电梯安全钳钳块表面设计及制动温升研究

电梯安全钳钳块表面设计及制动温升研究

黄松檀

浙江省特种设备科学研究院浙江杭州310012

摘要：电梯的数量以及运行速度不断增大使得其制动过程中安全钳的温升引起一些学者的关注，因为摩擦过程中的高温会使钳块材料的制动性能变差从而对电梯安全运行带来危害。因此有必要对安全钳在制动过程中的温升现象进行研究，利用有限元软件进行了数值模拟，并研究了对于不同速度和载重的情况下，进行了安全钳制动试验，从仿真预测分析和实际测量试验两方面开展工作。

关键词：电梯安全钳；钳块表面设计；制动温升

1电梯安全钳简介

电梯安全钳和电梯限速器是电梯的重要安全装置。两者一般同时作用。其中电梯限速器随时对轿厢的速度进行监测，如果发现电梯超速，不属于稳定状态，即运行速度超出电梯的额定速度1.15倍时，限速器上的钢丝绳拉动轿厢上的安全钳拉杆装置，使轿厢两侧的安全钳开始作用，将轿厢及时卡在导轨上，从而使轿厢停止降落，处于安全状态。安全钳包括提拉机构和制动机构两部分。提拉机构的作用是将限速器的机械动作传递到制动机构并使制动机构发生作用，制动机构动作后，安全钳上的楔块会将轿厢卡在导轨上，使轿厢处于停止状态，避免电梯进一步坠落。电梯限速器是指令发出者，而安全钳是执行者。两者的共同作用才出现了安全电梯之说。

2安全钳钳块表面设计

现在常用的钳块有平面式、两主凸起平面式、两主凸起平面加两凹槽式、均匀凹凸式、平面加两凹槽式等。第一种是直平面，没有任何纹路，这种有两个缺点，一是制动过程中摩擦产生的磨屑会停留在钳块表面与导轨表面之间，易增加钳块与导轨面间的相对滑动摩擦，二是由于是整平面摩擦过程中温升高的区域点与点之间容易相互之间温度叠加；第二钳块纹路也是同样的缺点；第三种，纹路单一，磨削还是会比较多的停留在钳块表面，温升也容易叠加；第四种连排平行凹槽减少了摩擦面积造成制停效果不佳，同时凸起很容易压溃因为制停过程中钳块表面的压力很大；第五种纹路过少，与第一和第二种缺点一样。钳块表面的一端磨损特别厉害，这是因为跟安全钳的动作方式有关，有活动钳块的安全钳，它的活动钳块是压入端先开始进入摩擦的所以其摩损掉的多，另一端几乎没有磨损。通过观察生活中地面的纹路并结合现有钳块纹路，对钳块纹路进行设计，最终得到菱形表面纹路的安全钳及其磨屑分布。设计成菱形纹路表面有三个优点：一是摩擦产生的磨屑能很好的去填充菱形与菱形间的槽，因为摩擦产生的磨屑是在两摩擦表面间做无规则的运动，菱形纹路刚好可以满足磨削往任意方向运动至沟壑进行填充增加摩擦面积；二是由于沟壑的存在且其成斜向纵横交错，刚好可以让高温区域间断开无法起叠加作用，让热流与空气接触，自然散热，正好符合安全钳制动过程中只能进行自然散热，因为安全钳的安装位置不可能像数控机床一样适合装冷却液的装置；三是菱形摆放成这个方向有利于排污和制动，排污就是排油和制动后的铁屑。当然从测温试验来说也有利于测温传感器的安装，便于更好测出摩擦过程中表面的温度。

3安全钳制动温升测量实验研究

3.1安全钳静压夹持力试验

采用某某有限公司的微机控制电子万能试验机，进行安全钳静压夹持力试验，其最大试验力为100N，准确度等级为1级。分别进行了两次试验得到力与位移的曲线图，并导出数据，将两次测试结果在excel拟合。可得第一次最大压缩力为13.22KN，第二次最大压缩力为31.72KN。

3.2安全钳制动温升测量实验

（1）制备安全钳：结合钳块的立体结构及埋热电偶示意图，在矩形块状的安全钳钳块工作面上开设若干聚集槽，聚集槽分为两组，且聚集槽均相对钳块长度方向倾斜，其中一组向钳块左边沿倾斜，另一组向钳块的右边沿倾斜，并使每一组的若干聚集槽相互平行，保证聚集槽长度方向与钳块长度方向之间的夹角为锐角，若干聚集槽相互交叉，相互交叉的聚集槽乏间形成菱形凸块，若干菱形凸块规则分布，在开设聚集槽时，将聚集槽的槽壁加工成斜面，使得聚集槽呈扩口状，聚集槽的横截面呈梯形；然后在钳块的工作面上开设散热槽，使散热槽沿钳块宽度方向贯穿钳块的两边沿，且散热槽位于钳块长度方向的中部。

