一种新型机电式柔性平层安全钳的设计方案

电梯2020-09-15 15:43:14

一种新型机电式柔性平层安全钳的设计方案

姚长云

 

摘要:列举了当前机械式安全钳的一些缺点,提出了一种新型机电式柔性平层安全钳的设计方案。介绍了该新型安全钳的工作原理、使用工况、主要特点,并与普通机械式安全钳进行了比较。最后,说明了几个与新型安全钳有关的几个问题。

关键词:电梯安全钳;机械式;机电式;柔性平层;工况


1 当前机械式安全钳的缺点

带有机械式安全钳的电梯至今已经有100多年的历史,它在漫长的岁月里,给人类带来了便捷的垂直交通。电梯由于有了安全钳,人们在乘坐时便有了安全感,但是机械式安全钳究竟避免了多少起轿厢下坠的恶性事故,人们今天无从查起,因为在目前的各种资料中很少有关于安全钳避免了轿厢下坠事故的报道。

然而,近年来发生了几起轿厢下坠致人伤亡的事故,有关报道也指出了机械式安全钳的一些不足之处。机械式安全钳的确存在着一些缺点,现列举如下。

(1)由于机械式安全钳与导轨之间的单边间隙约有3mm,而几十乃至几百米长的导轨的垂直度难免会有误差,所以很多电梯在运行中机械式安全钳容易与导轨发生摩擦而产生异响。

(2)如果安全钳的间隙出现单边的情况,钳口就会像一把锋利的刨刀切削导轨面,调整起来会非常困难。

(3)如果轿厢在顶层时安全钳动作,则必须把轿厢吊起来才能使电梯恢复正常状态,其麻烦程度可想而知。

(4)制动时间短,安全性能不高。电梯在年检时,通常以0.63m/s的检修速度点动做安全钳试验,轿厢几乎都是瞬间停止,因此一般抖动得比较厉害。当轿厢以2.00~4.00m/s的速度运行时,如果安全钳误动作,那么乘客不仅会被困,而且还一定会受伤。

(5)GB/T 10058-2009《电梯技术条件》第3.7.4条规定:轿厢满载自由下落时,安全钳制动的平均减速度a应为0.2gn~1.0gn。如果以这样的减速度制动,那么根据计算式vt2-v02=2as,取vt =0,v0 =2.30m/s,S=0.1m,则a=2.6gn。显然,其平均减速度a根本无法控制在标准范围之内。我们可以设想:如果轿厢真的以自由落体下坠而安全钳动作的话,那么乘客从高空随轿厢急停与落在底坑内其实没有本质的区别,因为两者的效果都是让乘客的下落速度瞬间为零,而两者惟一的区别就是轿厢把“地面”抬高了若干米而已。

(6)当电梯严重超载或厅门被短接时,电梯不仅可能会溜车使进出轿厢的乘客受到剪切而伤亡,而且轿厢还可能蹾底而使乘客受伤。

当然,机械式安全钳也有一个很大的优点,就是在心理上给人以安全感,尽管它有点像电梯机房的灭火器那样,虽然多年不用它,但不能没有它。另外,机械式安全钳还有一个优点就是在更换曳引绳时,除了用手拉葫芦吊起轿厢外,还可以将安全钳人为动作把轿厢卡在导轨上,这样施工安全就更有了保障。

鉴于机械式安全钳存在着上述缺点,笔者经过多年的思考,决定设计一种比较完善的新型安全钳来取代机械式安全钳。由于这种新型安全钳是属于机电式控制,并且能够使轿厢平层和缓慢停车,所以取名为“机电式柔性平层安全钳”。下面笔者介绍该机电式柔性平层安全钳的设计。

2 机电式柔性平层安全钳的设计方案

由于额定速度为1.00~4.00m/s的电梯约占电梯市场总量的70%,所以,下面就以额定速度为2.00m/s、额定载重量为1 000 kg、楼层为30层的电梯为例,对机电式柔性平层安全钳的工作原理进行简要说明。

2.1 机电式柔性平层安全钳的机械工作原理

机电式柔性平层安全钳的机构示意图见图1(双点划线为轿厢底部外形)。图1中,限速器钢丝绳经过定滑轮与U型止动杆相连。当轿厢超速导致限速器钢丝绳一或二上行或下行被限速器拉动时,U形止动杆就会向下移动,使串联在安全回路上的双触点自动复位开关KT动作,导致电梯安全回路断开,抱闸刹车。

同时,挡杆在弹簧的作用下向两边快速伸出轿底,使挡杆能同时作用于安装在井道壁的左、右两个金属定位块ZDi、YDi(i=1,2,3…28,29,30)上。因抱闸不能使轿厢瞬间停止,在惯性的作用下,轿厢会缓慢地在平层处被金属定位块卡住停车。

