电梯安全系统及钢板弹簧安全防护浅析

特种设备管理 2018-06-11 15:23:45
  1.引言 
  我国经济高速发展,人口不断增加,对我国土地使用造成严重压力,尤其是城镇住房和办公用地缺口越来越大。为了解决上述问题,我国房地产进行不断改革,高层建筑不断增多,从而缓解了因经济和人口对城镇建筑用地的压力,伴随而来的是电梯生产和使用不断增加,电梯成为现代城市生活必不可少的一种垂直交通工具[1]。电梯数量快速增长、使用愈加频繁,导致电梯事故频发,所以电梯安全问题成为人民群众普遍关心的话题。根据电梯安全设备系统内容,给出电梯安全机械系统各部分组成、分析和阐述其各部分作用。最后结合电梯事故和电梯机械系统,分析井道缓冲器对电梯的撞击作用,提出轿厢安全弹簧设计构想,保证电梯乘坐人员安全。 
  2.电梯设备系统组成及工作原理 
  电梯设备系统由机械系统和电气系统及控制系统组成,其中机械系统包括了电梯安全保护系统。机械系统是电梯系统重要的组成部分,其中主要包括轿厢系统、重量平衡系统、导向系统、曳引系统、门系统、安全保护系统等。 
  2.1 门系统 
  门系统主要由轿门、层门、开关门系统及门附属零部件组成。电梯在运行过程中,为了保证轿厢及层站人员安全,厅门和轿厢门处于关闭状态。其两个门系统除了保持闭合状态外,同时要求厅门配备门锁装置,为了防止层站人员在使用电梯过程中跌落井道,发生事故。 
  2.2 轿厢系统 
  轿厢系统由以下两部分组成:轿厢架和轿厢体。其主要作用是运送人员和货物。为了方便维保人员检修电梯,通常在轿顶会安装照明设备,同时为了电梯在出现事故后便于紧急救援,很多电梯在轿顶会设置安全窗。设计人员也会在轿厢安装称重设备,防止电梯实际载重超过额定载荷,同时电梯一旦出现超载或超重现象,电梯会自动报警,提示使用人员不要继续对电梯施加额外载荷。 
  2.3 曳引系统 
  该系统又叫做电梯升降系统,它是电梯最关键的系统组成。为电梯提供升降的动力,同时保证电梯以不同速度在井道内垂直移动,为货物和人员提供方便、迅速、可靠的楼层运输。其中曳引机、导向轮、限速器和曳引绳是该系统的重要组成部分。曳引机将电能转化为机械能,最后依靠机械能将重物提升,是整个系统动力输出部分。现今曳引机种类很多,从结构进行分类,其主要可以分为:涡轮蜗杆曳引机、永磁同步曳引机等种类。另外因电梯应用场所要求其速度也有区别,导致曳引机出现超高速、高速、快速和低速四种不同形式。 
  2.4 重量平衡系统 
  该系统在电梯整个运行过程中起到重量补偿作用,它主要维持电梯一侧载重和另一侧对重的质量平衡。为电梯运行的稳定性提供保证。对重、补偿绳(或补偿链)是该系统的主要组成部分。电梯运行过程中,依靠导向轮和曳引轮的牵引,对重钢丝绳通过和轿厢直接连接来实现平衡。补偿链(或补偿链)的作用是当电梯曳引高度超过规定范围,此时补偿链补偿钢丝绳的差重。为了维护电梯运行的平衡稳定,还必须对电梯的额定荷载值进行合理设置,严格遵守荷载要求[2]。 
  2.5 导向系统 
  导向系统是电梯在运行过程中稳定性和舒适性的保证,同时也对电梯安全运行起到至关重要的作用。该系统主要由导轨、导轨架和导靴三个组成结构组成。这一系统的作用除了用于保证轿厢按照正确的路线上下运行外,还可以避免过多振动的发生[3]。在电梯的设计中,井道通常会安装四根导轨,其中两根用于对重架导向,两根用于轿厢导向。 
  3.电梯轿厢安全弹簧设计 
  城市化速度不断加快,导致城市建筑用地减少,从而建筑物数量及楼层不断提高,特别是在大中城市,高层建筑日益增多。为使广大用户克服因高层带来的不便,这些高层建筑无一例外会安装电梯,于是电梯使用率明显提升。电梯在现实生活中带来方便的同时,由于电梯老化、维修保养、使用等不规范,造成电梯安全事故频发,成为人们热议的话题。而电梯坠落事故在电梯整体事故中占有较大比例,电梯坠落事故也对乘坐人员造成严重人身伤害。而电梯轿厢安全弹簧设计可以有效的在电梯坠落过程中减小对轿厢的撞击作用,同时减少对乘坐人员的伤害。 
  3.1常规电梯安全装置工作原理 
  电梯轿厢安全弹簧装置主要问题在于弹簧装置与电梯其它零部件合理匹配。由于受到井道结构、电梯加工、电梯机械材料等因素的影响,电梯本体的机械结构改动空间是有限的,所以电梯外加辅助装置是电梯安全保护装置设计重点。常规电梯机械安全装置由以下部分组成:限速器、安全钳、缓冲器等部件。在整个电梯坠落过程中轿厢机械及其安全装置是同时联动配合。当轿厢速度超过额定速度后,限速器启动,同时联动安全钳。轿厢架上的安全钳与导轨接触产生制动摩擦力,缓冲器设置在井道的坑底,正对轿厢缓冲板,主要是通过其缓冲作用,减轻轿厢在电梯坠落中所受到的冲击。 
  3.2轿厢安全弹簧工作原理及设计 
  在整个电梯坠落过程中,轿厢一旦与缓冲器接触,就会在轿厢底部产生很大撞击作用。这时就需要轿厢底部额外增加轿厢安全弹簧,目的是减小轿厢因高速下落对缓冲器的巨大撞击力。GB/T 10058-1997有如下规定:在装有额定载重量的轿厢自由下落的情况下,安全钳动作时的平均减速度应在0.2~1.0 g,当载有额定载重量的轿厢自由下落撞击缓冲器时,缓冲器作用期间的平均减速度不应大于1 g,减速度超过2.5 g以上时间不应大于0.04 s。根据能量守衡定律,弹簧缓冲器在压缩过程将吸收轿厢的全部能量,即 
  式中:v为电梯运行速度;S为轿厢的下落距离;W为轿厢自重加额定载重量;弹簧刚度K=P/S;弹簧最大压缩力P=Wga+W,a为最大缓冲减速度。同样,用能量法,根据减速度要求得到制停距离。最后根据电梯额定载重与安全钳加紧力的差值,得到电梯轿厢安全安全弹簧受到的撞击作用力。根据以上思想并结合Pro/Engineer绘图软件绘制电梯轿厢安全弹簧装置设计图,如图1所示: 
  4.结语 
  电梯安全作为现今生活的重要问题,同时也是电梯设计人员一直不断完善方向。本文轿厢底部安装多板式弹簧装置,安装后两端自然向上弯曲。当电梯底部发生撞击时,钢板产生变形,起到缓冲的作用,最大程度的减小电梯在坠落过程中的撞击作用,保证电梯乘坐人员安全。 
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