电梯层门门锁装置存在的典型问题及其改进设计

李金泰

（上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062）

电梯是运送乘客与货物的垂直交通工具，根据《市场监管总局关于2022 年全国特种设备安全状况的通告》显示，全国电梯总量为964.46 万台，其中上海在用电梯超过30.4 万台，持续位列全球城市之首[1]。电梯作为特种设备，其数量的高速增长对安全提出了更高的要求。

电梯的型号繁多、结构复杂，每一个部件都与安全息息相关，其中电梯层门、轿门及门锁装置作为阻挡乘客坠落和防止剪切伤害的安全部件，是保障电梯安全的重中之重。近年来不少专家学者针对层门强度、门导靴啮合深度、副门锁短接等问题提出了有针对性的检验方法和隐患排除方案[2-4]；同时一些专家学者为提高检验效率和质量，设计了门导靴啮合深度、门锁啮合尺寸检测装置等工具[5-6]。这些研究对保障电梯安全有积极作用，但是随着老旧电梯数量的持续增多，一些因磨损、老化等原因导致的安全隐患还没有得到充分的研究。

本文针对特定类型电梯门锁装置因磨损等原因而产生的问题开展研究，并尝试提出检测方法以及改进设计方案。

1 特定类型门锁装置存在的问题

1.1 顶针式副门锁存在的问题

顶针式副门锁最常见的问题是失效后的被短接问题，且比其他类型如行程开关式副门锁出现短接现象更为常见[7-9]。究其缘由，一方面是由于顶针式副门锁的塑料部件存在老化破损问题，另一方面是由于触点镀银表面存在硫化及磨损现象，此外安装触点的弹片由于长期与顶针配合存在永久变形问题。塑料部件老化破损问题严重时会导致安装触点的弹片脱落，而触点表面硫化及磨损现象、安装触点弹片存在变形问题严重时会导致接触不良，从而导致副门锁失效[10]。

此外，当触点表面存在硫化及磨损现象而导致接触不良时，维保人员一般会对顶针表面的硫化层进行打磨，最终会导致顶针触点表面被磨短并形成斜面，见图1。

图1 副门锁顶针磨损情况

副门锁塑料部件老化破损、触点镀银表面存在硫化及磨损凹坑、安装触点弹片的变形问题见图2。

图2 副门锁塑料件及弹片问题

1.2 上钩式主门锁存在的问题

某台安装于某家居商场内，1981 年上海电梯厂制造，主要用于商品运送的曳引驱动载货电梯，其门锁型号为PB16D，该梯4 楼门锁的啮合尺寸虽然看似符合要求，但锁紧元件和啮合元件存在较严重的磨损现象，沿层门开启方向施加一定的力后，层门即被打开，该层门门锁的锁紧效能几乎失效，电梯其余楼层门锁也存在一定的磨损，见图3。另据使用单位介绍，该电梯层门门锁没有更换过。

图3 层门锁紧和啮合元件磨损情况

关于层门主门锁的相关标准，TSG T7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》（以下简称7001）、TSG T5002—2017《电梯维护保养规则》（以下简称5002）、GB/T 7588.1—2020《电梯制造与安装安全规范 第1 部分：乘客电梯和载货电梯》（以下简称7588.1）均有相应的要求，其中5002 只要求了啮合尺寸，7001 规定了啮合尺寸与电气触点闭合状态的关系，7588.1 则在7001 的基础上还提出了锁紧效能的要求（7588 的各个版本对锁紧效能的要求是一贯的，但只有2003 版及2020 版明确提出验证力的大小为300 N，更具操作性）。但是，在电梯的维护保养和年检中并未要求对层门的锁紧效能进行验证，如果主门锁的锁紧元件和啮合元件因磨损而导致安全隐患，那么此隐患该如何尽早发现和处理？

