电梯安全钳动作受力分析及失效探究

张鹏飞

（赣州市特种设备监督检验中心，江西赣州 341000）

0 引言

电梯作为高层住宅中人们出行的必要工具，其安全问题越来越受到人们的广泛关注，近些年来，坠梯事故也时有发生，当电梯发生超速下降时，电梯的安全钳就成为了保障电梯安全的重要一环，安全钳与限速器进行联动作用，达到限制电梯超速的功效。安全钳制停电梯时将轿厢夹持在导轨上，其安全性取决于力的大小，有效分析受力是十分重要的。安全钳的规格比较多，不同生产厂家能力不同，所生产的成品自然也有不同，可能产生不同的制动效果，就需要对安全钳的性能进行测试，并且对其失效模式深入分析。

1 工作原理解析

每一部电梯想要安全运动，均要有安全钳作为安全保障，也才能有效保障电梯安全稳定的运行。当电梯下降速度过快，速度达到限速器的设定速度时，一般为额定速度的1.15倍，限速器将触发安全钳，安全钳将电梯夹在导轨上，整个过程就阻止了电梯轿厢继续运行。避免电梯坠落，有效地保护乘客。目前，大部分电梯所使用的安全钳有两种不同的形式，即瞬时式、渐进式。后者常用，下面以该形式作为分析内容。

2 受力的分析

该部件可以近似为一个梯形结构，除了自身的重量外,还受到来自于导轨的压力F和导轨给安全钳的摩擦力f，图1为电梯安全钳受力分析图，限速器在电梯超过规定速度快速坠落之时，其拉杆需被上提，这样操作能让安全钳楔块产生移动（上升或水平方面），引发曳引机电源断切而停罢。制动器断电之后，减速轿厢同时通过安全钳制动的作用，安置于导轨。一般情况下，电梯是受到安全钳的摩擦力的作用停下来的，以某台自重1600 kg的电梯为例，对其在超速情况下的安全钳的受力进行分析。

假设轿厢从超速到安全停稳的制动距离为13 mm，制动时轿厢的加速度为式（1）：

其中，a为安全钳对轿厢施加的加速度。X为轿厢的制动后的位移，可以算出a为50.87 m/s2，假设轿厢满载运行，可以算出安全钳受到竖直向上受到的摩擦力f：

其中f=81 392 N。通过摩擦力可以算出垂直于钳块的正压力。通常情况下，导轨的材料为钢材，一般取摩擦因数为μ=0.1，运用公式（3）：

可以算出：F=813 920 N，安全钳为两个钳块同时对导轨两侧作用，所以每一个钳块的作用力为每一块钳块所受竖直方向上的摩擦力f1=f2=F/2=40 696 N。安全钳受力分析见图1。

图1 安全钳受力分析

3 安全钳的失效分析及实验原理

3.1 制动减速度

渐进式安全钳制动时的平均减速度，正如标准GB 7588—2003对于电梯制动平均减速度的要求所描述的，装有额定载重量的轿厢自由下落的情况下，在电梯超速运行时，安全钳受限速器超速开关和安全钳作用，（如上所述安全钳的受力分析可知）曳引机断开电源，停止运转，减速度要求的范围大于0.2g且小于1.0g。

3.2 载荷对于安全钳制动的影响

为了进一步探究安全钳的失效模式，分析电梯轿厢的超载使用会对超速运行的电梯的制动过程产生的影响，从而总结安全钳的制动效果。依然选取上文的电梯为例，电梯载荷为1600 kg，分别选取额定载荷的50%到150%几组载荷分别进行试验，对渐进式安全钳分析其失效的原因。对制动距离、平均减速的速度进行测量，有效分析载荷量对于降低速度的影响。所得到的实验数据为在载荷50%的情况下制动距离为600 mm，轿厢载荷对制动距离和平均减速度的影响见表1。

表1 轿厢载荷对制动距离和平均减速度的影响

从上述实验数据得出，电梯的制动效果发生了明显改变，载荷量越大制动距离越长，而平均减速度越小，载荷量＞额定载荷，超出量145%时平均速度已处在临界值，如果此时进一步增加载荷，造成平均减少速度下降至0.15g，而在标准的要求为0.1g，已经超出允许范围，制动距离一旦过大，可能导致蹲底的的可能。实际使用电梯超速下降，安全钳无法达到检验规定要求减少的速度范围内，与使用要求不符合而造成危险发生，引发事故。

3.3 失效分析

由上述内容分析，载荷过大，对于制动距离、平均速度等，均有极大影响，产生安全的隐患问题，对于运动的电梯出现的故障情况才能引起更多的重视，定时、定量做好检查工作，有效将故障一一排除。

3.3.1 间隙不当

（1）由于电梯重新装修或是在维修过程中，施工人员在施工期间，有杂物掉落在导轨与安全钳的缝隙之中，没有及时清理，杂物产生堆积，并且维保阶段没有注意，在电梯运行阶段引发电梯安全钳的误动作。这就需要在施工阶段，发现存在垃圾堆积现象就要及时清理，并且在安装阶段避免楔块之间存在高度差，一旦出现问题及时调整。

（2）在电梯正常运行过程中，根据标准要求，安全钳与导轨之间的间隙要留有至少2～3 mm，电梯运动过程中，振动是不可避免的，而不停的振动会造成安全钳、导轨间隙有一定的变化。如果电梯导轨或安全钳有磨损，容易造成安全钳误动。

3.3.2 限速器调整不当

限速器与安全钳始终处于联动状态，一旦限速器出现问题也极容易造成失效发生。分析原因在于限速器调整未能到位，原因可能是由于偏心凸轮处油结垢而造成的，此时运行时，滚轮可能导致楔块卡凸轮齿槽。要做到早发现，早清理，必要时调整限速器的弹簧，保证曳引机转速与限速器的转速同步。

3.3.3 楔块动作不灵敏

楔块动作不灵敏也会导致安全钳失效，由于楔块座体上可能会积累过多的油污，在安全钳动作之后楔块无法完全复位，此时导轨、楔块之间间隙不足，导致安全钳失误。

3.3.4 提拉杆动作失灵

如果在安全钳的连杆臂传动部分，润滑油不足或是传动部分腐蚀，可能导致提拉杆动作失灵，且影响非常大。如果提拉杆没有办法运作，当电梯安全钳运作后仍会沿导轨继续进行，在总体运行中，如果遇到凸起则可能再次引发安全钳的二次运作。这就需要使用单位定期对安全钳的拉杆转动部分进行检查与清理。

4 结语

安全钳是电梯安全系统的重要部分，保障着电梯安全可靠运行。使用单位、维保人员以及电梯检验人员要充分了解电梯安全钳动作受力情况及失效原因，针对出现的故障制定有效的防护措施，希望对安全钳的受力分析以及失效形式的探究能够为相关从业人员提供帮助，保障人们的生命和财产安全。