电梯安全钳结构设计分析

电梯安全钳结构设计分析

李文猛

浙江省特种设备科学研究院浙江杭州310012

摘要：对电梯而言，其安全设计是所有性能指标中最重要的指标。然而，很多电梯本身都存在诸多安全隐患，导致各类安全事故不断发生。由此可见，在电梯的设计过程中，必须重视各类安全装置的结构设计，确保其能够及时、有效的制停电梯，从而确保用户的人身安全。因此，研究分析电梯安全钳结构设计具有重要的现实意义。

关键词：电梯安全钳；结构设计

1安全钳概述

1.1安全钳工作原理

电梯的安全钳一般和限速器相互呼应，有着一定的配置，安全钳受到限速器的控制，主要作用是让电梯轿厢快速停止。所以说，安全钳是保证电梯安全的重要装置，在遇到电梯超速或者电梯坠落的时候，可以保证人们的安全。安全钳的工作原理是使用夹绳钳，将限速器绳夹住，电梯轿厢不断下降，限速器绳便会触发安全钳连杆机构，让安全钳同导轨接触，紧紧地夹住导轨，让电梯轿厢停下来。停下来之后，安全钳电气开关发挥作用，切断制动系统的安全回路，电机停止工作，轿厢固定到安全位置。

1.2安全钳工作要点

安全钳为电梯运行期间保证电梯足够安全的一种重要装置，对电梯的正常运行具有积极作用。电梯在运行过程中，使用安全钳可以减小停止或者减速时产生的差异，一般来说，安全钳包括渐进式与瞬时式这两种类型，对于渐进式的安全钳主要存在于速度数值为0.63m/s以上的电梯中；而瞬时式的安全钳主要存在于速度数值为等于或者小于0.63m/s的电梯中。若结合电梯的启动结构，安全钳可以被看作为锲块型、滚柱形、偏心轮型三种。电梯安全钳整体包含有安全钳与限速器等构件。电梯安全钳在使用期间的要点主要体现在以下方面：在电梯发生故障时，影响电梯下降的速度，这时电梯中的限速器钢丝绳因受到周围设施摩擦力的影响，会带动安全钳，保证电梯正常运行，同时钳块会被提起与导轨紧密接触，轿厢会马上停止下落，以免发生安全事故。

2电梯安全钳结构设计

2.1安全钳的选择

GB7588-2003按照额定速度把安全钳分为瞬时式和渐进式两类。瞬时式安全钳的结构非常简单，由开有梯形槽（腔）的厚实钳本体和包含在钳本体中的制动元件组成。瞬时式安全钳按其制动元件的形式可分为偏心块、楔块和滚柱式三种。瞬时式安全钳通过制动元件把制动力传递给导轨，制动力相对较大，制动距离很小，也把它叫做刚性安全钳。因为瞬时式安全钳制动力对导轨造成的伤害在速度越高时越大，因此只应用于低速梯。渐进式安全钳制动时通过限制施力弹性元件的变形来限定和保持制动力，制停距离与被制动的质量及安全钳开始动作时的速度有关，制动的滑移距离比瞬时式安全钳长很多。渐进式安全钳按照弹性元件种类分为内置板簧式、圆柱螺旋压簧式、碟形弹簧式和U型板簧式4种。根据对现有安全钳的优缺点的了解，选择双楔块渐进式安全钳作为设计方案，进行安全钳设计。当电梯轿厢运行速度超过额定速度的115%时，与安全钳配套的限速器动作，对拉杆产生一个约1000N的提拉力，使安全钳动滑块7上移。制动块5与导轨接触后，依靠与导轨间的摩擦力继续上移，同时对固定楔块3产生横向力。横向力由固定楔块传递到U型簧2，使U型簧张开并产生夹紧力。最终，依靠动滑块与导轨间的摩擦消耗掉轿厢的动能和下降产生的势能，使电梯运动速度降为零，依靠动滑块的自锁悬停在导轨上。在动滑块与楔块之间，装有滚针珠排，使两者之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，降低磨损。

