电梯安全钳运行原理及故障原因分析

摘要：电梯安全钳作为一种重要的电梯安全保护装置，其正常动作与否关系到电梯能否安全运行。现从电梯安全钳的运行原理出发，对电梯限速器-安全钳联动失效这一比较常见的故障类型进行了分析，分别从电梯限速器和安全钳两个方面分析了产生故障的原因，并提出了电梯安全钳性能测试分析的基本思路。

关键词：电梯;安全钳;运行原理;故障原因;性能测试

0 引言

电梯在人们日常生活中的应用越来越广泛，其安全性也受到人们越来越多的关注。安全钳作为一种重要的电梯安全保护装置，其能否正常动作直接影响到电梯能否安全运行。因此，研究安全钳运行原理，分析安全钳产生故障的原因，对于保证电梯的安全运行及乘客的生命财产安全具有至关重要的作用。吴春鸿[1]认为，电梯安全钳未正常动作的原因主要包括两个方面：安全钳自身动作开关损坏和安全钳机械执行装置未动作或动作不到位，并从安全钳的极限设计、材质选择及安全装置灵敏度等方面进行了有针对性的探讨。刘勤松[2]针对某一电梯轿厢坠落事故进行了分析，认为电梯坠落过程中虽然安全钳动作，但未能成功制止电梯坠落的主要原因在于，电梯使用年限较久，造成安全钳钳口磨损严重。为此，论证了定期对安全钳性能进行测试的必要性，并提出了一种用于电梯安全钳测试的方法。汤坤林[3]和张济斌[4]分别从电梯限速器、安全钳两个方面对电梯限速器-安全钳联动失效的原因进行了分析，并提出了故障解决措施及预防方案。蔡育生[5]对某一电梯限速器-安全钳误动作的案例进行了分析，提出了一些电梯的日常维护建议。本文在此基础上，简要介绍了电梯安全钳的运行原理，并从安全钳的设计、选型方面对其产生故障的原因进行分析，以保证电梯的安全稳定运行。

1 电梯安全钳运行原理

电梯安全钳是保证电梯在紧急情况下能制停的一种安全装置。电梯安全钳的结构原理如图1所示，在电梯运行过程中，一般情况下限速器和安全钳组合配置，一旦电梯运行速度超过限速器上限速度时，或者在电梯曳引钢丝绳、钢带发生断裂等紧急情况下，电梯运行将不受控制，此时安全钳动作，可以将电梯轿厢紧急制停在电梯的运行导轨上，能有效保证电梯的运行安全和设备安全。通常安全钳可以分为单向安全钳和双向安全钳两类，其中双向安全钳制造工艺复杂，因此国内目前应用较多的是单向安全钳。按照安全钳的工作原理和结构特征，可以将安全钳分为瞬时式安全钳和渐进式安全钳两类。对于瞬时式安全钳而言，其主要依靠自身的变形和挤压来抵消安全钳动作时电梯轿厢自身的动能和势能。对于渐进式安全钳而言，在电梯安全钳动作时，其主要依靠安全钳自身的弹簧夹紧力将轿厢夹持在导轨上。通常而言，当电梯的运行额定速度较高时（超过0.63 m/s），宜选用渐进式安全钳。目前电梯额定运行速度普遍较高，渐进式安全钳相对来说使用得更加广泛，因此，本文主要以渐进式安全钳为例，对其故障原因进行分析。

2 电梯安全钳产生故障的原因分析及其性能测试

电梯限速器-安全钳联动失效是一种相对比较常见的故障类型，当电梯发生意外时，限速器-安全钳正常联动能保证电梯安全，防止意外情况的发生，但电梯限速器-安全钳联动失效的情况时有发生，严重威胁着电梯的安全运行。电梯限速器-安全钳联动失效的原因可以分为两个方面：限速器故障和安全钳故障。下面将从这两个方面入手对其故障原因进行分析。

2.1    限速器

2.1.1    限速器故障原因分析

电梯限速器产生故障的原因主要包括：

（1）电梯使用年限过长，电梯限速器缺少维护和保养，造成限速器弹簧不能正常动作或动作不到位;

（2）限速器中的动作速度设定值高于其整定值，造成限速器无法正常动作;

（3）電梯限速器张紧轮的钢丝绳长度过长、钢丝绳磨损或打滑时，都有可能造成限速器功能失效;

（4）钢丝绳过长，有可能导致接触器触地，钢丝绳产生打滑现象，限速器将不能正常工作;

