对电梯轿厢意外移动的研究

摘要：随着城市楼层的增高，电梯被广泛使用。近年来电梯事故频发，使得人们越来越重视电梯的安全性。电梯中的挤压、剪切等安全事故多由轿厢意外移动引起，直接影响到乘坐人的人身安全，因此对电梯轿厢意外移动进行研究具有重大现实意义。本文首先分析了引起电梯轿厢意外移动的原因，其次根据现有防止电梯轿厢意外移动的解决方案提出了制止电梯轿厢意外移动的设想，最后设计了相应的执行元件。

关键字：电梯轿厢意外移动；解决方案；执行元件设计

近年来全国各地发生了电梯轿厢意外移动事故，对乘坐人造成极大生命威胁。2013 年，深圳市某小区内，电梯经停21层楼时，电梯门还未关闭时轿厢突然向下移动，轿厢滑行到4、5 楼间才触发安全钳工作，使得轿厢停下，事故发生后乘客全部被送往医院，有多名乘客腰部受伤严重。更严重的一起事故发生在2014年[1]，华侨大学某C4电梯，一男生身体还未全部进入电梯内，轿厢突然向上移动，该男生被卡在轿门处，与多处层门刮擦，最后窒息而亡。由此可见电梯轿厢意外移动危害之大，电梯轿厢意外移动问题亟待解决。

1电梯轿厢意外移动原因

1.1制动器故障

制动器故障分为机械故障和电气故障两种[2]。

（1）机械故障导致制动器不能闭合的原因有以下几种：制动力不足、控制制动器的接触器因粘连而不能正常动作、机械部件意外卡阻。当制动器不能正常工作时，电梯轿厢将会发生向上或者向下的突然滑移。这种机械性故障多由电梯制动器制动力不足引起。驱动电机与飞轮之间为皮带连接，皮带长时间的带载工作致使其碳化、伸长，最终导致动力不足，另外制动闸皮风化、制动鼓与闸皮之间长时间会形成油污致使制动打滑也将引起电梯不能正常制动。这种电梯机械结构上的特点使得制动故障不易消除。

（2）电气故障是由电路不能正常工作造成的制动器无法闭合故障。电梯轿厢在静止的状态下，驱动电机无法提供反向扭矩，动力传递装置也无法自锁，即电梯轿厢保持静止的力是由制动器闭合提供的，当电气故障引起驱动器不能正常闭合时，电梯轿厢将会在厢体重力和乘客重力的作用下向下移动，造成事故发生。

1.2电气安全装置直连

层门和轿门组成了进出电梯的门。当乘客进出电梯前轿门和层门依次打开，乘客进出电梯后层门和轿门依次关闭，所以控制层门和轿门的电气安全装置的触点频繁动作，致使电气元件容易损毁。检测统计发现，一些电梯维修人员为了节省材料和工作时间，不惜将触点处的开关线直接相连，电路一直处于闭回路的状态，触点开关不再动作，封闭门的安全装置将失去其设计目的，起不到安全保护的作用，此时控制系统无法有效识别电梯的工作状态，及有可能发出错误指令，在层门或者轿门打开状态时突然向下或者向上移动，造成事故发生。这种人为因素致使的电梯非正常工作情形应当被极力制止，需要加强电梯维护人员的安全意识。

1.3电梯牵引力不足

电梯牵引驱动为目前最为常见的电梯驱动方式。电梯牵引示意图如图1所示。

 

图1 电梯牵引力示意图

从图1可知，绳索牵引力不足时，电梯轿厢将向下移动，造成挤压、蹲底、剪切等事故。这里表示绳索牵引能力系数，它的大小由钢丝绳包角和系统的当量摩擦系数决定，反映了一台电梯的牵引能力[3]，

                              （1）

的值越大，表明的值越大，即电梯牵引能力越大。电梯牵引力不足主要是由当量摩擦系数变小引起的，当量摩擦系数变小有以下几种原因：人为因素造成的牵引钢丝绳过度润滑；绳索与槽轮长时间的摩擦接触造成的槽轮形状发生改变，槽轮和钢丝绳之间的摩擦力减小。以上两种因素致使电梯绳索牵引力减小，当电梯中乘客超载并且电梯牵引力小于某值时，会致使电梯轿厢突然向下移动。

2现存防止电梯轿厢意外移动的解决方案

王文钦等人[4]提出了一种从电气控制上实现防止电梯轿厢意外移动的解决方案。首先对轿门关闭与否进行独立检测。其次进行平层状态检测，BCR继电器是通过置于轿顶的平层传感器控制的，轿厢到达平层触发平层传感器接通。 BCR继电器闭合的唯一条件是轿厢处于层门区，其余状态下BCR继电器都处于释放状态。BCR继电器的回路控制电路如图2所示。

 

