摘要：电梯安全钳系统作为电梯失控超速下坠时自动制停的安全装置，对电梯安全至关重要。往往电梯安全钳因进入异物或失控超速下坠造成安全钳的误动作或安全钳的失效。根据本人多年检验电梯的经验，本文以详细的受力分析和计算结果，讨论了电梯安全钳误动作和安全钳失效的问题，提出了解决安全钳误动作和失效的措施，望引起同行及各有关方面对此问题的重视，提高电梯安全技术状况，确保电梯安全运行。

1 前言
　　随着我国电梯生产和使用数量的日益增加，对保证电梯产品质量和使用安全的技术监督工作要求也不断提高。电梯是载人的垂直交通工具，必须将安全放在首位。电梯的安全，首先是对人员的保护，同时也要对电梯本身和所载物资以及安装电梯的建筑物进行保护。电梯的安全除了在结构的合理性、可靠性、电气控制和拖动的可靠性方面充分考虑外，还针对各种可能发生的危险，设置专门的安全装置。电梯安全钳系统作为电梯失控超速下坠时自动制停设置的专门安全装置，在电梯安全保护装置中，起着重要作用。安全钳系统的误动作及失效都将给电梯及乘客带来影响甚至严重后果。
2 安全钳钳块与导轨之间进入异物造成的误动作
2.1 安全钳系统的组成：
　　安全钳系统由安全钳、限速器及其绳轮张紧装置以及其他连接部件所组成（略）。
2.2 安全钳系统的工作原理：当电梯下行速度超过了限速器的动作速度，则限速器卡紧机构动作使限速轮停止转动，限速绳也在限速轮槽摩擦力的作用下停止运动，从而带动安全钳钳块停止运动但轿厢仍在继续下行，故钳块相对轿厢来说是作向上运动，即钳块被提起到与导轨紧密相贴，从而制停住轿厢。
2.3 钳块受力分析
2.3.1 在不同情况下钳块受力情况如图1所示。当轿厢被钳块完全卡住停止时钳块的受力(见图-1a)，这时钳块共受到6个力；轿厢对钳块的正压力F，轿厢给钳块的摩擦F′，导轨给钳块的正压力Q，导轨给钳块的摩擦Q′，以及钳块自身重量P和拉杆上的弹簧对钳块的作用力R，限速绳摩擦力T，但此时的R与自重P相对于F和Q来说很小，可忽略不计，由此可得平衡方程式：
F·sinθ-Ffcosθ-Q=0F·cosθ+Ffsinθ-T=0式中T—摩擦系数。
2.3.2 当安全钳无动作时钳块受力见图-1b，因钳块与轿厢及导轨无接触，所以F=0，F′=0，Q=0，Q′=0。
2.3.3 当安全钳与导轨之间进入异物时，钳块受到一个合力N=Q1—F1，cosθ—F1fsinθ与拉杆对钳块的作用力R（见图-1c），因为此时导轨对钳块的摩擦力Q1<Q′—电梯被正常制停时导轨对钳块的摩擦力，F1′<F2′，是否产生误动作则视弹簧对钳块的作用力R与N的大小比较关系而定。若N>R，钳块被异物顶起，导致误动作；若N<R，钳块保持静止。
2.3.4 当限速器动作时，钳块受到的作用力可分为二个阶段：
2.3.4.1 钳块尚无与导轨接触时，钳块只受自重P与拉杆弹簧对其的作用力R和限速轮槽与限速绳的摩擦拉力T，当T-R-P>0时，钳块被提起；当T-R-P<0时，安全钳失效。
2.3.4.2 当钳块与导轨接触时，钳块受到T、R及合力N=Q-R′sinθ-Fcosθ，此时T+N-R-P>0，由上面分析可知，拉杆上的弹簧力调得不宜太小，否则，易产生误动作；但也不宜太大，否则，安全钳有可能失效。

3 连接导轨螺栓的预紧力
电梯导向系统是由多根导轨用接导板用螺栓连接接长，GB10060—1993《电梯安装验收规范》规定“导轨接头处允许台阶不大于0.05mm，如果超过0.05mm则应修平，修光长度为150mm以上”，如果两根导轨在连接处产生位移，将会使安全钳产生误动作。
由此知道，在压螺栓的拉伸方向上，只有预紧力。克服导轨接导板处的位移趋势的力，唯有预紧力产生的摩擦力。导轨是否会位移，只要比较螺栓所能提供的最大预紧力产生的摩擦力是否大于接导板处受到的力，大于则安全，否则，将会发生位移。
3.1 求螺栓最大预紧力：
3.1.1 螺栓规格：重型梯导轨连接螺栓，一般有M12.M14．M16三种规格，以M12螺栓为例进行分析。
3.1.1.1 螺栓公称直径d=12mm、螺距P=1.75mm、基本三角形高度、P=1.52、螺纹底径dl=10.106mm、螺纹中径d2=10.863mm、危险剖面，螺栓材料选用：Q235或40Cr，则其抗拉强度：Q23为σbl=440MPa；40Cr为σb2=885MPa
3.1.1.2 最大预紧力，因电梯安装中，使用测力矩或定力矩扳手，所以安全系数(S)s取1.8，许用拉应力[σ]1=σb1/(s)s=440/1.8＝244.44N/mm2
[σ]2=σb2/(S)s=885/1.8＝491.67N/mm2
最大预紧力：F1＝[σ]1·AC=244.44×84.267=20598.96N=2059.8kgf
F2=[σ]2·AC=491.67×84.267=41433.03N=4143.3kgf
最大摩擦力：F1′=F1·f=2059.8×0.1=205.98kgf
F2′=F2·f=4143.3×0.1=414.33kgf式中摩擦系数f，当接合面干燥时f=0.1～0.6，当接合面有油时f=0.06～0.1，现取f=0.1，同理，我们也可求得M14、M16的最大预紧力与最大摩擦力。
4 求导轨连接部最大受力：
4.2.1 图2为导轨受力计算简图，A、B、C、D、E五点分别为导轨支架，G、H为桥厢的上下导靴；CF为导轨接导板的中心。取AB=BC=CD=DE=2500mm(标准允许最大范围)GH=3600mm
设CH＝DH＝1250mm
已知:RG=RF1=417kgf，RH=RF2=417kgf
4.2.2 求各点反力
由于轿厢在BD段内，对支点A、E影响甚小，故可将BD段看成简单的一次超静定问题，将C点化成RC,求出各力在C点的挠度：
同理，将BE段导轨看作超静定问题，求出各力在D点的挠度，然后，根据各力在D点的挠度之和为0，列出下列方程：
YDRG+YDRC－YDRH+YDRE=0得RD＝196.3kgf
利用平衡条件式在BD段，可得如下方程：
RG·150+RC·250-RH·375-RD·5000=0
求解得：RD＝177.32kgf，与用超静定法解出的196.3kgf相比较，相差不大，为简化计算，取RD＝177.24kgf在BE段利用平衡条件式得RB·7500－RC·7350－RD·5000+RH3700-RD·2500=0
解得：RB＝423kgf，依据上法可求得RE＝0.06kgf
RA＝0.17kgf，可见RA·RE都可忽略不计。
在BD段，C点为导轨一连接点，现需知C点所受到的内力，将DC段看成不变形的刚体，则DC段就相当于D截面固定的悬臂梁，即：FB=ΣR=RB+RH-RG－RC=177kgf。

