宋秋紅，王　萍，王　耀，吳叢迪，耿保華，陳　鵬

（上海海洋大學(xué)工程學(xué)院，上海201306）

電梯失速下降箱內(nèi)救生裝置研究

宋秋紅，王萍，王耀，吳叢迪，耿保華，陳鵬

（上海海洋大學(xué)工程學(xué)院，上海201306）

近幾年來，由于電梯安全事故頻發(fā)，電梯結(jié)構(gòu)安全性也引起了人們廣泛地關(guān)注。由于電梯事故頻發(fā)，導(dǎo)致人的生命和財(cái)產(chǎn)存在了一定威脅，雖然電梯整體的安全設(shè)施已經(jīng)基本完善，但電梯內(nèi)部尚未有保護(hù)人的安全設(shè)施，因此本裝置主要是在電梯內(nèi)部增設(shè)一個(gè)基于機(jī)電一體化技術(shù)的安全救生裝置，著重研究裝置的機(jī)械及控制部分，利用三維建模軟件Solidworks建立一個(gè)裝置模型。電梯失速下降箱內(nèi)救生裝置是在電梯下降過程中，電梯發(fā)生事故導(dǎo)致電梯失速下降的時(shí)候能夠起到緩沖作用，保證乘客的生命安全。

電梯；救生裝置；緩沖；安全

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑如雨后春筍拔地而起，電梯作為高層建筑的必備裝置，在方便人們生活的同時(shí)，也對(duì)人類產(chǎn)生不可忽視的威脅。以前的電梯底坑緩沖設(shè)施是采用直壓式底坑緩沖裝置，其缺點(diǎn)是直壓式電梯底坑緩沖的行程很小、緩沖性能低。而現(xiàn)有的電梯在轎廂內(nèi)一般未安裝防護(hù)救生裝置，在電梯使用過程中，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致轎廂從高層突然墜落時(shí)，會(huì)造成轎廂損壞以及人員傷亡。電梯是一種技術(shù)含量較高的機(jī)電一體化產(chǎn)品，充分利用了微機(jī)技術(shù)、土建工程、電力電子技術(shù)、機(jī)械工程等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域，是綜合了機(jī)電控制集中化應(yīng)用的復(fù)雜運(yùn)輸設(shè)備，具有技術(shù)含量高，發(fā)展快的特點(diǎn)。在高層建筑物對(duì)電梯性能和控制系統(tǒng)的要求越來越高時(shí)，要求其相應(yīng)的安全保護(hù)系統(tǒng)也更先進(jìn)，更可靠。本文針對(duì)這一問題對(duì)現(xiàn)有的電梯性能和控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，研制成電梯失速下降箱內(nèi)救生裝置，以期能夠減少電梯事故所造成的損失。

1　電梯下降失速救生裝置的構(gòu)成及工作原理

1.1裝置構(gòu)成

研究針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，研究一種失速下降電梯的救生裝置，能夠解決現(xiàn)有電梯缺少安全救生裝置的問題。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本裝置通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

這種防失速救生電梯，包括外轎廂和內(nèi)轎廂，外轎廂兩側(cè)壁下端均具有鎖止楔槽，鎖止楔槽內(nèi)設(shè)置有鎖止楔；內(nèi)轎廂包括傳動(dòng)裝置、頂板、吊梁和底板，傳動(dòng)裝置設(shè)置在頂板上方，吊梁設(shè)置在內(nèi)轎廂兩側(cè)，分別與頂板和底板連接，底板包括上底板、彈簧和下底板，上底板、彈簧和下底板依次連接。其中，鎖止楔槽和鎖止楔均設(shè)置有兩個(gè)，吊梁為L形，上端頂板具有固定孔，下端側(cè)板端部具有固定槽，上底板兩側(cè)具有凸沿。如圖1所示為本裝置的刨視結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本裝置的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖［1］。

圖1　本裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　本裝置的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖

本裝置是一種失速下降電梯的救生裝置，設(shè)置的內(nèi)轎廂和外轎廂相互配合，能夠有效減少失速時(shí)轎廂內(nèi)人員的傷亡，結(jié)構(gòu)巧妙，有效提高轎廂安全性能。