2 新旧顶针式副门锁对比分析及改进设计

2.1 新旧顶针式副门锁对比分析

旧的副门锁由于存在顶针磨成斜面、弹片变形等问题，导致两者刚刚导通时其配合面很小，几乎为线接触，此时其电阻为0.6 Ω，见图4。

当旧的副门锁其顶针继续插入，顶针与弹片触点之间的配合面积大大增加，变为面接触，此时其电阻为0.1 Ω，见图5。

图5 旧副门锁完全接触时的配合面及电阻

新的副门锁由于不存在顶针磨成斜面、弹片变形等问题，其刚刚导通时配合情况与旧的副门锁相反，此时配合面最大，电阻为0.5 Ω，见图6。

图6 新副门锁刚刚导通时的配合面及电阻

当新副门锁的顶针继续插入，弹片逐渐变形，顶针与弹片触点之间的配合面积逐渐变小，变为线接触，此时其电阻为1.1 Ω，见图7。

图7 新副门锁继续插入时的配合面及电阻

由此可见，顶针式副门锁由于弹片变形问题始终存在顶针与弹片触点配合面发生变化的情况，而其电阻与配合面的大小成反比。新旧副门锁之间不同的是，新副门锁刚接触时，配合面最大，电阻最小为0.5 Ω，顶针继续插入时，配合面逐渐减小，直至变为线接触，此时电阻最大为1.1 Ω；旧副门锁刚接触时，配合面最小，为线接触，电阻最大为0.6 Ω，顶针继续插入时，配合面逐渐变大，直至完全接触，此时电阻最小为0.1 Ω。旧副门锁的电阻整体上比新副门锁小，这是因为旧副门锁的顶针经过打磨之后变成了斜面，其面积比全新的顶针顶面大，从而使得与弹片触点之间的配合面更大，所以电阻整体较小。

2.2 顶针式副门锁具体使用情境探讨

新副门锁的电阻在0.5 ～1.1 Ω 之间，当触点存在硫化现象时，其电阻会慢慢变大，严重时会无法导通。将副门锁的电阻情况放入实际情境进行考量，不考虑副门锁的配合面积与具体硫化情况，取电阻的中间值0.8 Ω。假设电梯有30 层，导线电阻为0，主门锁的电阻与副门锁相等，电梯没有轿门锁，门锁接触器的额定电压为110 V，额定电流为11 A。此时门锁回路由30 个副门锁、30 个主门锁、2 个验证轿门关闭的电气安全装置组成，其电阻为49.6 Ω，门锁回路的电流为2.2 A，电流远小于门锁接触器的额定电流11 A。当门锁触点的硫化现象加重，电梯门锁回路的电阻将持续变大，直至影响门锁接触器的正常工作状态，从而导致电梯运行故障。

因此，有必要对顶针式副门锁进行优化设计，规避一些自身结构带来的问题。

2.3 顶针式副门锁的改进设计

顶针式副门锁塑料部件老化破损问题和触点镀银表面存在硫化现象，涉及材料学及表面处理工艺，需要联合其他行业专家研究讨论，本文不做展开。但是顶针式副门锁存在的触点凹坑以及因弹片变形而导致的顶针与弹片触点接触面积变化的问题，可以通过改变结构予以解决。由于触点凹坑与顶针尖端撞击有关，而接触面积也与顶针与触点接触方式有关，因此顶针式副门锁的改进可从增大接触面积、改变弹片变形方向着手。增大顶针直径或者将2 副弹片触点直接连接可以有效增大接触面积，但是考虑到安全触点在设计时必须能可靠断开，因此将2 副弹片触点直接连接的方式并不可行，而改变弹片的变形方式可以考虑用弹簧代替弹片的回弹作用，具体改进方案见图8。

图8 顶针式副门锁改进设计

上述方案的优点在于用弹簧代替弹片可以很大程度上避免后期弹片变形问题，从而增强了顶针式副门锁的可靠性，同时由于电阻与接触面积成反比，因此增大顶针直径可以有效减小电阻，增加顶针式副门锁的导电性，减少故障率。

3 上钩式与下钩式主门锁对比分析及改进方案

3.1 上钩式与下钩式主门锁对比分析

将上钩式主门锁与下钩式主门锁进行对比发现，2种主门锁在开合过程中均有摩擦现象，上钩式主门锁的摩擦面为锁紧元件与啮合元件的配合面，而下钩式主门锁则为非配合面，见图9。因此，下钩式主门锁的啮合尺寸几乎不受磨损的影响。

图9 下钩式层门门锁摩擦情况

进一步测量发现，常用的下钩式主门锁，如三菱型161 门锁，其锁钩的长度为12 mm，其刻度线以下的长度为10 mm，而本文所述PB16D 型门锁锁钩的长度仅为9 mm，见图10。因此，如果PB16D 型门锁的活动部位存在卡阻问题，那么最小啮合尺寸7 mm 将很难保证，此外磨损问题也将导致有效啮合尺寸易小于7 mm。

图10 层门门锁锁钩长度情况

由此可见，上钩式层门门锁不仅存在磨损问题，部分型号的门锁在结构上还存在一定的不足，此外当主门锁的锁紧元件和啮合元件存在磨损时，其锁紧效能如何检测，这些都值得深入探讨。

3.2 上钩式主门锁锁紧效能的检测方案

参照TSG T7007—2022《电梯型式试验规则》，当门锁存在磨损问题时应当对其进行机械静态和动态试验。机械静态试验主要验证门锁的锁紧效能，具体方法是：1 人站在轿顶或候梯厅，分别在直接作用于门锁锁紧元件的合适位置、门扇开启方向最不利的点、门扇离地1.4 m 的位置用拉力计沿开门方向施加300 N的力，每个位置分别施加3 次。