图2 安全回路控制

韩向青等人[5]设计了多绳摩擦提升机首绳换绳装置，如图3所示，下图所示的平行四边形机构组成了送绳夹紧装置。机构执行步骤如下：连杆2、上绳槽架3的左右直线运动是通过小油缸1在液压油的作用下驱动的；钢丝绳的夹紧通过驱动油缸推动平行四边形机构使下绳槽架4的距离减小实现。相反，当小油缸1被关闭时，连杆2、上绳槽架3向右侧、左侧移动，钢丝绳的放松通过驱动油缸推动平行四边形机构使下绳槽架4的距离加大实现。

 

图3 多绳摩擦提升机首绳换绳装置 

本文在已有防轿厢移动电气及机械装置的基础上，结合以上装置的优缺点，提出了制止电梯轿厢意外移动的设想。

3制止电梯轿厢意外移动的设想

3.1电梯轿厢意外移动的判定

电梯轿厢的运行信息是通过检测装置采集得到[6]，主要包括轿厢速度及位置信息、抱闸接触信息、门继电器信息、轿门继电器吸和或释放的状态信息，每种信息都有与之相对应的传感器。控制器是本系统的大脑，对上述信息进行分析、处理、存储，判断电气处于何种工作状态，智能之处是通过对以上信息的综合处理，及时判断出电梯是否有存在门锁短路，对电梯运行状态做出快速评定，并将评判信息发送至电梯控制室，若有系统异常，及时发出警报，减少事故发生。

检测装置及保护装置总体设计方案如图4所示。

 

图4 检测装置及保护装置总体设计方案

本系统通过激光位移传感器采集电梯轿厢的位置及速度信息，这种非接触式的精密测量装置有以下优点：实时性及实用性强、结构简易、操作简单、测试速度快，分辨率高。传感器的发射端安装在机房的房顶，接收端安装在轿厢厢顶，此时轿厢及房顶之间的距离及速度会被实时传输到电梯控制系统。当传感器显示位移为0时，说明轿厢运行到达房顶；当传感器显示位移最大时，说明轿厢运行达到地面；这里定义激光位移传感器的位移振动值在mm内波动时电梯处于装载或者卸载状态，反之电梯处于上下移动状态。

3.2执行元件的设计

（1）制动装置设计

欧洲电梯规定了轿厢发生意外移动时，轿厢上移或者下滑的标准，对轿厢意外移动的距离、移动时间、移动加速度等给出了明确规定，这里借鉴欧洲标准的各种规定设备本系统的执行元件以期满足其严格要求。根据国家标准要求：每一轿厢地坎上均要装设护脚板，护脚板垂直部分不应小于0.75m，垂直部分以下应成斜面向下延伸，斜面与水平面的夹角应不大于60，且该斜面在水平面上的投影不应小于20mm，由下图5可见，护脚板实际长度最小应为784mm。本装置拟设置在意外情况下高出或低于平层位置0.10m即为电梯意外运行，故电梯运行实际距离为0.88m。

 

图5 护脚板长度

（2）紧急断电装置设计

本系统设计了一套紧急断电保护装置，当电梯轿厢发生意外移动时，检测装置检测到意

外移动信号，控制系统发送指令给继电器，使继电器发生动作，在继电器的作用下，电机动力装置被切断，电梯轿厢保持原位置不动，以防止进一步发生意外，此时系统给出警报，并发送给电梯监控室，直至维修人员前来营救。

（3）短信发送与语音播报

开发了一套与本系统配套的故障警报短信发送系统和故障语音播报系统。一旦电梯轿厢

发生意外移动，系统会第一时间向电梯主管部门发送故障短信，并在其中说明故障原因和故障时间及故障电梯内的人数等信息，为救援争取更多的时间。另外在电梯轿厢内配备了一套语音播报系统，及时告知乘客发生故障的原因，一是用来减少恐慌情绪，二是告诉乘客如何进行自救。

4结束语

分析了引起电梯轿厢意外移动的原因，研究了现有防轿厢意外移动的解决方案，提出了制止轿厢意外移动的设想，设计了相应的检测系统和执行元件，开发了轿厢故障短信发送和语音播报系统，为解决电梯轿厢意外移动提供了一种有效的方法。

参考文献

[1]蔡剑雄.防止电梯轿厢意外移动的安全保护装置设计[J].装备制造技术，2015，07

[2]何乔治，陈兴华等.电梯故障与排除[M].北京：机械工业出版社，2002,04

[3]陶伟忠.对绳索传动电梯的牵引分析[J].机电产品开发与创新，2012，07

[4]王文钦.轿厢意外移动保护的一种实现方式[J].安全分析，2014，01

[5]韩向青.防止电梯轿厢意外移动的保护装置研究[J].机械工程自动化，2016，06

[6]金新峰.电梯实时监控与故障报警系统设计研究[D].浙江大学，2012 

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