电梯安全保护装置
电梯是频繁载人的垂直运输工具，必须有足够的安全性。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。为了确保电梯运行中的安全，在设计时设置了多种机械、电气安全装置：超速保护装置——限速器、安全钳；超越行程的保护装置——强迫减速开关、终端限位开关。终端极限开关分别达到强迫减速、切断方向控制电路、切断动力输出(电源)的三级保护；冲顶(蹲底)保护装置——缓冲器；门安全保护装置——层门门锁与轿门电气联锁及门防夹人的装置；轿厢超载保护装置及各种装置的状态检测保护装置(如限速器断绳开关、钢带断带开关)——确保功能完好下电梯工作以及电气安全保护系统——供电系统保护、电机过载、过流等装置及报警装置等。这些装置共同组成了电梯安全保护系统，以防止任何不安全的情况发生。同时，电梯的维护和使用必须随时注意，随时检查安全保护装置的状态是否正常有效，很多事故就是由于未能发现、检查到电梯状态不良和未能及时维护检修，及不正确使用造成的。所以司机必须了解掌握电梯的工作原理，能及时发现隐患并正确合理地使用电梯。
一、防超越行程的保护
为防止电梯由于控制方面的故障，轿厢超越顶层或底层端站继续运行，必须设置保护装置以防止发生严重的后果和结构损坏。
防止越程的保护装置一般是由设在井道内上下端站附近的强迫换速开关、限位开关和极限开关组成。这些开关或碰轮都安装在固定于导轨的支架上，由安装在轿厢上的打板(撞杆)触动而动作。
图2—88所示是目前广泛使用的电气开关或极限开关的安装示意图。其强迫换速开关、限位开关和极限开关均为电气开关，尤其是限位和极限开关必须符合电气安全触点要求。图2—89所示是使用铁壳刀闸作极限开关的安装示意图，刀闸极限开关安装在机房，刀闸刀片转轴的一端装有棘轮上绕有钢丝绳。钢丝绳的一端通过导轮接到井道顶上、下极限开关碰轮，另一端吊有配重以张紧钢丝绳。当轿厢的打板撞动碰轮时，由钢丝绳传动将刀闸断开。由于刀闸是串在主电路上，所以就将主电路断开了。在轿厢打板与碰轮脱离后，再由人工将刀闸复位。这种极限开关由于传动比较复杂，在大提升高度时钢丝绳不易张紧而易误动作，目前只在一些旧电梯和低层站的货梯中有使用。
图2—88 电气式终端极限开关及其前面另外二个开关
1、6—终端极限开关；2—上限位开关；3—上强迫减速开关；4—下强迫减速开关；
5—下限位开关；7—导轨；8—井道顶部；9—井道底部
图2—89 防越程保护开关的设置
1—导轮；2—钢丝绳；3—终端极限开关；4—张紧配重；5—导轨；6—轿厢；7—极限开关上碰轮；8—上限位开关；9—上强迫减速开关；10—上开关打板；11—下开关打板；12—下强迫减速开关；13—下限位开关；14—极限开关下碰轮
强迫换速开关是防止越程的第一道关，一般设在端站正常换速开关之后。当开关撞动时，轿厢立即强制转为低速运行。在速度比较高的电梯中，可设几个强迫换速开关，分别用于短行程和长行程的强迫换速。
限位开关是防越程的第二道关，当轿厢在端站没有停层而触动限位开关时，立即切断方向控制电路使电梯停止运行。但此时仅仅是防止向危险方向运行，电梯仍能向安全方向运行。
极限开关是防越程的第三道保护。当限位开关动作后电梯仍不能停止运行，则触动极限开关切断电路，使驱动主机迅速停止运转。对交流调压调速电梯和变频调速电梯极限开关动作后，应能使驱动主机迅速停止运转，对单速或双速电梯应切断主电路或主接触器线圈电路，极限开关动作应能防止电梯在两个方向的运行，而且不经过称职的人员调整，电梯不能自动恢复运行。
极限开关安装的位置应尽量接近端站，但必须确保与限位开关不联动，而且必须在对重(或轿厢)接触缓冲之前动作，并在缓冲器被压缩期间保持极限开关的保护作用。
