一种新型电梯门锁的设计

盛文龙，穆洪彪

（林肯电梯（中国）有限公司，浙江海宁 314415）

电梯门锁为机械锁，是保证电梯安全运行的关键部件，包括层门锁和轿厢门锁两部分；人们进入电梯轿厢或从电梯轿厢内走出，均需经过层门及轿厢门，电梯在正常运行时，层门及轿厢门均是上锁状态，轿厢门锁还设计有防扒功能，处于层门外及轿厢内的乘客十分安全；另一方面电梯门锁还有待进一步改进设计的地方，如：采用新的设计结构（以异形压缩弹簧替换原设计的8 mm圆钢制造的操纵杆），或者把金属铝材质的副门刀改为塑料材质，以节约制造成本。

1 电梯门锁的设计依据[1]

GB7588-2003∕XG1-2015《电梯制造与安装安全规范》中有关电梯门锁的规定如下：

7.7.3.1 轿厢应在锁紧元件啮合不小于7 mm时才能启动。

7.7.3.1.6应由重力、永久磁铁或弹簧产生和保持锁紧动作。即使永久磁铁（或弹簧）失效，重力亦不应导致开锁。

7.7.3.2 紧急开锁：每个层门均应能从外面借助于一个与附录B规定的开锁三角孔相配的钥匙将门开启。

7.7.3.3 门安全部件应按F1要求验证。

8.11 轿门的开启

8.1 1.2为限制轿厢内人员开启轿门，应提供措施使轿厢在7.7.1中定义的区域之外时，在轿门限制处施加1 000 N的力，轿门开启不能超过50 mm。

8.1 1.3至少当轿厢停在9.11.5规定的距离内时，打开对应的层门后，能够不用工具从层站打开轿门，除非用三角形钥匙或永久性设置在现场的工具。

2 电梯门锁结构及工作原理

2.1 电梯门锁结构

电梯门锁包括层门锁和轿厢门锁两部分。

2.1.1 层门锁结构

如图1所示，层门锁主要由层门锁紧元件、层门验证开关和层门紧急开锁机构组成，层门锁紧元件包括销轴一(109)、层门定锁钩(103)、层门动锁钩座组件(107)，层门定锁钩(103)与层门定锁钩安装板(101)固定连接，层门动锁钩组件(107)可以绕销轴一(109)摆动，销轴一(109)与左侧层门(104)固定连接，层门动锁钩组件(107)与滚轮安装板(108)固定连接，左侧滚轮(111)、右侧滚轮(113)分别与固定于滚轮安装板(108)上的销轴二(112)、销轴三(114)活动套接；层门验证开关包括层门验证开关上部(101)和层门验证开关下部，层门验证开关上部(102)与层门定锁钩（103）固定连接，层门验证开关下部（110）与层门动锁钩组件(107)固定连接；紧急开锁机构包括三角紧急开锁装置（106），层门紧急开锁装置（106）通过一根细钢丝绳一（105）与层门动锁钩组件（107）右端连接。

图1 层门锁结构示意图

图2 轿厢门锁结构示意图

图3 轿厢救援开锁装置示意图

设计要点：层门动锁钩组件与滚轮安装板固定结合后的转动中心应处于偏心位置，在左侧层门与右侧层门接触时，层门动锁钩组件在自由状态下能依靠自重处于上锁位置；三角紧急开锁装置应设计有自动复位功能。

