电梯安全部件设计毕业设计

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第1章综述

电梯是高层建筑物必不可少的垂直运输工具，它经常长时间的频繁地操作运行，每天都要载运成千上万的乘客，所以在电梯运行过程中必须确保安全。电梯安全装置三必不可少且又十分重要的，它必须非常可靠并不应出现故障。

现代电梯都应设有完善的安全保护系统，包括一系列的机械安全装置和电气安全装置，以防止任何不安全情况的发生。机械保护有限速器、安全钳、层门锁闭安全装置等，其中有些装置是与电气保护装置配合共同承担保护任务的；电气安全保护装置除有些与机械安全保护装置协同工作外，还有一些是电气系统的自身保护，如电动机短路保护、过载保护、接地接零保护等。

在电梯的安全保护系统中，提供最后的综合的安全保障是限速器、安全钳和缓冲器，也就是说，当电梯运行中无任何原因使轿厢发生超速、甚至坠落的危险状况而其他安全保护装置均未起作用的情况下，则靠限速器、安全钳（轿厢在运行途中）和缓冲器（轿厢到达终端位置）的作用使轿厢停止而不致使乘客和设备受到伤害。

电梯是一个大型的机电合一的综合性产品，它是按照一定的关系构成的整体，产品最终是在现场组装完成的。因此，电梯安全可靠性体现在整机性能上。电梯的可靠使用是最终目的，它既体现在电梯设备（包括每个零件）的质量上，又体现在电梯的安装及日常维修保养、使用管理的水平上以及操作人员的素质上。

电梯安全装置的结构和设计取决于电梯的额定速度，电梯速度越高，则要求这些装置的性能越高，相应起结构也更完善。

经过人们的不懈努力和改进，如今电梯安全装置已经发展得相当成熟，所以，现代电梯是最为安全的运输工具。

1.1 电梯安全技术特点

1.1.1 电梯安全技术的综合性技术

电梯安全技术是一门综合性技术，它涉及的学科领域多，如电机工程学、电工学、电子学、机械工程学、力学、管理学、建筑学等。

1.1.2 电梯安全技术涉及面广

电梯属特种设备，它涉及到电气技术、电子技术、微机技术、机械技术、焊接技术等，它是机点合一的综合性安全技术。

1.1.3 电梯安全技术需系统化

电梯安全技术在电梯设计、制造、安装、调试、运行、维修保养工作中始终贯穿其整个过程，建立安全方面的组织、管理、培训、监督机构，健全安全保证系统和安全监督体系才能使电梯安全优化管理。

1.1.4 电梯安全技术应贯彻预防为主的原则

预防为主就是不断地加强职工的安全意识，增强操作者的自我保护能力，提高安全操作性能，防止事故的发生。因为人的不安全行为可能是学习不够。电梯的不安全状态可能是管理不完善造成的，所以对人和设备的管理都应该是超前的。

1.2 电梯安全运行条件

1.2.1 安全应“以人为本”

保证电梯安全运行，人是第一位的，人的不安全行为会造成电梯处于不安全状态，因为电梯的设计、制造、安装、维修、使用、管理都是人来完成的。因此，做好提高人的安全意识工作是电梯安全运行的最基本条件。

1.2.2 电梯产品质量与安全

电梯的质量主要是指安全可靠性质量和标准型质量。在电梯的设计、加工制造中，应严格执行国家标准，把贯彻国家标准放在首位。

目前我过的电梯标准是依照国际上的相关电梯设计、制造、使用标准制定的，它包括基本标准、通用标准、专业标准三个层次，既有世界通用性又结合了我国的国情，它也是总结了百年来电梯的生产、使用实践而制定出来的。因此，只有严格贯彻国家标准，才会有高质量的合乎安全要求的电梯产品和优质服务，电梯的安全可靠性才有保障。当然，标准的制定也应适应和满足科学技术进步，新产、新技术的需要。

电梯元器件的质量也是保证电梯安全的重要组成部分，在科学合理的设计基础上，选择好各种器件尤为重要。特是选好电梯的安全部件。安全部件应永远保持可靠。

电梯的安全可靠，还应体现在整机的综合质量上。

1.2.3 电梯的安装质量与安全

电梯的安装是将厂家生产的各个部件，由电梯技工现场装配安装成为整机，因此其装配、安装质量与电梯安全运行关系密切。

对于电梯的安装在国家标准中有严格的规定。安装单位应具备相应的安装资质和等级，凡超出其资质等级允许的安装范围，均属违规行为。

电台安装除了要有合格的资质外，还要有严格的管理制度。安装标准应是按照国家标准中的有关规定制定出来的行业标准，并在施工中按施工顺序、安装进度逐项逐条予以落实。

从事安装工作的单位还要有自己的检验机构，对安装电梯进行质量把关，检验工作应由有资格的质量检验人员进行，这是保证安装质量、电梯安全运行的重要一环。

1.2.4 电梯的使用管理与安全

电梯在交付使用后，除做好定期维修保养工作之外，使用管理工作也是非常重要的。电梯自管单位或维修承包单位应该依据国家及地方政府相关部门的有关规定，根据电梯的类型、用途、使用场合等，制定出相应的使用管理规定，确保电梯安全可靠地运行。