限位开关和极限开关必须符合电气安全触点要求，不能使用普通的行程开关和磁开关、干簧管开关等传感装置。
防越程保护开关都是由安装在轿厢上的打板(撞杆)触动的，打板必须保证有足够的长度，在轿厢整个越程的范围内都能压住开关，而且开关的控制电路要保证开关被压住(断开)时，电路始终不能接通。
防越程保护装置只能防止在运行中控制故障造成的越程，若是由于曳引绳打滑制动器失效或制动力不足造成轿厢越程，上述保护装置是无能为力的。
二、限速器和安全钳
正常运行的轿厢，一般发生坠落事故的可能性极少，但也不能完全排除这种可能性。一般常见的有以下几种可能的原因：
1．曳引钢丝绳因各种原因全部折断；
2．蜗轮蜗杆的轮齿、轴、键、销折断；
3．曳引摩擦绳槽严重磨损，造成当量摩擦系数急剧下降，而平衡失调，轿厢又超载，则钢丝绳和曳引轮打滑；
4．轿厢超载严重，平衡失调，制动器失灵；
5．因某些特殊原因，例如平衡对重偏轻、轿厢自重偏轻，造成钢丝绳对曳引轮压力严重减少，致使轿厢侧或对重侧平衡失调，使钢丝绳在曳引轮上打滑。
只要发生以上五种原因之一种，就可能发生轿厢(或对重)急速坠落的严重事故。
因此按照国家有关规定，无论是乘客电梯、载货电梯、医用电梯等，都应装置限速器和安全钳系统。
在电梯的安全保护系统中，提供的综合的安全保障是限速器、安全钳和缓冲器。当电梯在运行中无论何种原因使轿厢发生超速、甚至坠落的危险状况而所有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(轿厢在运行途中起作用)和缓冲器的作用使轿厢停住而不致使乘客和设备受到伤害。所以限速器和安全钳是防止电梯超速和失控的保护装置。
限速器是速度反应和操作安全钳的装置。当轿厢运行速度达到限定值时(一般为额定速度的115％以上)，能发出电信号并产生机械动作，以引起安全钳工作的安全装置。所以限速器在电梯超速并在超速达到临界值时起检测及操纵作用。
安全钳是由于限速器的作用而引起动作，迫使轿厢或对重装置制停在导轨上，同时切断电梯和动力电源的安全装置。安全钳则是在限速操纵下强制使轿厢停住的执行机构。
限速器通常安装在电梯机房或隔音层的地面，它的平面位置一般在轿厢的左后角或右前角处，如图2—90所示。限速器绳的张紧轮安装在井道底坑。限速器绳绕经限速器轮和张紧轮形成一全封闭的环路，其两端通过绳头连接架安装在轿厢架上操纵安全钳的杠杆系统。张紧轮的重量使限速器绳保持张紧，并在限速器轮槽和限速器绳之间形成摩擦力。轿厢上、下运行同步地带动限速器绳运动从而带动限速器轮转动。如图2—91所示。
图2—90 限速器与轿厢的相对位置平面图
1—轿厢；2—轿厢导轨；3—限速器；4—对重；5—对重导轨；6—井道围壁
图2—91 限速器装置的传动系统
1—限速器；2—张紧轮；3—重砣；4—固定螺钉；5—连接轿厢架
根据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由限速器来操纵，禁止使用由电气、液压或气压装置来操作安全钳。当电梯底坑的下方有人通行或能进入的过道或空间时，则对重也应设有限速器安全钳装置。
安全钳装置的构成及其运动分析：
安全钳装置装设在轿厢架或对重架上，它由两部分组成；
(1)操纵机构：它是一组连杆系统，限速器通过此连杆系统操纵安全钳起作用。如图2—92中的6，图2—93中的6。
(2)制停机构：也叫做安全钳(嘴)，作用是使轿厢或对重制停，夹持在导轨上。如图2—92中的1，图2—93中的5。
图2—92 限速器与安全钳联动原理示意图
1—安全钳；2—轿厢；3—眼速器绳；4—张紧轮；5—限速器；6—连杆系统
图2—93 限速器与安全钳联动原理立面示意图
1—限速器；2—限速器绳；3—张紧轮；4—限速器断绳开关；5—安全钳；6—连杆系统；7—安全钳动作开关；8—眼速器绳头