2.1.2 轿厢门锁结构

如图2[2]、图3、图4所示，轿厢门锁主要由单边平行四杆机构、双边平行四杆机构、曲柄连接机构、轿厢门锁验证开关浮动定位装置组成、轿厢门锁钩限位装置、轿厢门救援开锁装置；单边平行四杆机构主要包括固定轴二（231）、门刀三（234），固定轴二（231）设有两支，与安装板三（237）固定连接，两支固定轴二（231）分别与两根连杆二（232）左端套接，两根连杆二（232）的右端分别通过两根销轴八（233）与门刀三（234）绞接；双边平行四杆机构主要包括固定轴一（209）、门刀一（206）、门刀二、连杆一，固定轴一（209）设有两支，与安装板三（237）固定连接，两支固定轴一（209）分别套接两根连杆一(208)，两根连杆一（208）的左端分别通过两支销轴九（235）与门刀二（238）绞接，两根连杆一（208）的右端分别通过两支销轴五（207）与门刀一（206）绞接，门刀一（206）的上部通过销轴四（205）绞接上滚轮（204），门刀二（238）的下部通过销轴七（229）绞接下滚轮（230）；曲柄连杆机构主要包括万向球头连杆组件、轿厢门锁钩（215）、拉伸弹簧一（211），万向球头连接组件的左端通过销轴十（236）与门刀三（234）铰接，万向球头连杆组件的右端通过销轴六（212）与轿厢门锁钩（215）绞接，轿厢门锁钩（215）通过锁钩销轴（223）与安装板三（237）绞接，锁钩销轴与安装板三（237）固定连接，轿厢门锁钩(215)左端通过螺钉三(239)与拉伸弹簧一(211)下端固定连接，拉伸弹簧一(211)上端通过螺钉一(210)与安装板三（237）固定连接，轿厢门锁钩（215）与安装板一（216）固定连接，安装板一（216）与轿门锁验证开关上部（217）固定连接；轿门锁验证开关浮动定位装置包括调节螺杆二（226）、滑动螺杆组件（225）、拉伸弹簧二（221）、安装板二（218）、轿厢门验证开关下部（219），定位螺杆二（226）与安装板三（237）螺纹活动连接，并通过锁紧螺母二（227）轴向固定，定位螺杆二（226）前端与安装板二（218）左侧向外折弯凸起接触，安装板二（218）与轿厢门锁钩验证开关下部（219）固定连接，安装板二（218）通过滑动螺杆组件（225）与轿厢门锁钩座（220）滑动连接，轿厢门锁钩座（220）与轿厢机架（201）固定连接，滑动螺杆组件（225）设有4套，分与安装板二（218）固定连接，安装板二（218）右侧下部设有小孔，用于套接拉伸弹簧二（221）右端，拉伸弹簧二（221）左端通过螺钉二（224）与轿厢门锁钩座（220）左端固定连接；轿厢门锁钩限位装置包括调节螺杆一（214）、锁紧螺母一（213），调节螺杆一（214）与安装板三（237）的右侧向外竖向凸起螺纹活动连接，由锁紧螺母一（213）轴向固定，调节螺杆一（214）的左端与轿厢门锁钩（215）的凸出部分右侧接触，用于调节轿门锁钩（215）进入轿门锁钩座（220）的啮合深度；轿厢门救援开锁装置主要包括细钢丝绳二（240）、异形压缩弹簧（302），细钢丝绳二（240）上端通过螺钉三（239）与轿厢门锁钩（215）左侧固定连接，细钢丝绳二（240）下端通过螺栓组件（301）与异形压缩弹簧（302）上端固定连接，异形压缩弹簧（302）下部位于定位座（303）上部凹形槽内，定位座（303）与固定板二（306）固定连接，异形压缩弹簧（302）上部与异形压缩弹簧直线段（30201）通过圆弧段（30202）一体过渡，异形压缩弹簧直线段（30201）下端通过螺钉四(304)与固定板一（305）固定连接，固定板一（305）和固定板二（306）均与左侧轿厢门（228）固定连接。

设计要点：在电梯轿厢处于运行状态，门刀二与门刀三之间的空隙应能使左滚轮顺利通过，门刀二与门刀一之间的闭合宽度要小于左滚轮与右滚轮形成的间隙；在电梯轿厢开启状态，门刀二与门刀三的间隙要小于左滚轮的直径，它们之间的差值应能满足万向球头连杆组件拉动轿厢门锁钩，使之处于最大开启状态。

图4 异形压缩弹簧主视图

图5 电梯门锁工作原理主视图

图6 电梯门锁工作原理俯视图

2.2 电梯门锁工作原理

图5 ～图6所示，为电梯门锁运动原理示意图。

2.2.1 层门锁工作原理

层门解锁：轿厢处于平层状态，层门动锁钩组件中的左侧滚轮位于门刀三与门刀二之间的通道内，当轿厢门向左运动时，门刀二会推动左侧滚轮向左运动，从而使层门动锁钩组件按顺时针转动，层门解锁。

层门上锁：轿厢处于平层状态，轿厢门关闭过程中，层门也自动闭合，当轿厢门锁的上滚轮进入滚轮固定板内时，门刀三与门刀二之间的通道间隙大于左侧滚轮的直径，此时层门动锁钩组件能依靠自重逆时针转动，自动上锁，并且保持在上锁位置。

层门紧急开锁：专业人员使用三角钥匙插入层门紧急开锁装置中，转动三角钥匙，紧急开锁装置通过细钢丝绳一带动层门动锁钩组件右端向下转动，使层门解锁，层门打开后，紧急开锁装置能自动复位。

2.2.2 轿厢门锁工作原理

轿厢门解锁：轿厢处于平层状态，层门动锁钩组件中的左侧滚轮位于门刀二与门刀三形成的通道内，电梯门机在接到开门信号时起动，左侧轿厢门向左运动，双边平行四杆机构随左侧轿厢门同时向左动行，此时位于轿箱机架上滚轮固定板内的上滚轮离开固定槽，双边平行四杆机构随之张开，推动单边平行四杆机构的门刀三向左运动，这样门刀三通过与之铰接的万向球头连杆组件拉动轿厢门锁钩逆时针转动，脱离轿厢门锁钩座，轿厢门解锁。