（5）电梯安全钳使用频繁，易造成安全钳的机械结构发生变化，无法满足电梯的安全运行要求。

2.1.2    限速器的设计及选型

根据相关标准，在电梯限速器选型过程中，限速器动作转速vsp的取值范围应该按式（1）选择。

式中：v为电梯运行的额定速度，当v=1.5 m/s时，vsp的取值范围应在1.42～1.73 m/s，在此区间内设置限速器的动作转速，才能保证电梯安全运行。

此外，为了保证电梯具有足够的曳引力，使电梯限速器的钢丝绳不会出现打滑的情况，需满足式（2）的要求。

式中：T1、T2为电梯张紧轮两侧的轿厢和对重分别承受的拉力;f为曳引轮的当量摩擦系数，由张紧轮的材质、形状及结构等参数共同决定;α为张紧轮的包角。

2.2    安全钳

2.2.1    安全钳故障原因分析

电梯限速器-安全钳联动失效情况下，往往会出现限速器正常动作但安全钳未有效动作的情况，安全钳未正常动作的原因主要包括：

（1）安全钳开关自身受损或安全钳开关未动作到位;

（2）安全钳钳块磨损，导致安全钳的制动力不足以抵消电梯自身的势能和动能;

（3）通常电梯安全钳与其导轨之间的安装间隙在2～3 mm，在电梯使用过程中，受各种因素影响，这个间隙值会变大，从而有可能导致安全钳误动作。

2.2.2    安全钳的设计及选型

根据相关标准，渐进式安全钳的有效制动力F应满足式（3）的要求。

式中：P、Q为电梯轿厢质量和电梯额定载重量。

由式（3）可以看出，在电梯额定载重量一定的情况下，轿厢质量决定着安全钳的有效制动力大小。假设轿厢质量为900 kg，电梯额定载重量为1 600 kg，则安全钳的制动力应为40 000 N。

在式（3）中，忽略了电梯轴承等零部件的质量，因此使得安全钳制动力的设计值较低，容易出现意外情况。因此，从电梯安全性角度出发，需要考虑电梯的相关零部件质量Mmax，得到式（4）：

相关研究表明，随着电梯拉升高度的上升，Mmax对F的影响越来越大[6]，因此，在安全钳选型时，有必要考虑Mmax对电梯安全性造成的影响。

2.3    电梯安全钳性能测试分析

为了避免电梯坠落事故的发生，对安全钳进行性能测试具有重要意义，特别是使用年限较长的电梯，需定期对其进行性能测试。当电梯安全钳动作时，理论上电梯轿厢将做自由落体运动，电梯在超速情况下安全钳将紧急制停电梯，在这一过程中，对安全钳嵌体进行受力分析，得到式（5）。

为了在电梯空载情况下进行安全钳性能测试，需要计算电梯空载情况下安全钳制动时的轿厢减速度ae，其最小值的计算公式如式（7）所示。

式中：T为电梯曳引钢丝绳的张力，在电梯安全钳动作时，此时T为0。

因此，可以近似认为在极短时间内，轿厢减速工况与轿厢被安全钳制动时的工况相同，两者具有相同的加速度。据此，可对电梯的安全钳性能进行分析。

3 结语

本文简要介绍了电梯安全钳的运行原理，针对电梯限速器-安全钳联动失效导致电梯坠落的事故进行了探讨，分别从电梯限速器和安全钳两个方面进行了故障原因分析，同时，为了更好地保证电梯的运行安全，提出了电梯安全钳性能测试分析的基本思路。本文的研究内容对于保证电梯运行安全具有一定的参考意义。

[参考文献]

[1] 吳春鸿.常见电梯故障的设计分析与探讨[J].科技风，2019（36）：164.

[2] 刘勤松.电梯安全钳性能测试分析[J].建材与装饰，2020（12）：210-211.

[3] 汤坤林.电梯定期检验中限速器安全钳联动机构故障分析[J].中国标准化，2019（12）：168-169.

[4] 张济斌.电梯定期检验中限速器安全钳联动机构故障浅析[J].科技风，2020（5）：183.

[5] 蔡育生.一起限速器安全钳误动作的案例分析及探讨[J].机电技术，2019（5）：85-87.

[6] 梁鑫旺，曹兆根，柴海萍.电梯安全钳选型计算分析[J].中国电梯，2019，30（19）：29-30.

收稿日期：2020-07-03

作者简介：刘韶慧（1985—），男，江苏无锡人，工程师，研究方向：电梯机械。