安全钳需要有两组，对应地安装在与两根导轨接触的轿厢外两侧下方处。常见的是把安全钳安装在轿厢架下梁的上面。
如图2—92和图2—93所示，限速绳两端的绳头与安全钳杠杆的驱动连杆相连接。电梯正常运行时，轿厢运动通过驱动连杆带动限速器绳和限速器运动，此时，安全钳处于非动作状态，其制停元件与导轨之间保持一定的间隙。当轿厢超速达到限定值时，限速器动作使夹绳夹住限速器绳，于是随着轿厢继续向下运动，限速器绳提起驱动连杆促使连杆系统6联动，两侧的提升拉杆被同时提起。带动安全钳制动楔块1与导轨接触，两安全钳同时夹紧在导轨上，使轿厢制停。安全钳动作时，限速器的安全开关或安全钳提拉杆操纵的安全开关，都会断开控制电路，迫使制动器失电制动。
只有当所有安全开关复位，轿厢向上提起时，才能释放安全钳。安全钳不恢复到正常状态，电梯不能重新使用。
1．限速器
限速器按动作原理可分为摆锤式和离心式两种，离心式限速器较为常用。如图2—94所示为上摆锤式限速器。轿厢在运行时，通过限速器绳头拉动限速器绳，使限速器绳轮和连在一起的凸轮和控制轮(棘轮)同步转动。摆锤由调节弹簧拉住，锤轮压在凸轮上，凸轮转动使摆锤上下摆动。转动速度大，摆锤的摆动幅度也大。当轿厢运行超速时，由于摆锤摆动幅度加大，触动超速开关，切断电梯安全电路，使电梯停止运行。若电梯在向下运行，超速开关动作后没有停止而继续超速运动，则当速度超过额定速度115％以后，因摆锤摆动幅度的进一步加大，棘爪卡入制动轮中，使制动轮和连在一起的限速器绳轮停止转动，由限速器绳头和联动机构将安全钳拉动，轿厢制停。摆锤式限速器一般用于速度较低的电梯。
图2—94 上摆锤凸轮棘爪式跟速器
1—调节弹簧；2—制动轮；3—凸轮；4—超速开关；5—摆杆；6—棘爪
如图2—95所示是离心式带夹绳钳的限速器。当轿厢运行时限速器绳带动限速器绳轮旋转，通过拉簧13使同轴的离心甩块旋转并向外甩开。当电梯超速时甩块首先将开关打板2打动，使电气触点断开，切断安全电路。在下行时若电梯还在继续超速，由于甩块的进一步甩开将夹绳打板10打动，使正常时被夹绳打板卡住的夹绳钳块掉下卡住限速器绳。卡绳的力量可由弹簧4进行调节。
图2—95 甩块式弹性夹持式限速器
1—开关打板碰铁；2—开关打板；3—夹绳打板碰铁；4—夹绳钳弹簧；5—离心重块弹簧；6—限速器绳轮；7—离心重块；8—电开关触头；9—电开关；10—夹绳打板；11—夹绳钳；12—轮轴；13—拉簧；14—限速器绳
如图2—96所示是一种离心式有压绳装置的限速器。在超速时，首先由甩块上的一个螺栓打动安全开关。当继续超速时，甩块进一步甩开触动棘爪卡在制动轮上，制动轮拉动触杆通过压杆将压块压在限速器绳轮的钢丝绳上。使绳轮和限速器绳被刹住。压块的压紧力由弹簧5调定。
图2—96 压绳限速器
1—电气开关；2—甩块；3—触杆；4—绳轮；5—弹簧；6—压杆；7—压块：8—制动轮；9—底板
限速器的动作速度应不小于115％的额定速度，但应小于下列值：
(1)配合楔块式瞬时式安全钳的为0．8m／s；
(2)配合不可脱落滚柱式瞬时式安全钳的为1．0m／s；
(3)配合额定速度小于或等于1m／s的渐进式安全钳的为1．5m／s；
(4)配合速度大于1m／s的渐进式安全钳的为1．25υ+ 
(υ为电梯额定速度)。
对于载重量大，额定速度低的电梯，应专门设计限速器，并用接近下限的动作速度，若对重也设安全钳，则对重限速器的动作速度应大于轿厢限速器的动作速度，但不得超过10％。
限速器绳应选柔性良好的钢丝绳，其绳径不小于6mm，安全系数不小于8。限速器绳由安装于底坑的张紧装置予以张紧，张紧装置的重量应使正常运行时钢丝绳在限速器绳轮的槽内不打滑，且悬挂的限速器绳不摆动。张紧装置应有上下活动的导向装置。限速器绳轮和张紧轮的节圆直径应不小于所用限速器绳直径的30倍。为了防止限速器绳断裂或过度松驰而使张紧装置丧失作用，在张紧装置上应有电气安全触点，当发生上述情况时能切断安全电路使电梯停止运行。