轿厢门上锁：轿厢处于平层状态，与上述轿厢门解锁同理反向操作，当双边平行四杆机构中门刀一上部的上滚轮进入滚轮固定板内的导向槽过程中，双边平行四杆机构收缩，门刀三与门刀二之间的距离大于层门动锁钩组件中的左侧滚轮直径，此时轿厢门锁钩在自身重力和拉伸弹簧一的双重作用下顺时针旋转，轿厢门锁钩前端啮合部位落入锁钩座中，轿厢门上锁。

轿厢门锁的防扒：当轿厢处于平层位置之外时，轿厢左右两扇门处于闭合状态，轿厢门锁中的单边平行四杆机构中的门刀三通过万向球头连杆组件与轿厢锁钩铰接，处于自由平衡位置，轿厢门锁钩可依靠自身重力作用落入轿门锁钩座孔槽内，再辅以拉伸弹簧一的作用力，确保轿厢门锁处于闭合状态，此时轿箱内乘客无法使门刀三动作，因此不能打开轿厢门，从而保障轿厢内乘客的生命安全。

轿厢门救援开锁：电梯因事故停靠在非平层开锁区域之外时，轿厢内的乘客不能自行推动轿厢门开锁，需要电梯维护专业人员从电梯轿厢外侧拉动异形压缩弹簧直线段（轿厢门救援开锁装置操纵杆），才能打开轿厢门，解救乘客离开电梯轿厢。

3 电梯门锁主要零件强度计算

3.1 电梯门锁钩及锁钩座

电梯门锁钩和锁钩座均为钢板加工制成，接触面积为板厚的乘积。

接触应力校核[3]：

计算端面承压许用应力，按下式计算：

式（1）中：F——电梯门锁钩承受最大力，N，取F=1 000 N；

A——电梯门锁钩与锁钩座的接触面积，等于板厚的乘积，mm2。

式（2）中：[δcd]——端面承压许用应力，N∕mm2；

[δ]——基本许用应力，[δ]=δs∕1.48，N∕mm2，δs为锁钩及锁钩座选用钢材的屈服强度。

3.2 轿厢门锁钩销轴

如图7所示：轿厢门锁钩销轴的危险裁面为A-A。

图7中：

P1——锁钩销轴工作阻力，取P1=1 000 N[2]；

P2——锁钩销轴预紧力，N，P2=0.7δs A1[5]，δs是锁钩销轴材料的屈服强度，N∕mm2；Al为螺纹部分有效截面积，mm2；

L——A-A截面到锁钩板中心位置距离，mm；

M——锁钩销轴受到的弯矩，N·mm，M=P1L。

锁钩销轴复合应力强度校核：

图7 轿厢门锁钩销轴安装位置、零件及受力简图

τ——计算的纯剪切应力，N∕mm2；τ=，A2为锁钩销轴A-A截面积，mm2；

[δ]——基本许用应力，[δ]=δs∕1.48 ，N∕mm2，δs是锁钩销轴材料的屈服强度。

3.3 轿厢门平行四杆机构中门刀

在轿厢门锁运动原理的分析中，可以清楚地知道，双边平行四杆机构中门刀一和门刀二的功能是在轿厢门运动过程中带动层门动锁钩座组件，从而打开层门，其中门刀一的受力较小，因为层门具有自动复位功能；单边平行四杆机构的门刀三只起到操作手柄的作用，因此它的受力最小，只受到轿厢门锁钩自重和拉伸弹簧一对轿厢门锁钩施加的阻力矩的作用。

因此，从这三个门刀所起的作用上分析，需要对门刀二进行刚度校核（略）；而受力最小的门刀三可以采用非金属材料制造，比如ABS工程塑料，以减轻门刀三自身的重量及增加轿厢门锁钩自重上锁力矩，利于轿厢门锁上锁。

4 结论

（1）电梯门锁均具有自重上锁功能，轿厢门锁还增加乘客防扒措施，满足GB7588-2003∕XG1-2015《电梯制造与安装安全规范》要求。

（2）轿厢门救援开锁装置中，应用带有直线段的异形压缩弹簧作为救援开锁操纵部件，可以最大限度地减轻轿厢救援开锁装置的材料使用量，部分减轻轿厢的重量。

（3）通过对电梯门锁装置的运动原理分析，门刀三只具有打开轿厢门锁的功能，因此它的受力非常小，可以使用非金属材料制造。

（4）这套电梯门锁装置采用了多项创新设计，部分降低材料成本，对电梯门锁的设计制造具有指导意义。