（2）安装测温传感器：结合钳块的立体结构及埋热电偶示意图，选取直条形的测温传感器，测温传感器考虑选J型热电偶测温传感器，在测温传感器外部包裹紫铜片，选取位于钳块工作面上部的一个聚集槽，将测温传感器沿长度方向嵌入该聚集槽内，并在该聚集槽的槽口位置固定导热硅胶，导热硅胶压紧覆盖在测温传感器的紫铜片外部，使得紫铜片的外周面与聚集槽的底面以及槽壁相压靠，而导热硅胶则凸出菱形凸块的端面，将测温传感器的导线通过编织结固定在散热槽内。

（3）获取温升值：将安全钳安装在轿厢上，使得钳块沿竖直方向设置，测温传感器通过导向与温度记录仪相连接，并将轿厢拉升至预定高度，其中轿厢自由落体时下降速度逐渐增加，因此不同载荷的轿厢在不同的额定速度下进行制动需要的滑行距离也不同，例如，轿厢载荷为4t，额定速度为2.5ms时，滑行距离设定为660mm，将轿厢自由落体，轿厢能够触发安全钳动作，安全钳的两个钳块能够夹紧导轨进行制动，而钳块与导轨上产生热量导致温度升高，而预埋在聚集槽内的测温传感器能够检测实时温度并传递给温度记录仪，从而得出安全钳制动过程中的温升值。

与现有技术相比，本电梯安全钳制动温升测量方法具有以下优点：（1）由于钳块上的聚集槽相对钳块的滑动方向倾斜，因此碎屑能够进入聚集槽内，聚集槽的槽壁能够阻挡碎屑，避免碎屑带着热量直接脱离钳块，而聚集在聚集槽内的碎屑能够将热量传递给钳块，从而被测温传感器检测。（2）由于聚集在聚集槽内的碎屑即不会影响钳块的滑动摩擦阻力，同时碎屑与导轨相接触，从而增加钳块与导轨之间的接触面积，从而增加导轨与钳块之间的热传导效率，提高测温传感器的测量精度。（3）由于钳块夹紧制动时具有弹性的导热硅胶能够被压缩进聚集槽内，既能够保证导热硅胶与导轨充分接触并传递热量，同时测温传感器与导热硅胶之间的接触更加充分有效，而在导热硅胶的弹性作用下，测温传感器能够充分压紧抵靠在聚集槽槽壁上，从而保证测温传感器的稳定性，使得测温传感器有效检测钳块以及导热硅胶的温度，提高测量精度。

3.3结果分析

随着实验次数的增加，钳块表面不断地被磨掉，热电偶头部越来越接近摩擦表面，测得的温度也越来越高，越接近实际产生的温度。对比试验九和十，同载重不同额定速度（2.5m/s和1.5m/s），额定速度越大温升越高；第三次到第七次试验载重都是2.7t，对比第八次到和九次（载重4t），明显载重大的比载重小的温升高。因此，相同额定速度不同载重情况下，载重越大温升越高；相同载重不同额定速度情况下，额定速度越大温升越高。同时可以看出，热电偶一定要埋在钳块上部菱形凸起中间的勾槽里，测出来温度最准确，埋在钳块中部测出来的温度变化在30度左右，不宜将热电偶放在此处；从实验当中也可以看出载重的变化对温升影响大过额定速度的变化。

4结束语

本文对电梯安全钳钳块表面纹路及制动过程中钳块表面温升及导轨接触表面的温升进行了研究，伴随着高楼不断往天际延伸，相应作为运输工具的电梯其运行速度不断提高，不可避免地发生电梯事故，如何减少或杜绝事故，最大限度地保证电梯安全运行，已成为国家有关部门和社会关注的问题。

参考文献

[1]陈国华,李刚,王新华,等.电梯安全钳型式试验结果分析[J].工业安全与环保,2013,39(7):83-86.

[2]胡正国,李雄伟.金属陶瓷复合涂层在电梯渐进式安全钳的应用研究[J].起重运输机械,2013,(8):1-4.