根据计算式vt2-v02=2as,取vt=0,v0 =2.30m/s,S=0.3m,则a=0.9gn。这样,其平均减速度a就可以控制在标准规定范围之内。对于4.00m/s以上的电梯,可以通过调整制动距离和弹簧的数量,将平均减速度a控制在标准规定范围之内。

由于在轿厢所有平层位置的墙面上都安装了左、右两个金属定位块ZDi、YDi,它们能够同时卡住挡杆,所以能保证轿厢缓慢地停在平层位置上,弹簧用于止动杆的自动复位。

图1为机电式柔性平层安全钳的机构示意图

1,2-限速器钢丝绳;3-U形止动杆;4-电磁铁CT;5-挡杆;6-弹簧;7,8-挡杆的复位拉绳;9-弹簧;10-金属定位块;11-定滑轮;12-双触点自动复位开关KT

2.2 电梯在各种工况下运行时安全钳情况的描述

工况1:正常运行。当电梯正常起动时,主机抱闸打开,挡杆在与主机抱闸线圈并联的挡杆线圈(图1中未画)的作用下,同时缩回轿底,使电梯可以正常运行。电梯到站后,主机抱闸失电刹车,挡杆线圈也失电使挡杆伸出轿底,卡在金属定位块内。

工况2:电梯故障。当电梯运行中发生故障时,安全回路断开,抱闸断电刹车,挡杆伸出。因抱闸不能使轿厢瞬间停止,在惯性的作用下,轿厢会缓慢地在平层处被金属定位块卡住停车。下面情况相同。

工况3:电梯超速。当电梯超速时,限速器开关动作或测速装置动作,安全回路断开,抱闸断电刹车,挡杆伸出。

工况4:超载溜车。当轿厢严重超载时,轿厢会开门溜车,此时非常危险。因挡杆已经伸出,故轿厢不能上、下移动,确保了乘客的安全。

工况5:电梯停电。当电梯在运行中停电时,安全回路断开,抱闸断电刹车,挡杆伸出。

工况6:曳引绳断。与工况3相同。

工况7:检修运行。安全回路导通,主机抱闸打开,档杆缩回。

工况8:检修停止。安全回路导通,抱闸刹车,挡杆伸出。

工况9:无电滑行。人为打开主机抱闸,人为缩回挡杆,轿厢可滑行。

2.3 新型安全钳的速度检测电路的工作原理

机电式柔性平层安全钳的测速装置电路图见图2。两个光电开关GK1、GK2安装在轿顶上,多块测速桥板GK1-i、GK2-i(i=1,2,3)分装在导轨的上、中、下部。当轿厢经过桥板GK1-i、GK2-i时,光电开关GK1、GK2先后导通。

当轿厢下行经过桥板GK1-3时,光电开关GK1导通,延时继电器吸合触点JG-1闭合(延时1.5s断开)。设定GK1-3与GK2-2的距离为4m,当电梯速度正常时,轿厢经过桥板GK2-2时,光电开关GK2闭合所需时间2s,而JG-1触点已经提前0.5s断开,未能使继电器线圈JD得电吸合,则继电器线圈JA无电,电磁铁CT不动作。

而当电梯超速时(速度大于2.70m/s),轿厢经过桥板GK2-2时,光电开关GK2闭合,所需时间小于1.48s,此时延时继电器JG-1触点还未断开,于是继电器线圈JD得电,从而使继电器线圈JA得电吸合驱动电磁铁CT使U形止动杆动作。同时,挡杆在弹簧的作用下向两边快速伸出轿底,使挡杆能同时作用于安装在井道壁的金属定位块上,使轿厢缓慢平层停车。与此同时,U形止动杆压到双触点自动复位开关KT后使安全回路断电,抱闸刹车。

轿厢在上行超速时其工作原理同上。

图2为机电式柔性平层安全钳的测速装置电路图。

GK1,GK2-光电开关;JG-延时继电器;JD-继电器线圈;JA-继电器线圈;CT-电磁铁;KT-双触点自动复位开关

2.4 机电式柔性平层安全钳测速电路元件的安装

机电式柔性平层安全钳测速元件的安装图见图3。由于速度检测电路仅为轿厢超速限速器动作失效时的二重保护,所以测速桥板不需要在每层楼都安装,在整个井道内安装3~5组即可。

图3为机电式柔性平层安全钳测速元件的安装图

GK1GK2-光电开关;ZDi-左金属定位块,(右边的金属定位块YDi图中未画)   

3 机电式柔性平层安全钳的主要特点:

机电式柔性平层安全钳在原机械式安全钳的基础上作了原理上的改变,其主要特点如下。

(1)工况要求。机电式柔性平层安全钳的工况要求见表1。

 

                     表1 机电式柔性平层安全钳的工况要求

 

             工况          主机   厅、轿门    安全继电器  抱 闸    轿厢挡杆

1、     待机          停止     关门         吸合         刹车       伸出

 2、     按外呼        停止     开门         断开         刹车       伸出

3、     选层         运行   关门       吸合        打开      缩回

4、     到站          停止     开门         断开         刹车       伸出

5、    电梯故障      停止     关门         断开         刹车        伸出

6、    电梯超速      停止     关门         断开         刹车        伸出

7、    超载溜车      停止     开门         断开        刹不住       伸出

8、    电梯停电      停止     关门         断开         刹车        伸出

9、    曳引绳断      运行    关门       吸合       打开       缩回

10、   检修运行      运行    关门        吸合       打开     缩回

11、   检修停止      停止     关门         吸合         刹车        伸出12、  无电滑行      停止     关门         断开     人为打开   人为缩 

(2)柔性停车。它制动的着力点不在导轨面上,而是在井道两侧墙壁上的带橡胶垫和弹簧的金属定位块上。当电梯超速时,原限速器可以使其动作,由于金属定位块上的橡胶垫和弹簧可以吸收轿厢的能量,从而使轿厢缓慢地停车。

(3)平层性好。由于每层楼的平层处都安装有金属定位块,所以只要电梯发生故障或新型安全钳动作,轿厢一定会停在平层处。这样既可以避免乘客的身体受到伤害;乘客也可以直接开门自救,因为此时轿厢已经不能上、下移动了。

(4)可靠性高。虽然原有的机械式安全钳体被去掉了,但原有的限速器依然可以用来带动新型安全钳动作。另外,它还增加了一套速度检测电气装置来控制新型安全钳的动作。(注:GB/T 10058-2009《电梯技术条件》对此项的规定,已由“禁止”改为“不应”了。)根据机械可靠性比电气可靠性高的特点,可以调整机械装置优先于电气装置动作。而且,当限速器失效时,速度检测电气装置也可以使新型安全钳动作,从而进一步提高了安全钳的可靠性。

(5)功能齐全。它对电梯的故障和上、下行超速以及断绳下坠等危险都能起到保护作用。

(6)调整方便。它的部件分别安装在轿底、井道壁和导轨上,因而检查、调整都很方便。

(7)换绳方便。电梯在更换曳引绳时,它也能把轿厢卡在井道的任意层,既安全又方便。

4 新、旧安全钳的比较及有关问题的说明

4.1 新、旧安全钳的比较

机电式柔性平层安全钳不但消除了原有机械式安全钳的许多不足之处,而且还提高了安全钳的可靠性,使电梯发生故障或安全钳动作后,一定会困人的现象成为历史,从而使未来的电梯产品真正成为乘客放心的安全产品。采用新型安全钳后,金属导轨可以改为塑料王材料制造,可以节约大量的钢材,其经济价值不可估量。此外,由于新型安全钳结构简单,而且都是一些精度要求不高的零部件和标准件,所以新型安全钳设计方案后续产品化的工作量不会很大,如果能在工厂组装成部件后,在现场是很容易安装的。

4.2 现实情况与个人愿望

目前,电梯的电气控制技术日新月异,而安全钳的设计长期以来几乎没有改变。近年来发生了几起伤亡事故后,使许多乘客觉得电梯已经没有安全感了。新型安全钳设计方案经过网上检索,未发现同类专利申请,笔者希望通过这一设计方案对中国电梯产品的发展和进步起到一定的推动作用。

4.3 设计思想的产生

图4是笔者在1998年为电梯安全钳的改进而做的1:10的电梯试验模型,该图与原设计方案曾给过两家电梯公司的总裁看过,二家电梯公司的总裁都回了信,说公司已经被外方控股,无能为力。从这张图可以说明,笔者的设计方案并非一时的灵感所为,而是来自多年的思考和实际工作经验的积累。

4.4 标准与技术进步的关系

160年前,因为没有电梯的国际标准,所以美国的奥的斯先生发明了一种机械式安全钳,从而使人类有了安全电梯;160年后的今天,希望不要因为有规范的原因而影响了电梯技术的进步。

4.5 重要的指导和帮助

本篇文章在编写的过程中,得到了《中国电梯》杂志社的指导和帮助,在此,笔者表示衷心的感谢!

4.6、补充说明:本文刊登在《中国电梯》杂志2013年第19期上,由于对实施不报希望,以白菜价转给了一家电梯公司。

 

参考文献

 

[1]GB/T 10058-2009,电梯技术条件[S]

 

作者:姚长云

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