则C点处导轨接导板所需的摩擦力μ为：

式中fs——接合面摩擦系数。
　　当接合面干燥时，fs=0.1～0.16；当接合面沾有油时，fs=0.06～0.1；今取fs=0.1；F′—预紧力，κf—考虑摩擦传力的可靠系数，一般κf=1.1～1.5；现取κf=1.3；rl，r2—分别为各螺栓中心至导轨旋转中心的距离。
　　AB分别为两螺栓中心，取导轨型号T125，则OC=3mm，BC=25mm，AC=125mm，∴rl=130.6mm，r2=45.5mm，将数据代入公式得=409.43kgf，预紧力F′=409.4／0.1=4094kgf，将其与测力矩或定力矩板手的预紧力相比较，当螺栓采用A3，则F′>M16螺栓所能提供的最大预紧力，选用A3材料不可靠；当选用40Cr时，虽然F′<M12螺栓所提供的预紧力，但其值相当接近，由于计算时，未考虑到在轿厢宽度方向的偏载及轿厢本身制造安装上的不均匀等恶劣工况，显然即使用40Cr的材料，选用M12螺栓也是不可靠的，所以，重荷大轿厢电梯除了必须使用重型导轨之外，还需用较好材料制造的螺栓，且其公称直径不得小于12mm。
5 关于安全钳失效检验分析
通常的安全钳检测方法是“一人位于轿顶，一人位于机房，轿内装有额载(瞬时式安全钳)或125％的额定载荷量(渐进式安全钳)，以额定速度下行(瞬时式)或检修速度下行(渐进式)，机房内手动限速器动作，安全钳应被提起并可靠夹住导轨，制停住轿厢”。从该项试验方法得知以下几点：
5.1 限速器的限速轮轮槽与限速绳的摩擦力>安全钳上的弹簧力。
5.2 安全钳拉杆的提拉量足够保证安全钳钳块与导轨间隙为零，即安全钳可靠夹紧导轨。但这种试验方法并不能保证安全钳不发生误动作，所以，在上面的试验结束后，又要检测钳块与导轨的间隙，如果检测结果间隙<2，则判安全钳间隙不合格，需调整放大间隙，当间隙放大后，可能产生安全钳提拉量不够，即钳块在安全钳动作时不能与导轨可靠拉合，即安全钳失效。可前面的安全钳可靠性试验判为合格，在钳块间隙调整后，一般不重复上述试验，于是便可能有通过了检测合格的电梯出现安全钳失效或其他与之相关的故障。例如，某宾馆的电梯，由于安全钳拉杆没有留出足够的提拉量，当安全钳动作时，安全钳拉杆严重弯曲，突出导轨支架之外，勾住感应插板支架，以致当电梯复原时，拉杆被切断，但所幸的是其钳块尚能与导轨接触，且拉杆的抗弯强度低，更为严重的是在这种情况下，拉杆具有足够的抗弯强度，当拉杆受到限制后，致使钳块与导轨没可靠接触，电梯直落底坑；还有在电梯下行时将限速器绳拉断，安全钳失效。
6 结论
　　综上所述，为防止安全钳误动作及发生失效，建议采取以下措施：
6.1 增大安全钳拉杆上的弹簧力或放大安全钳钳块与导轨的间隙时，安全钳可靠性试验必须重作。
6.2 减小安全钳弹簧拉力或减小安全钳钳块与导轨的间隙时，要注意防止安全钳误动作。
6.3 在检测重荷大轿厢电梯时，应注意支架距尽可能小，还应注意螺栓的规格、材料等因素。
参考文献：
[1]《特种设备安全监察条例》中华人民共和国国务院准令第373号2003年
[2]《特种设备质量监督与安全监察规定》国家质量技术监督局令第13号 2000年
[3]电梯及相关标准汇编（第二版）GB10060-1993《电梯安装验收规范》 2006年
[4]《电梯检验规程》国家质量监督检验检疫总局　2002年
[5]北京劳动保护科学技术学会：《电梯维修与操作》
[6]毛怀新：《电梯与自动扶梯技术检验》2000年