新型电梯防坠落装置研究

2015-07-20刘大卫王维臣孔英姿常艺萱锦州市特种设备监督检验所辽宁锦州121000

中国新技术新产品 2015年4期

关键词：缓冲器初速度轿厢

刘大卫　王维臣　孔英姿　常艺萱（锦州市特种设备监督检验所，辽宁锦州 121000）

新型电梯防坠落装置研究

刘大卫王维臣孔英姿常艺萱
（锦州市特种设备监督检验所，辽宁锦州 121000）

一般电梯防坠落装置都是超速后靠摩擦力制停，而新型防坠落装置，断绳（坠落）状态刚发生，立即动作，缓冲制停，其缓冲器起能量转换和缓冲作用。新型防坠落装置具有制停初速度小，制停过程平稳、安全、可靠，可减少电梯坠落事故。

电梯轿厢；防坠落装置；感应装置；缓冲器

随着城镇化进程加快，城镇建设步伐日新月异，城镇高层建筑越来越多，这些场所使用的电梯设备在大幅增加。由于电梯数量的增长，与之相关的坠落事故也在不断发生，并随着设备使用年限的增长而出现增长趋势。电梯存在着很大的隐患。据统计，近年来，我国发生多起群死群伤的电梯坠落事故。2012年我国共发生电梯事故36起，死亡28人，受伤15人。此类事故还在不断发生，每年所造成的损失上亿元。电梯防坠落装置及安全性研究已经成为事关公共安全生产的重要事项，需要立即着手加以研究和解决，必须改变以往的传统结构，研制切实可行的防坠落装置，以避免或减少重大突发安全生产事故的发生。

《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中明确把突发公共防范与快速处置、重大生产事故预警与救援、工业节能以及重大产品和重大设施寿命预测技术放在主题的位置。因此，本项目研究电梯新型防坠落装置，从而避免电梯坠落事故发生，以确保这类设备的安全使用，避免和减少人民生命财产的损失。

1 新型防坠落装置结构

本文研究对象是电梯防坠落装置，分析过程是发生断绳坠落几率多的提升过程。试验平台用的是：观光电梯，VFG210-1000-1.0M/S-2/2，额定载荷1000kg，电梯速度1.0m/s，2层2站。

新型防坠落装置，如图1所示，主要包括坠应装置、制动部件、缓冲装置（能量转换）等组成。在坠落状态下，感应装置触发灵敏可靠；缓冲装置满足设备坠落时动能及势能转换为液压热能或机械能；制动部件能够满足强度、刚度要求。只要出现坠落特征，即自由落体状态，装置立即动作，阻止坠落，并将坠落的能量转换成液压热能耗散掉或转成弹性能的形式储存起来，不产生局部高温和有害物质，具有节能、环保等特点。另外，装置的成本低，造价经济合理。总之，该防坠落装置制动距离短，结构牢固，事故后恢复运行容易。

表1

表2

2 轿厢段绳坠落减速爬升过程

当轿厢上升过程中发生断绳坠落时，继续以速度V0向上运行，该过程是轿厢以初速度V0，反方向的重力加速度g减速爬升运动，其瞬时速度Vt=V0－g×t，当Vt=0时，轿厢停止上升，这一过程动能转换成势能。

电梯轿厢断绳坠落时，触发防坠落感应装置，图2中的钢丝绳连接装置2与钢丝绳断开，感应弹簧1释放，压板5向下移动，此时防坠落装置允许轿厢减速向上爬升，感应压簧选YA20×170×210-2 GB/T 2089。

图1 新型防坠落装置示意图

图2 感应装置示意图

3 轿厢自由落体运动过程

当轿厢停止上升运动，第二过程自由落体运动便开始，即轿厢以初速度为0，重力加速度为g的自由落体运动，直至制动臂压缩缓冲器时，自由落体运动结束，这一过程势能转换成动能。

在图3中，制动装置副梁选用两个10#槽钢，它们用高强度螺栓分别固定在轿厢立柱上，制动臂非工作状态时，制动臂远端距离电梯导轨顶面2mm。感应装置弹簧释放后，图2中压板5向下推动制动臂，使其远端抬起，制动臂远端卡入电梯齿形导轨内，此时自由落体运动结束，已知电梯导轨齿距100mm，随着轿厢继续下落，制动臂压缩缓冲器，液压缓冲器工作，开始减速制停过程，自由落体最大行程S1=100mm。

由公式：2g×S1=V，得坠落最大速度V0=1.41m/s，缓冲器制停的最大初速度设计取V0=1.5m/s，缓冲的最大行程设计为Se=0.115m，理论计算平均减速度最大值a=/（2Se）= 9.8（m/s2）。

图3 制动装置示意图

4 缓冲制停过程

当制动臂被电梯导轨齿面卡住后，液压缓冲器开始工作时，自由落体运动结束，第三过程缓冲减速制停开始，即以V0为初速度，以a为负加速度的减速运动，一直到轿厢被制动停止，这一过程被称为缓冲制停过程，这一过程伴随的能量转换，机械能转换成液压热能，不会产生局部高温，适合防爆场合使用。

在防止缓冲器喷油或漏油方面，我们在柱塞内腔油面上设计一个密封活塞，这样解决喷油或漏油及隔绝油与空气接触，效果很好。

缓冲器的复位弹簧选压簧YA12× 110×300-2 GB/T 2089。

依据雷天觉的《新编压力工程手册》，经计算，瞬时节流面积Aj“液体通道的开口度”与“瞬时缓冲器行程S”的函数关系：

式中：S缸体在缓冲过程中的瞬时缓冲位移（m）；Aj相应于S时应有的节流面积（m2）；

5 防坠落装置的试验

测试依据GB/T 24474-2009 电梯乘运质量测量，使用的是大连欧意测量仪器有限公司生产的OJC电梯加速度测试仪测试。

5.1 试验记录

试验数据记录表，电梯轿厢总质量1800 kg时：

5.2 理论计算

自由落体距离S1=|（A3-A1）-（B3-B1）| ；缓冲器实际作用行程S2 =|B2-B1| ；

图4防坠落装置用液压缓冲器结构原理图

撞击时实际初速度V0=；平

5.3 OJC电梯加速度测试曲线

理论计算：撞击时实际初速度V0=1.02 m/s ，平均减速度a=4.56 m/s2；

6 结果及分析

GB7588-2003第10.4.3.3耗能型缓冲器应符合下列要求：

当装有额定载重量的轿厢自由落体并以115%额定速度撞击轿厢缓冲器时，缓冲器作用期间的平均减速度不应大于1gn；

正常情况下电梯发生坠落事故时，电梯只有超过额定速度1.15倍时，安全装置才动作，存在安全隐患。本文研究的防坠落装置，电梯不用超速，只要断绳，立刻动作，坠落冲击的初速度小，缓冲效果理想平稳，避免或减少发生安全事故。

我们使用自己研发的快速脱开装置模拟断绳状态，经过上百次试验，防坠落装置制停成功率100%，非常可靠，前面计算过，缓冲制停的平均减速度最大值a=9.8（m/s2），平均减速度理论计算值和试验结果都不大于1gn，制停过程平稳、安全、可靠，满足要求，该防坠落装置是质检总局公益性科研项目《大型起重机降载当量试验方法及升降防坠落装置的研制》研究内容，提供科研资金，项目编号201210068。