两种不同作用的对重安全钳比较研究*

冯双昌，吴 昊

(上海市特种设备监督检验技术研究院，上海 200083)

1 引言

随着社会的不断发展，高楼大厦越来越多，电梯已经成为现代社会生产生活中不可或缺的一种垂直交通运输工具，人们对电梯安全性和舒适性的要求也越来越高。但是，电梯冲顶或坠落的重大事件却时有发生。据统计，电梯每运行8.3亿次，就会发生1次如失控冲顶或超速坠落等重大事故。为此，2003年修订《电梯制造与安装安全规范》时增加的一项重要内容就是上行超速保护装置，并且规定其中的一种形式为对重安全钳［1］。但由于上行超速保护装置在国内是近几年才开始推行的电梯安全概念，因此许多电梯制造单位、维保单位、检验机构对其认识还不深刻，尤其是对具有上行超速保护作用的对重安全钳(以下简称超速保护对重安全钳)和之前出现的具有地下空间防护作用的对重安全钳(以下简称空间防护对重安全钳)的关系不清楚。许多电梯从业人员甚至认为只要电梯安装了对重安全钳，该电梯就具有了上行超速保护装置，对此，本文从多个方面对这两种不同作用的对重安全钳进行比较和分析。

2 设置目的

电梯的轿厢和对重是通过钢丝绳、绳头体等组装成的悬挂机构来承重的，如果某一环节发生断裂，轿厢和对重就会失控而自由下降［2］。在现代高层建筑中，为了充分利用空间，常将电梯底坑下的空间作为车库或过人通道。因为该空间上面有轿厢和对重在运行，空间内还有人进入，如果轿厢或对重失控而发生蹲底事故，底坑下人员的安全将难以保证。

针对此，GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》中5.5b要求对重上要装设安全钳，即本文所称的空间防护对重安全钳。可见设置空间防护对重安全钳的目的是防止电梯以超过限速器动作速度的速度撞击缓冲器，并保证传递到井道墙体和底坑的力限制在设计范围内，以保护底坑下通过人员的安全。

当电梯曳引系统，如驱动主机、制动器、轴、减速齿轮、联轴器等部件失效或驱动控制系统失控时，对重就会拖动空载或轻载轿厢加速上行，从而发生“冲顶”事故［3］。设置超速保护对重安全钳的目的就是当轿厢上行超速到一定程度时该保护装置动作，使轿厢制停或减速运行，保护轿内乘客和财产的安全。

可见，这两种对重安全钳设置的目的和作用是不同的。

3 发展历史

因为人的头顶要比脚底耐冲击能力差很多，所以轿厢中的乘客在上行超速时的危险要比下行超速时大。1985年前后，在美国开始探讨上行超速保护装置，其电梯标准ASME A17.1对上行超速保护装置做了详细规定［4］。与此同时，针对该问题欧洲也展开了讨论。欧洲的EN81-1:1998《Safety rules for the construction and installation of lifts and service lifts;part 1:electric lifts》第9.10条明确要求曳引驱动电梯应装设符合要求的轿厢上行超速保护装置，并规定应作用于轿厢;或对重;或钢丝绳系统(悬挂绳或补偿绳);或曳引轮(例如直接作用在曳引轮，或作用于最靠近曳引轮的曳引轮轴上)。其中曳引轮实现的方式是在对重侧设置安全钳，即超速保护对重安全钳。我国现行最主要的电梯标准是GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》，是等效采用EN81-1:1998，也增加了上行超速保护装置的相关内容。该标准从2004年1月1日起实施，过渡期为1年。

对于轿厢与对重之下有人能够达到的空间，安装对重安全钳的研究开展的更早。欧洲的EN81-1:1985就已经对此做了明确规定。

4 运行原理和组成

根据GB7588-2003中9.8.3.1的规定可知，空间防护对重安全钳的动作应由限速器来控制。若额定速度小于或等于1 m/s，对重安全钳可借助悬挂机构的断裂或者借助一根安全绳来动作。

根据GB7588-2003中9.10.4的规定可知，上行超速保护装置实现的方式之一就是在对重侧设置安全钳，即超速保护对重安全钳。9.10.10还规定，使轿厢上行超速保护装置动作的电梯速度监控部件应是符合9.9要求的限速器或符合相关要求的装置。

在实际中，由于限速器技术成熟、结构简单、动作可靠，因此无论是空间防护对重安全钳还是超速保护对重安全钳一般都是和限速器配合工作。当对重下行超速达到一定值时，限速器机械动作，拉动安全钳夹住导轨使对重制停。

可见，从组成上讲，这两种不同作用的对重安全钳都和限速器配合使用;从运动原理上讲，都是通过由限速器监控对重下行的速度，当对重速度超出范围后发出信号使安全钳动作，从而使对重和轿厢减速。

5 与之配套的限速器的动作速度

GB7588-2003的9.8、9.9、9.10分别对安全钳、限速器和上行超速保护装置做了专门规定。根据9.9.1规定可知，操纵轿厢安全钳的限速器的动作速度应发生在速度至少等于额定速度的115%。根据9.9.3的规定可知，操纵空间防护对重安全钳的限速器的动作速度应大于9.9.1规定的轿厢安全钳的限速器动作速度，但不得超过10%。可见，操纵空间防护对重安全钳的限速器要后于操纵轿厢安全钳的限速器。这是因为轿厢是载人部件，一旦有超速情况，应优先控制轿厢。

根据9.10.1的规定可知，对于超速保护对重安全钳，作为其速度监控元件的限速器应能检测出上行轿厢的速度失控，其下限是电梯额定速度的115%，上限是9.9.3规定的速度。可见，对于操纵超速保护对重安全钳的限速器和操纵轿厢安全钳的限速器的动作先后顺序未作规定。