第2章电梯机械安全保护装置随着现代社会的发展，电梯与人们是生活息息相关，有着举足轻重的作用。电梯是用动力拖动的垂直起重运输机械，在运行的过程中必须确保安全，因此，设置了安全装置。

我国对电梯的安全装置是非常重视的，原国家质量技术监督局颁布的《特种设备质量监督与安全监察规定》中第三十七条规定：“电梯出厂时，必须付有制造企业关于该电梯产品或者部件的出厂合格证，使用维护说明书，装箱清单等出厂随机文件。合格证上除标有主要参数外，还应当表明驱动主机、控制柜、安全装置等主要部件的型号和编号。门锁、安全钳、限速器、缓冲器等重要的安全部件必须具有有效的型式试验合格证书。”型式试验合格证书是电梯安全部件的“身份证”和“党案”。

电梯业内人士以往把限速器、安全钳、缓冲器、门联锁称为电梯四大安全器件。按照GB7588—200X的规定，轿厢上行超速保护装置和含有电子元件的安全电路，也是安全部件。其实，制动器也是电梯安全运行的至关重要的安全部件。如果制动器制动力矩不足或其制动机构有卡阻现象，会造成电梯溜车甚至“飞”梯，对安全运行构成威胁，所以对制动器的性能必需特别关注。

电梯安全保护装置主要包括机械安全装置和电气安全装置，它们确保了电梯的安全运作，给人们的日常生活带来了方便。

2.1 主要技术参数

电梯额定速度：0.63m/s;

电梯额定载重量：1000kg;

电梯自重量：1000kg；

轿厢尺寸：宽度A=1600mm，深度B=1400mm,高度H=2300mm;

轿厢形式：单面开门；

轿门形式：封闭式中分门；

轿门尺寸：宽度E=1100mm，高度F=2100mm；

曳引方式：半绕1:1吊索法；

电气控制系统：交流集选控制；

停层站数：5站；

提升高度：11.2m；

顶层高度：4.2m；

底坑深度：1.4m；

井道尺寸：宽度C=2400mm；深度D=2300mm。

2.2 限速器

电梯的额定运行速度不同，使用的限速器也不同。一般电梯的额定速度不大于0.63m/s，采用刚性夹绳限速器，配用瞬时式安全钳。

GB7588中第9.9.11.1条规定：在轿厢上行或下行的速度达到限速器动作速度之前，限速器或其他装置上的一个符合14.1.2条规定的电气安全装置使电梯驱动主机停止运转。但是，对于额定速度不大于1m/s的电梯，此电气安全装置最迟可在限速器达到其动作速度时起作用。这里的“电气安全装置”就是我们常说超速保护开关。超速保护开关必须在操纵轿厢安全钳的限速器动作之前动作，使电梯驱动主机断电，如果此时轿厢速度仍未减速，当其速度达到限速器动作速度时，操纵轿厢安全钳动作，将轿厢制停在导轨上。简单地说就是先断电后扎车。

2.2.1 刚性夹持式限速器的结构原理

刚性夹持式限速器的结构如图2-1所示，当轿厢下降时，限速轮与在限速绳带动下做顺时针方向旋转，当轿厢下行时，两只铸铁制成的离心块10绞接在滑轮轴上的销轴11上，并通过连接片12相连彼此相互保持平衡。当轿厢超速下行时，限速轮被限速绳带动转速家快，离心块10受到的离心力随之增大，离心块10绕轮轴13旋转重心外移，当轿厢下降速度超过额定速度的115%时，离心块的离心力随之增大到一定值时，离心块上的棘爪14与制动原盘4上的棘齿15相啮合，带动拨叉6向着轿厢下降方向摆动，使绳钳、限速绳、限速器轮紧紧楔住。轿厢继续下降，限速绳将安全钳的拉杆提起，安全钳楔块将轿厢制动停止在导轨上。

