型安全鉗設計方案后續產品化的工作量不會很大。如果能在工廠組裝成部件后，在現場是很容易安裝的。
4.1現實情況與個人愿望
目前，電梯的電氣控制技術日新月異，而安全鉗的設計長期以來幾乎沒有什么較大的改變。近年來發生的幾起傷亡事故，使許多乘客覺得電梯已經沒有安全感了。
新型安全鉗設計方案經過網上檢索，未發現同類專利早請，筆者希望通過這一設計方案對我國電梯行業的技術進步起到一定的推動作用。
4.2設計思想的產生
圖4是筆者在1998年為電梯安全鉗的改進而做的1：10的電梯試驗模型，從這張圖可以說明，筆者的設計方案非一時的靈感所有，而是來自多年的思考和實際工作經驗的積累。
4.3標準與技術進少的關系
160年前，當時沒有電梯產品的標準規范，美國的奧的斯先生發明了一種機械式安全鉗，從而使人類有了安全電梯；160年后的今天，希望不要因為有了標準規范卻影響了電梯行業的技術進步。