如图1所示，v为电梯额定速度;v1为操纵轿厢安全钳的限速器的动作速度;v2为操纵空间防护对重安全钳的限速器的动作速度;v3为操纵超速保护对重安全钳的限速器的动作速度，那么v1、v2、v3需满足以下三个不等式［5］:

图1 操纵各安全钳的限速器的动作速度示意图

115%v≤v1，v1＜v2≤110%v1，115%v＜v3≤v2

可见，根据标准的要求，操纵空间防护对重安全钳的限速器的动作速度范围和操纵超速保护对重安全钳的限速器的动作速度范围相比，前者比后者小。

6 制停要求

根据GB7588-2003中9.8.1.2的规定可知:空间防护对重安全钳在达到限速器动作速度时应能通过夹紧导轨而使对重制停并保持静止状态。根据9.10.1的规定可知:作为减速元件的超速保护对重安全钳，应能使轿厢制停，或至少使其速度降低至对重缓冲器的设计范围。可见，标准中这两种不同作用的对重安全钳的制停要求是不同的，空间防护对重安全钳的要求更高。

当轿厢上行超速时，最不利的工况是曳引轮为自由轮，对重带动空载轿厢超速，此时超速保护对重安全钳的制动力计算公式如下［6］:

式中:F为对重安全钳制动力;P为空载轿厢质量;Q为电梯额定载荷;g为重力加速度;K为平衡系数;a为对重安全钳制动时的平均减速度。

GB7588-2003中5.5b情况下，最不利的工况是悬挂装置断裂，对重自由落下。此时，空间防护对重安全钳的制动力计算公式如下［6］:

将上面两式进行比较可知，在最不利的工况下空间防护对重安全钳的制动力比超速保护对重安全钳的制动力大，因此在选用安全钳时要特别注意。

7 减速度要求

根据GB7588-2003中9.8.2.3的规定可知，若额定速度大于1 m/s，空间防护对重安全钳应是渐进式的，其他情况下，可以是瞬时式的。根据9.10.3的规定可知，超速保护对重安全钳在使空载轿厢制停时，其减速度不得大于1 g。

安全钳按结构和工作原理可分为瞬时式安全钳和渐进式安全钳。瞬时式安全钳的夹紧元件支承在刚性元件上，夹紧元件一旦与导轨接触，就不需任何外力而依靠自锁夹紧导轨，制动力很大，能使轿厢立刻停止。而渐进式安全钳的夹紧元件支承在弹性元件上，其夹紧力是制动元件锁死后由弹性元件的弹性决定的，基本是恒定值，因此其制停减速度是不变的，且因其制动力受控而不致于导致减速度过大［7］。

瞬时式安全钳的最大制停减速度在5～10 g左右，此时制停的上行轿厢被巨大的惯量上抛会因突然失去曳引作用随即自由下坠，对轿厢和导轨都可能产生破坏作用，不符合标准中减速度要求，因此超速保护对重安全钳不能采用瞬时式安全钳。

可见，在减速度方面，超速保护对重安全钳的要求更加严格。这是因为人体承受上行和下行减速度的能力是不同的，超速保护对重安全钳最大的减速度值不允许大于1 g，即在上行超速保护装置动作时，不允许乘客瞬间处于完全失重或“漂浮”状态［8］。

8 检验要求

GB7588-2003附录D对这两种不同作用的对重安全钳交付使用前的检验方法做了明确规定。对于空间防护对重安全钳，在对重下行期间，电梯驱动主机运转直至钢丝绳打滑或松弛，并在下列条件下进行:①瞬时式安全钳，轿厢空载，安全钳的动作应由限速器或安全绳触发，并在检修速度下进行;②渐进式安全钳，轿厢空载，安全钳的动作可在额定速度或检修速度下进行。对于超速保护对重安全钳，轿厢空载，以不低于额定速度上行，仅用轿厢上行超速保护装置制停轿厢。可见，对这两种不同作用的对重安全钳的检验方法也是不同的。

9 结语

在电梯对重侧设置安全钳，一种作用是对轿厢和对重之下有人能够到达的地下空间进行防护，另一种作用是作为上行超速保护装置。本文从设置目的、发展历史、运行原理和组成、与之配套的限速器的动作速度、制停要求、减速度要求几个方面对这两种不同作用的对重安全钳进行比较和分析，结果表明空间防护对重安全钳和超速保护对重安全钳既有相同之处，也有不同之处，决不能简单的混为一谈，尤其是检验对重安全钳时，一定要针对其不同的作用按照相对应的检验方法进行试验。

［1］ 全国电梯标准化技术委员会.GB 7588-2003电梯制造与安装安全规范［S］.北京:中国标准出版社，2003.

［2］ 赵 融.关于对重加装安全钳的探讨［J］.中国电梯，2004，15(13):43-44.

［3］ 李 刚.电梯轿厢上行超速保护装置的研究［D］.天津:天津大学，2007.

［4］ 朱璠璠.电梯上行超速保护装置检测系统的研究与开发［D］.西安:西安建筑科技大学，2005.

［5］ 付 宁.限速器动作速度分析［J］.中国电梯，2007，18(23):62-64.

［6］ 莫仕沛.浅谈两种不同用途的对重安全钳［J］.中国电梯，2006，17(13):27-28.

［7］ 杨华江.电梯安全钳的作用及常见故障［J］.现代制造技术与装备，2009(3):51-53.

［8］ 朱昌明，孙立新，张晓峰，等.电梯制造与安装安全规范解读［M］.第1版.北京:中国标准出版社，2007.