在正常运行状态下，限速钢丝绳与夹绳口之间应有5mm间距。夹绳口应清洁无油污。限速器动作后，应由称职人员使电梯恢复使用。

图2-1 刚性夹持式限速器 a）外型图 b）内部结构

1-绳钳弹簧 2-绳钳 3-限速器钢丝绳 4-制动圆盘 5-限速轮

6-偏心拨叉 7-芯轴 8-座架 9-压缩弹簧 10-离心块

11-锁轴 12-连接片 13-轮轴 14-棘爪 15-棘齿

2.2.2 限速器是设计和计算

1）限速器的动作速度

轿厢限速器的动作速度应不低于电梯额定速度的115%，但动作速度在配用瞬时式安全钳时（除不可脱落滚柱式外），应不大于0.8m/s。

电梯额定速度：0.63m/s;

限速器的最小动作速度为：

0.63?115%=0.7245m/s

设计取限速器的动作速度有0.75m/s

2）限速器夹绳力

限速器动作是的夹绳力至少为带动安全钳起作用所需力的两倍，并不小于300N。

3）限速绳

限速绳的公称直径至少为6mm，取为8mm。限速器绳轮的节圆直径与绳的公称直径之比为32。限速器绳是受力安全系数为8，限速器绳由张紧轮张紧，在绳断裂或松弛的情况下应借助一个电气开关使曳引机停止转动。

4）限速器的设计和计算

刚性夹持式限速器是设计和计算一般是根据结果设计初步设定的离心重块来计算弹簧的参数。

限速器轮旋转是离心重块所产生的离心力P

C

(N)为：

P

C =mr2

ω=

g

G

r2

ω=

g

G

r(

30

πn

)2≈Gr(

30

n

)2

式中，m为离心重块的质量（kg）；G为离心重块的重量（N）；g为重力加速度，g=9.8m/s2;r为离心重块重心O

3

的回转半径（m）；ω为离心重块的回转速度；n为限速器轮的回转速度（r/min）。

n=12

.026063.0???πr/min=50.6r/min 两离心重块在限速器轮上对称布置，并且用两连杆连接在一起，离心重块自重的作用力互相抵消，同时假定离心重块摆动中心O 2处销轴摩擦阻力忽略不计，则离心力P C 和弹簧力P S 之间达成下列平衡式：

P C b= P S a

∴ P S = P C a b =a b Gr(30

n )2 式中，a 为弹簧中心线至摆动中心O 2的垂直距离（m ）；b 为离心重块重心O 3至摆动中心O 2的距离（m ）。

由结构设计可得：

a=95mm ，b=60mm

随着限速器轮转速的变化，离心重块向外摆动的角度也相应变化，所以离心重块重心O 3的旋转半径为：

r=r 0+r ?

式中，r 0为限速器静止不动离心重块向中心缩紧时，其重心O 3的回转半径（m ）；r ? 为当电梯超速达到限速器动作速度时，离心重块重心O 3的回转半径的增量（m ）。r ? 的值可以根据结构设计中设定的棘爪与棘齿之间的间隙e 来确定，取r 0=60mm ，r ? =15mm ，因此：

P S =

a b G （r+r ?）(30

n )2 =2)3016.50(075.018.99560????N =1.37N

P S 是当达到限速器动作速度时所需要的弹簧反力。假设限速器静止时弹簧的预反力为'S P 。离心重块从静止时的缩紧位置到限速器动作时向外摆动位置使弹簧压缩距离为f ，则弹簧的弹性系数k 为：

k=f

p p S S '- 'S P =a b Gr(30

n )2=2)3016.50(06.018.99590????=1.1N ∴k=015

.01.137.1-=18 根据所需要的弹簧反力P S 和弹性系数k ，查《机械设计手册》第九篇 弹簧，第980页 表9-6和第988页 表9-11可得，压缩弹簧的各尺寸为：

弹簧丝直径：d=2mm

中径：D=14mm

内径：1D =D-d=12mm

外径：2D =D+d=16mm

旋绕比：C=d

D =6.5 自由高度：H 0=55mm

节距：P=0.35D=5mm

螺旋开角：?=?==48.614

5ππαarctg D P arctg 2.2.3 夹绳机构的设计和计算

限速器的夹绳机构有刚性夹紧和弹性夹紧两种。为了保证可靠地夹绳，无论是刚性夹紧还是弹性夹紧均采用自锁夹紧原理，即一旦夹绳钳与限速器绳发生接触，则不需任何外力，限速绳将依靠自动楔紧作用可靠地夹持在绳钳之中。