限速器动作时，限速器对限速器绳的最大制动力应不小于300N，同时不小于安全钳动作所需提拉力的两倍。若达不到这个要求，很可能发生限速器动作时限速器绳在限速器绳轮上打滑提不动安全钳，而轿厢继续超速向下运动。为了提高制动力，没有夹绳、压绳装置的限速器绳轮应采用V型绳槽，绳槽应硬化处理。
限速器必须有非自动复位的电气安全装置，在轿厢上行或下行达到动作速度以前莴时动作，使电梯主机停止运转。过去曾用过没有电气安全开关的摆锤式和离心压杆限速器现都应停止使用。
限速器上调节甩块或摆锤动作幅度(也是限速器动作速度)的弹簧，在调整后必须有防止螺帽松动的措施，并予以铅封，压绳机构、电气触点触动机构等调整后，也要有防止松动的措施和明显的封记。
限速器上的铭牌应标明使用的工作速度和整定的动作速度，最好还应标明限速器绳的最大张力。
2．安全钳装置
安全钳装置包括安全钳本体、安全钳提拉联动机构和电气安全触点，如图2—97所示。
图2—97 安全钳结构及安装位置
1—安全钳楔块；2—安全钳座；3—轿厢架；4—防晃架；5—垂直拉杆；6—压簧；7—防跳器；8—绳头；9—限速器绳；10—主动杠杆；11—安全钳急停开关；12—压簧；13—正反扣螺母；14—横拉杆；15—从动杠杆；16—转轴；17—导轨
安全钳及其操纵机构一般均安装在轿厢架3上。安全钳座2装设在轿厢架下梁内，楔块1在安全钳动作时夹紧导轨使轿厢制停。轿厢架上梁的两侧各装有一根转轴16，操纵机构的一组杠杆均固定在这两根轴上。主动杠杆10的端部通过绳头8与限速器绳9连接。4个从动杠杆15分别安装在两侧的转轴16上。横拉杆14连接两侧的转轴以保证两侧的从动杠杆同步摆动，横拉杆14上的正反扣螺母13可调节从动杠杆的位置。从动杠杆的端部各连接一条垂直拉杆5，通过它带动安全钳的楔块1。垂直拉杆上防幌架4起定位导引作用，并防止垂直拉杆晃动。横拉杆的压簧12使拉杆不能自动复位，只有在松开安全钳并排除故障之后，靠手动才能使其复位。
电气安全开关应符合安全触点的要求，规定要求安全钳释放后需经称职人员调整后电梯方能恢复使用，所以电气安全开关一般应是非自动复位的，安全开关应在安全钳动作以前莴时动作，所以必须认真调整主动杠杆上的打板与开关的距离和相对位置，以保证安全开关准确动作。
提拉联动机构一般都安装在轿顶，也有电梯安装在轿底的。此时应将电气安全开关设在从轿顶可以恢复的位置。
安全钳按结构和工作原理可分为瞬时式安全钳和渐进式安全钳。
(1)瞬时式安全钳
该安全钳的动作元件有楔块、滚柱，其工作特点是：制停距离短，基本是瞬时制停，动作时轿厢承受很大冲击，导轨表面也会受到损伤。滚柱型的瞬时安全钳有制停时间约0．1秒左右，而双楔块瞬时安全钳的制停时间最少只有0．01秒左右，整个制停距离只有几毫米至几十毫米。轿厢的最大制停减速度约在5～10g左右。所以标准规定瞬时式安全钳只能用于额定速度不大于0．63m／s的电梯。
如图2—98所示，是使用最广泛的楔块瞬时式安全钳，钳体一般由铸钢制成，安装在轿厢的下梁上。每根导轨由两个楔型钳块(动作元件)夹持，也有只用一个楔块单边动作的。安全钳的楔块一旦被拉起与导轨接触楔块自锁，安全钳的动作就与限速器无关，并在轿厢继续下行时，楔块将越来越紧。
图2—98 楔块瞬时式安全钳
1—拉杆；2—安全钳座；3—轿厢下梁；4—楔(钳)块；5—导轨；6—盖板
(2)渐进式安全钳
渐进式安全钳与瞬时式安全钳在结构上的主要区别在于动作元件是弹性夹持的，在动作时动作元件靠弹性夹持力夹紧在导轨上滑动，靠与导轨的摩擦消耗轿厢的动能和势能。标准要求轿厢制停的平均减速度在0．2～1．0g(g：重力加速度)之间，所以安全钳动作时，轿厢必须有一定的制停距离。
