关于电梯双向防剪切保护系统的研究

赵霄雯

摘要：电梯轿厢在平层开门状态下轿厢突然出现向上或向下意外移动对乘客造成的剪切事故伤害最大且事故率较高，本项目设计了一种电梯双向防剪切保护系统。它主要是由轿厢位置检测子系统和执行机构子系统组成。

关键词：电梯;剪切;保护

一、背景技术

电梯在人们的日常活动中是不可缺少的垂直升降的代步设备，电梯的安全可靠运行直接关系到电梯乘客的生命安全。近年来，由于我国电梯数量的增加和部分电梯使用年限较长，部分电梯制动器部件老化、控制回路出现故障致使电梯出现伤人的事故时有发生，发生的电梯事故中以在电梯轿厢在平层开门状态下轿厢突然出现向上或向下意外移动对乘客造成的剪切事故伤害最大且事故率较高。在电梯的平层开门进出乘客时，乘客身体或随身携带的物件未完全进入轿厢，厅、轿门未关闭时，轿厢发生向上或向下意外移动，这时就有可能对电梯乘客造成剪切事故，而这种事故一旦发生，都会对乘客人身造成重大伤害。例如2015年某高校一乘客在进入电梯时，轿厢在开门状态下突然出现向上滑行，致其被卡在电梯轿厢与层门门楣位置处窒息死亡。在GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》及第1号修改单的3.18条也提出了电梯需要安装防止电梯出现意外移动的双向防剪切保护装置。为了保证电梯乘客的安全，我科研组设计了一种电梯双向防剪切保护系统。

二、研究的内容

1、研究目的

电梯轿厢出现双向剪切事故的原因分析：

（1）驱动主机：目前应用最多的通常是永磁同步无齿轮曳引机，曳引机式驱动主机电梯的正常运行是通过曳引轮槽和钢丝绳之间的摩擦力来实现的。电梯长期运行后，可能出现曳引轮绳槽磨损、变形或者附着有油污，另外，还可能出现钢丝绳磨损绳径变小等等，这些因素都有可能造成电梯轿厢的双向剪切伤害事故的发生。

（2）控制系统：电梯的起动、运行、制动、开关门等动作的执行都是依靠电气控制系统所发出的指令来完成的。而电气控制系统有可编程的程序和一系列的电气元件组成，一旦控制程序出错致使控制电路失效或某一电气元件故障，都有可能造成控制系统发出错误指令，电梯误动作，造成开门溜车的剪切事故。

（3） 制动系统：制动器作为制动系统关键部件，其性能的好坏对整个电梯系统的安全起着至关重要的作用。从目前已发生的轿厢双向剪切事故分析，因制动器故障和缺陷引起的占了很大一部分。制动器故障和缺陷常见的有：制动器制动力不足、顶杆螺栓 、制动间隙调整不当、制动轮失圆、闸瓦磨损严重、部件老化、动作卡阻滞等缺陷。另外，限速器和安全钳制动系统，当限速器和安全钳调整不当，也会产生轿厢开门滑行，此时滑行过程，由于轿厢和井道壁的相对位置移动，可能出现对电梯乘客的剪切事故。

本研究主要是设计一种电梯轿厢双向防剪切保护系统，主要就是解决目前电梯存在轿厢意外移动造成剪切伤人的技术性难题。本装置应包含预防性装置和挽救性装置两个方面。即在层门没有被锁住并且电梯轿门没有关闭的情况下，防止电梯发生意外移动或者制止已发生移动的轿厢使得移动停止（滚筒，链条，曳引轮和悬挂绳的失效除外），从而防止剪切事故的发生。

2、系统组成

电梯双向防剪切保护系统是由控制系统、轿厢位置检测子系统和执行机构子系统组成。

控制系统是对检测到的信号进行逻辑处理和运算电路等，判断轿厢是否存在意外移动，发出夹绳器的动作信号。

检测子系统是一种发出动作信号的装置，其功能是能够检测到轿厢是否存在意外移动的风险和倾向以及是否已经发生了意外移动。

执行机构子系统的功能是如果已经发生移动，制停轿厢使其保持停止状态以防止溜车。

2.1控制系统

PLC是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

采用通用性强、使用方便、适用面广、可靠性高、抗干扰能力强PLC作为控制装置，通过信号采集，然后进行信号分析，通过逻辑计算进行轿厢意外移动判断后，输出相应指令。

2.2轿厢位置检测子系统

检测子系统主要为检测轿厢意外移动的变换器或者传感器，目前常见的检测传感器主要有以下几种：

（1）安装在轿厢上的位置信号开关，如磁感应式接近开关;光电式平层开关，多路光电开关等。

（2）通过限速器检测，如可检测意外移动的离心式限速器等。

（3）使用绝对值编码器或者井道位置感应器来检测，如井道绝对位置传感器。

综合考虑可靠性、经济性和安装维修便捷性，本研究采用光电式平层开关作为轿厢位置检测子系统

2.3常见的执行机构子系统主要有以下几种：

（1）作用于轿厢或者对重，如轿厢（对重）安全钳;双向安全钳;夹轨器等。

（2）作用于悬挂绳或者补偿绳系统上，如钢丝绳制动器。

（3）作用于曳引轮或者只有两个支撑的曳引轮轴上，如永磁同步曳引机的块式制动器、盘式制动器、钳盘式制动器等。

综合考虑执行机构即可作为双向防剪切保护的执行机构，又可作为上行超速保护的执行机构和可靠性和经济性，本研究采用钢丝绳制动器作为执行机构。

2.4制动部件的触发方式

制动部件的触发方式主要有电气触发和机械触发。其中依靠电气触发主要有夹轨器、钢丝绳制动器、曳引机制动器等;而依靠机械触发主要有双向安全钳、对重侧安全钳、夹轨器、钢丝绳制动器等。

3、动作原理

电梯正常平层时，控制回路使轿、厅门打开，此时门锁回路处于断开状态，隔磁板插入光电开关，该电气开关处于断开状态，新型夹绳器（电磁脱扣装置）处于失电状态。当电梯由于非正常情况厅、轿门处于开门状态，轿厢上行或下行超过设定的安全距离时设置在轿厢的隔磁板脱开光电开关，电气开关接通，门锁回路的继电器常闭点也处于接通状态，通过控制系统就使新型夹绳器（电磁脱扣装置）的电路接通后动作，夹住钢丝绳确保电梯轿厢停在安全位置，完成电梯双向防剪切功能。

当电梯上行超速时该新型夹绳器还可以与限速器、控制系统配合完成上行超速保护功能。

采用这种电梯轿厢双向防剪切保护装置能够全部满足GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》及第1號修改单的要求，具有结构简单，功能可靠，成本经济的特点，能够非常可靠的防止电梯出现轿厢双向防剪切人身伤亡事故的发生。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB7588-2003及1号修改单.电梯制造与安装安全规范.中国标准出版社，2003-06-16.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.电梯监督检验和定期检验规则-曳引与强制驱动电梯