为配合刚性夹持限速器，采用刚性夹紧机构，利用自锁夹紧原理，一旦夹绳与限速器绳接触，则不需任何外力，限速器绳将依靠自动楔紧作用可靠地夹持在夹绳钳之中。刚性夹绳钳中钳座是刚性支撑的，当夹绳时限速器绳被完全固定不动，夹绳力可达到无限大，它适用于瞬时式安全钳。

图2-2是偏心拨叉式刚性夹绳机构。限速器动作时带动拨叉摆动，使拨叉上的楔块与限速器轮槽中的限速器绳相接触，接着依靠自锁夹紧原理使限速器绳刚性地夹住在拨叉楔块和限速器轮之间。

偏心拨叉夹绳机构的设计必须保证其自锁夹紧条件。

图2-2 偏心拨叉夹绳机构

O-限速器轮回转中心 'O -偏心拨叉摆动中心 K-夹绳点

偏心拨叉的楔块在k 点处接触与限速器绳而作用一个压力P ，P 力的切向分力为T ，发向分力产生夹绳钳与限速器之间的摩擦力F 。如果忽略离心拨叉自重以及拨叉自重意见拨叉摆动销轴处的摩擦力的影响，则限速器绳自锁条件为：

F ≥T

因此，

F=αμμcos P N =

T=αsin P

由此：

ααμsin cos P P ≥

αμtg ≥

或：

tg αφtg ≥

αφ≥

式中，α为图示的夹绳角；μ为夹绳钳与限速器绳之间的摩擦系数；φ为夹绳钳与限速器绳之间的摩擦角。

由上式可知，为了保证偏心拨叉式夹绳机构可靠地夹绳，在设计中必须使夹绳角α小于或等于摩擦角φ，或者说，夹绳角α的正切值小于或等于摩擦系数。

2.2.4 限速器张紧装置

限速器张紧装置包括限速器绳和张紧装置，其结构原理如图2-3所示。

张紧装置的作用是为使限速器绳与限速器绳轮有足够的摩擦力，以保证限速器轮与电梯运行速度同步。张紧装置结构由张紧轮、砣块、张紧架、断绳开关等组成。限速钢丝绳5的一端与轿厢相交于轿厢相连并绕过设在机房限速器的限速轮槽，在底坑处绕过张紧轮4，与该钢丝绳首端相交于轿厢安全钳传动杆上。限速绳由张紧轮4和其下端的

图2-3 限速器张紧装置

1-配重砣块2-断绳开关3-张紧架4-张紧轮5-钢丝绳

配重砣块1张紧并保持一定张力，当轿厢运行时带动限速器绳轮、张紧轮同时转动。配重上有导向装置，张紧装置能岁张紧钢丝绳上下浮动。

限速器张紧绳应保持一定张力，绳不应有断裂、扭曲等现象。

限速器张紧装置的断绳保护开关位置应调整适宜，当张紧轮从水平位置下降50mm 时，开关应断开安全控制回路。

重砣的数量可以调节，使限速器绳的每分支拉力不小于150N。张紧轮装置的安装高度应使其砣框底部距底坑地面不小于500mm。

张紧装置上还设有断绳保护开关5，用以防止断绳或限速器绳伸长使限速器失去作用。

2.3 安全钳

安全钳装置是在限速器的操纵下，使电梯轿厢紧急制停夹持在导轨上的一种安全装置，它对电梯的运行提供最后的综合的安全保护。

根据国内外电梯安全规程的规定，任何曳引电梯的轿厢都必须设有安全钳装置，并且规定此安全钳装置必须又限速器来操纵，禁止使用又电气，液压或气压装置来操纵安全钳。

安全钳是电梯安全部件之一，GB7588第9.8条注明：安全钳装置最好安装在轿厢的下部。设计时安全钳安装在轿厢底部，符合国标的要求。

2.3.1 瞬时型安全钳的结构原理

安全钳装置设在轿厢架上，它由两部分组成，即制停机构和操纵机构。制停机构叫做安全钳，它的作用是使轿厢制停，夹持导轨上。操纵机构是一组连杆系统，限速器通过此连杆系统操纵安全钳起作用。图2-4为安全装置的构成示意图。

安全钳需要有两组，对应地安装在两根导轨处，安装在轿厢架下梁的下面。其具体结构见手工图。

安全钳由楔块1、垂直拉杆4、压簧5、连接架8、安全钳急停开关9、横拉杆12、拨叉架13等组成。

安全钳楔块1安装在轿厢架3的底梁上，处于导楔之上。楔块经垂直拉杆4、压簧5等传动机构与限速器钢丝绳相交于轿厢架8上。正常时，楔块1与导轨15保持3mm