理由如下：7588.1 中规定验证门锁锁紧效能的力大小为300 N，方向为沿门的开启方向，但是没有给出力的具体作用点。经过分析，可能的作用点应该有3 个：

1）第1 个作用点：直接作用于门锁装置最高处。7588.1 中5.3.9.1.7 要 求 在 进 行GB/T 7588.2—2020《电梯制造与安装安全规范 第2 部分：电梯部件的设计原则、计算和检验》中5.2 条规定的试验期间，门锁装置应能承受一个沿开门方向且作用在门锁装置最高处的力。

2）第2 个作用点：直接作用于门扇开启方向最不利的点。7588.1 中5.3.5.3.3 验证门的间隙时要求，在水平滑动门和折叠门主动门扇的开启方向，以150 N的人力（不用工具）施加在一个最不利的点上。

3）第3 个作用点：作用在尽可能接近使用人员试图开启这扇门施加力的位置上。TSG T7007—2022 中P6.4 要求对门锁进行机械静态试验，该要求与GB 7588—2003《电梯制造与安装安全规范》中附录F1.2.2.2 静态试验中的规定一致，即：“沿门的开启方向，在尽可能接近使用人员试图开启这扇门施加力的位置上，施加1 个静态力”。

第1 个作用点最为直接。第2 个作用点主要用于验证门的间隙，是综合考虑门滑块与导槽之间的配合以及门的传动后的结果。第3 个作用点是对门锁强度进行试验时取的点，与可能存在的工况最为接近。为全面检查门锁的锁紧效能，有必要在上述3 个作用点上进行试验。

但是使用人员试图扒开层门扇门最可能的位置（第3 个作用点）大概在哪里？按照人体功效学原理，当人试图扒开层门时，为使动作更加顺畅会把手抬高至与肩齐平位置。《中国居民营养与慢性病状况报告（2020 年）》显示，18 ～44 岁中国男性平均身高169.7 cm，在GB/T 10000—1988《中国成年人人体尺寸》中该身高的百分位数在50 ～90 之间，对应的肩高位置为1 367 mm 和1 435 mm。因此使用人员试图开启这扇门施加力的位置可取1 367 mm 和1 435 mm 的平均值，即1 401 mm。

机械动态试验按照TSG T7007—2022中P6.5进行，即：“处于锁紧位置的门锁装置应当沿门的开启方向进行一次冲击试验。其冲击相当于一个4 kg 的刚性体从0.5 m 高度自由落体所产生的效果”。具体方法是将尼龙绳一头拴在门锁上，中间借助门挂轮进行导向，另一头系住质量为4 kg 的刚性体，把刚性体抬高0.5 m后放下。试验后观察门锁的状态。

用上述方法对本文开头所述的货梯层门门锁进行检验发现，在该层门距地面1.4 m 的高度沿开启方向施加约89.5 N 的力后，层门即被打开，见图11。

图11 层门门锁锁紧效能情况

3.3 上钩式主门锁的改进意见

上钩式层门主门锁尤其是使用年限较长的主门锁，当磨损加剧从而影响层门的锁紧效能时，将严重影响乘客的人身安全。在结构上，部分上钩式层门门锁的锁钩长度较短，这不利于保证最小啮合尺寸的要求，也不利于抵消磨损问题。因此为有效避免锁紧效能的降低可以从增加主门锁有效啮合尺寸方面着手，建议厂家增加锁钩长度或者改进锁钩底部结构，见图12。由于锁钩结构已经发生改变，若厂家采纳上述改进意见，还需要考虑门锁改进之后能否继续满足型式试验的要求。

图12 锁钩结构改进方向

此外，另一种上钩式层门主门锁也存在类似的问题（该电梯服役已超过20 年），见图13。采用本文所述检测方法用拉力计在门扇开启方向最不利的点沿开门方向加力，在力达到165.2 N 的情况下门被拉开。由此可见，上钩式层门主门锁确实存在因摩擦磨损而降低锁紧效能的问题，因此建议更换此类层门主门锁为下钩式。

图13 门锁磨损情况

4 结束语

使用年限较长的顶针式副门锁其弹片变形等问题确实较为常见，而在维保或者使用环节中规避此类问题有一定的难度，因此该问题可由电梯零部件生产厂家通过优化设计来规避。同时，在日常维护保养和检验检测中还应特别注意，当上钩式主门锁存在磨损现象时，还应及时验证门锁的锁紧效能，必要时对门锁进行更换。此外，门锁的相关标准中，只有7588.1 规定了门锁锁紧效能的要求，而与电梯安全密切相关的5002 和7001 却没有相应的内容，所以门锁的磨损问题对相关标准的制修订具有一定的参考意义。