1.2緩沖裝置

電梯結(jié)構(gòu)的安全性與人們的生命安全有著密不可分的聯(lián)系，為了保證電梯使用的安全性，除了應(yīng)具備必要的電梯結(jié)構(gòu)裝置之外，還需要安裝一些保護(hù)裝置，如緩沖器、安全鉗、限速器等。電梯由于制動(dòng)器無效、制動(dòng)力不足，曳引鋼絲繩斷裂、驅(qū)動(dòng)主軸斷裂、減速器齒輪嚙合失效，控制失靈、曳引力不足等原因都會(huì)造成電梯超速、失速、墜落等事故，因此，必須設(shè)置相應(yīng)的可靠的安全保護(hù)裝置。

緩沖器是電梯的最后保護(hù)裝置，在所有保護(hù)裝置失去作用之后，緩沖裝置將電梯吸收的能量消耗掉，降低電梯下降速度，保證乘客安全。

電梯由于控制失靈、曳引力不足或制動(dòng)失靈等發(fā)生轎廂或?qū)χ囟椎讜r(shí)，緩沖器將吸收轎廂或?qū)χ氐膭?dòng)能，提供最后的保護(hù)，以保證人員和電梯結(jié)構(gòu)的安全，本裝置即采用彈簧緩沖裝置，具體如下：

緩沖裝置選用的是GB/T 1222熱軋彈簧鋼16個(gè)，直徑為80 mm.該彈簧適用于較高的疲勞強(qiáng)度，彈性好，廣泛用于各種機(jī)械、交通工具等。剪切模量G為78000 MPa，因此，足夠在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)候起到對(duì)電梯內(nèi)部乘客的支撐作用［2］。

1.3傳感器裝置

傳感器選擇使用加速度傳感器和速度傳感器，分別測量電梯的加速度和速度。

加速度傳感器：能感受加速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。

速度傳感器：利用編碼器產(chǎn)生的脈沖可直接獲得速度信息，即光電編碼器和測量對(duì)象同軸連接，當(dāng)測量對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)光電編碼器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，輸送給單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，進(jìn)而測量出速度。

2　裝置工作原理

當(dāng)電梯發(fā)生事故導(dǎo)致電梯失速上升或下降的時(shí)候傳動(dòng)裝置會(huì)迅速反應(yīng)并旋轉(zhuǎn)，從而使得繞在傳動(dòng)裝置上面的鋼索向下放伸長，繼而釋放上底板，此時(shí)上底板由16個(gè)彈簧支撐，彈簧開始起作用，起到一定的緩沖作用，延長沖量的改變時(shí)間，從而降低墜亡和沖頂事故的可能性，減小由事故對(duì)人員以及建筑造成的傷害［3］。

當(dāng)電梯在運(yùn)作過程中，由于控制失靈、曳引力不足或制動(dòng)失靈等而從高空中失速墜落時(shí)，電梯和其內(nèi)部的人相當(dāng)于一起做自由落體運(yùn)動(dòng)。根據(jù)質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理MV2-MV1=F⊿t，接觸地面的時(shí)候，如果短時(shí)間內(nèi)沖量改變極大，就會(huì)發(fā)生蹲底事故，即電梯的轎廂在控制系統(tǒng)全都失效的情況下，會(huì)超越首層平層位置而向下行駛，直至蹲到底坑的緩沖器上停止的現(xiàn)象。如果電梯從高空失速墜落，務(wù)必使其在減速的過程中，使其緩沖時(shí)間愈長愈好。所以，就要利用緩沖作用來延長沖量的改變時(shí)間。本裝置就是利用加速度改變時(shí)［4］，速度傳感器會(huì)迅速做出反應(yīng)，鎖止楔縮回，直至脫離底板，緊接著，彈簧裝置就開始起緩沖作用，防止電梯失速時(shí)蹲底事故對(duì)電梯上的乘客造成傷害。