额定速度大于0．63m／s或轿厢装设数套安全钳装置，都应采用渐进式安全钳。对重安全钳若速度大于1．0m／s，也应用渐进式安全钳。
如图2—99所示，是夹钳式渐进安全钳结构。动作元件为两个楔块，但其与导轨接触的表面没有加工成花纹而是开了一些槽，背面有滚轮组以减少楔块与钳座的摩擦。
图2—99 弹性导向夹钳式安全钳
1—滚柱组；2—楔块；3—蝶形弹簧组；4—钳座；5—导轨
当限速器动作楔块被拉起夹在导轨上，由于轿厢仍在下行楔块就继续在钳座的斜槽内上滑，同时将钳座向两边挤开。当上滑到限位停止时，楔块的夹紧力达到预定的最大值，形成一个不变的制动力，使轿厢的动能与势能消耗在楔块与导轨的摩擦上，轿厢以较低的减速度平滑制动。最大的夹持力由钳尾部的弹簧调定。如图2—100所示，是其结构示意图。
图2—100 楔块渐进式安全钳结构原理
1—导轨；2—拉杆；3—楔块；4—钳座；5—滚珠；6—弹簧
如图2—101所示，是一种比较轻巧的单面动作渐进式安全钳。限速器动作时通过提拉联动机构将活动钳块6上提，与导轨接触并沿斜面滑槽7上滑。导轨被夹在活动钳块与静钳块之间，其最大的夹紧力由蝶形弹簧3决定。弹簧5用于安全钳释放时钳块复位。
图2—101 单面动作渐进式安全钳
1—导轨；2—钳座；3—蝶形弹簧；4—静钳块；5—弹簧；6—活动钳块；7—滑槽；8—导轨
当电梯曳引钢丝绳为两根时，应设保护装置，当有一根断裂或过度松驰时，安全触点动作使电梯停止运行。这也是防止发生断绳轿厢坠落的保护装置。
三、防人员剪切和坠落的保护和要求
在电梯事故中人员被运动的轿厢剪切或坠入井道的事故占的比例较大，而且这些事故后果都十分严重，所以防止人员剪切和坠落的保护十分重要。
防人员坠落和剪切的保护主要由门、门锁和门的电气安全触点联合承担，标准要求：
1．当轿门和层门中任一门扇未关好和门锁啮合7mm以上时，电梯不能启动。
2．当电梯运行时轿门和层门中任一门扇被打开，电梯应立即停止运行。
3．当轿厢不在层站时，在站层门外不能将层门打开。
4．紧急开锁的钥匙只能交给一个负责人员，有紧急情况才能由称职人员使用。
轿门、层门必须按规定装设验证门紧闭状态的电气安全触点并保持有效。门关闭后门扇之间、门与周边结构之间的缝隙不得大于规定值。尤其层门滑轮下的挡轮要经常调整，以防中分门下部的缝隙过大。
门锁必须符合安全规范要求，并经型式试验合格，锁紧元件的强度和啮合深度必须保证。
电气安全触点必须符合安全规范要求，绝不能使用普通电气开关。接线和安装必须可靠，而且要防止由于电气干扰而误动作。
在电梯操作中严禁开门“应急”运行。在一些电梯中为了方便检修常设有开门运行的“应急”运行功能，有的是设专门的应紧运行开关，有的是用检修状态下按着开门按钮来实现开门运行。GB7588规定只有在进行平层和再平层及采取特殊措施的货梯在进行对接操作时，轿厢可在不关门的情况下短距离移动，其它情况，包括检修运行均不能开门运行。
装有停电应急装置和故障应急装置的电梯，在轿厢层门未关好或被开启的情况下，应不能自动投入应急运行移动轿厢。
四、缓冲装置
电梯由于控制失灵、曳引力不足或制动失灵等发生轿厢或对重蹲底时，缓冲器将吸收轿厢或对重的动能，提供最后的保护，以保证人员和电梯结构的安全。
缓冲器分蓄能型缓冲器和耗能型缓冲器。前者主要以弹簧和聚氨酯材料等为缓冲元件，后者主要是油压缓冲器。
当电梯额定速度很低时(如小于0．4m／s)，轿厢和对重底下的缓冲器也可以使用实体式缓冲块来代替，其材料可用橡胶、木材或其它具有适当弹性的材料制成。但使用实体式缓冲器也应有足够的强度，能承受具有额定载荷的轿厢(或对重)，并以限速器动作时的规定下降速度冲击而无损坏。
1．弹簧缓冲器
弹簧缓冲器的结构及其型式：