2.2安全钳的设计计算

（1）瞬时式安全钳的计算：基于能力守恒定律，安全钳在工作过程中，降低了电梯的动能和重力势能，一部分转化成了安全钳弹性元件的弹性势能，而另外一部分则转化成了摩擦热能。所以对于重量为P的桥厢，额定载重量为Q并设置两套安全钳的电梯，可以利用公式2Q=（P+Q）×g×h×r对电梯的相关参数进行计算，如g代表标准重力加速度，h为安全钳工作时，桥厢从开始减速到最终停止所移动的距离，r代表安全系数，一般数值为2或者3.5。（2）渐进式安全且制停距离计算：所谓制停距离主要是安全钳开启动作一直到桥厢最终停止期间，桥厢下降或者上升的距离。而这一过程中桥厢的平均减速度就是制停减速度。如果制停速度过大，可能会对桥厢内的乘客产生影响，而只听速度过小，又会影响桥厢的有效制停距离，造成比较大的安全隐患。而制停距离对制停减速度造成最为直接影响，因此，必须采取有效的措施，确保电梯的制停距离控制在合理范围之内。

2.3安全钳楔块的设计

（1）楔块的角度：基于极限情况下，利用公式tanα=M/2P计算可得知安全钳楔块的角度为12°。而在实际的电梯安装环境当中，楔块距离导轨侧工作面之间的距离大约为3mm左右，因此，为了进一步的提高乘客的乘坐舒适度，减少安全钳制动时对客户造成的影响，可以取α为7°。（2）楔块的高度：当楔块与导轨的一侧产生接触之后，会产生一定的摩擦力，降低桥厢的下降速度，同时提拉楔块与固定楔块斜面之间会产生一定的滑移，进一步拉开U型弹簧，加剧楔块与导轨之间的接触压力，从而实现敲响逐渐停止。由此可见，在整个摩擦产生阶段，楔块会呈现出一个横向的位移，根据计算可以得知，固定楔块的高度最佳取回为80mm。

2.4滚针的选择

在固定楔块与提拉楔块之间加入了一排滚子，减小了动作时两楔块间的摩擦力，使动作后易于复位。其实滑移动作式安全钳与瞬时动作式安全钳的主要区别也是在安全嘴部分。滑移动作式安全钳安全嘴上安装的是滚筒，滚筒器内设有滚轴，当限速器卡住钢丝绳，停止运动的楔块与继续下落的滚筒内滚轴之间产生滚动摩擦。也是由于结构上的原因，轿厢要向下运行一定距离后才会将楔块卡死在导轨上，从而实现轿厢的制停。因为本次设计采用的是双楔块式的安全钳，而不是滚筒，所以在两楔块之间加入一排滚子来实现变滑动摩擦为滚动摩擦，从而使轿厢向下运行一定距离后才会将楔块卡死在导轨上。参照国家标准GB/T309-2000，选用平头滚针。此处所选滚针尺寸为8.173，根据标准中规定其倒角最小值为0.1mm，最大值轴向1mm，径向0.9mm。滚针采用符合有关标准规定的GCr15轴承钢制造，硬度为61～65HRC。滚针圆柱表面的表面粗糙度Ra的最大值为0.2μm。滚针保持架上滚针槽两端的开口大小是要比滚针公称直径小0.2～0.3mm，设计中取0.3mm。滚针与滚针保持架装配时，为方便装配需将滚针保持架加热。

2.5钳座体的结构设计

安全钳的钳座体由钢板焊接成的，结构简单。固定楔块与U型簧装配到钳座体上构成钳座，提拉楔块被提起夹持导轨时，使钳座受力张开，楔块与钳座体上固定楔块斜面间发生滑移，滑移结果使U型簧进一步被撑开，产生制动力，使轿厢停止。由于存在滑移过程，使电梯在制停时的冲击力大为减小。钳座体采用低合金钢16Mn为材料，16Mn为高强度结构钢可以承受动载荷工作的重要焊接结构。焊接时采用角焊缝，双单边V形坡口。根据固定楔块及提拉楔块的高度尺寸来确定钳座体的高度结构尺寸，根据导轨的尺寸、U型簧的尺寸、楔块及各个零件间的间隙确定钳座体的宽度、厚度尺寸。

3结束语

综上，对于电梯而言，安全钳作为重要的安全装置，是提高电梯安全稳定运行的重要保障。因此，相关工作者在进行安全钳结构设计过程中，必须严格按照国家有关规定要求，对安全钳的各个零部件进行合理的设计计算，并对其进行受力仿真分析，不断优化各零部件性能，提高电梯的整体安全性，推动我国电梯行业的可持续发展。

参考文献：

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[3]王松华，王皓.电梯安全钳动作受力分析及失效探究[J].中国高新技术企业，2015，32：74-75.