本裝置是一種防失時(shí)速救生電梯，設(shè)置的內(nèi)轎廂和外轎廂相互配合，能夠有效減少失速時(shí)轎廂內(nèi)人員的傷亡，結(jié)構(gòu)巧妙，有效提高轎廂安全性能，并保護(hù)乘客生命安全。

3　裝置設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

裝置的設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有普通電梯所具有的所有功能，而且在緊急情況下，具有一般電梯所沒有的“自救”功能，即在應(yīng)對(duì)突發(fā)事件時(shí)，電梯箱內(nèi)有救生裝置；

（2）可操控性強(qiáng)，完全自動(dòng)操控、便捷，此類設(shè)計(jì)屬于實(shí)用創(chuàng)新；

（3）載荷能力強(qiáng)，而且效率高，可以防止群死群傷，具有快速反應(yīng)，快速保護(hù)的能力；

（4）該裝置解決了直壓式電梯底坑緩沖裝置緩沖行程小，緩沖性能差的問題，具有結(jié)構(gòu)簡單、平穩(wěn)緩沖、安全著陸、維修保養(yǎng)容易、極易對(duì)傳統(tǒng)電梯底坑改裝，該裝置投資成本小，生產(chǎn)工藝簡單，具有一定的社會(huì)推廣價(jià)值，該裝置已申請(qǐng)國家發(fā)明專利。

4　結(jié)束語

城市的快速發(fā)展造就了電梯的大范圍應(yīng)用，同時(shí)也引發(fā)了更多的電梯安全事故?，F(xiàn)今社會(huì)，電梯的使用成為了必然，而只有電梯的正常運(yùn)行才能保證人們?nèi)粘Ｉ畹乃胶唾|(zhì)量。因此，探討電梯的機(jī)械裝置與結(jié)構(gòu)就十分的必要，應(yīng)該從電梯自身的安全保護(hù)裝置的優(yōu)化入手，積極改善其安全性能?，F(xiàn)有電梯外部安全設(shè)置已經(jīng)非常完善，但電梯內(nèi)部卻沒有設(shè)置有關(guān)安全的設(shè)施，因此，本文設(shè)計(jì)了一種電梯內(nèi)部的救生裝置，利用solidworks進(jìn)行了該裝置的三維建模并且進(jìn)行了動(dòng)畫模擬其工作情況，整套裝置涉及信號(hào)采集、電動(dòng)控制、機(jī)械裝置，具有反應(yīng)迅速，操控性強(qiáng)以及便捷可靠的特點(diǎn)，目前已申請(qǐng)發(fā)明專利。

［1］沈強(qiáng).電梯的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其相關(guān)問題分析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，（23）：122-122.

［2］左華貞.電梯事故原因和有效預(yù)防措施探討［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2012，（5）：92-94.

［3］辛秀彥.電梯的安全保護(hù)系統(tǒng)［J］.黑龍江科技信息，2009，（17）：53-53.

［4］楊娜.淺談電梯安全系統(tǒng)與電梯常見事故［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，（8）：135.

Research on Life Saving Device of Elevator StallDrop Box

SONG Qiu-hong，WANG Ping，WANG Yao，WU Cong-di，GENG Bao-hua，CHEN Peng
（ShanghaiOcean University College of Engineering，Shanghai 201306，China）

In recent years，the frequency of elevator safety accident has attracted widely attention on elevator structure security which causes a certain threat on human life and property.Though the safety facilities of the elevator has largely improved，it still have no safety facilities inside the elevator to protect persons.So this device mainly establish a safety protective device inside the elevator based on electromechanical integration technology which focuses on the mechanical and control part of the device.We also use three dimensionalmodeling software Solidworks to establish amodel of the device.In the process of the elevator drop，the lifesaving equipment in the cabinet of the elevator can play a buffer action when elevator accident occur resulting in a decline in the elevator stall in order to protect the life safety of the passengers.

elevator；life-saving devices；buffer safety

TU857

A

1672-545X（2016）06-0086-02

2016-03-28

上海市大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目（編號(hào)：201510264054）

宋秋紅（1962-），男，遼寧長春人，碩士，副教授，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論；王萍（1993-），女，河北邢臺(tái)人，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。