电梯安全钳的原理及作用

安全钳是轿厢超速时制停轿厢的执行机构。轿厢的速度由限速器实时监测，一旦轿厢失控超速，限速器动作并触发安全钳，由安全钳将轿厢制停在导轨上。它对电梯的安全运行提供有效的保护作用，一般将其安装在轿厢架或对重架上。随着轿厢上行超速保护要求的提出，现在双向安全钳也有较多使用。

1.安全钳装置的结构组成

安全钳装置的整体结构由安全钳操纵机构和安全钳体两部分组成。安全钳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。安全钳是一种使轿厢（或对重）停止运动的机械装置。凡是由钢丝绳或链条悬挂的载人轿厢均要设安全钳。当底坑下有过人的通道或空间时，对重也需设安全钳，如图4-4所示。

安全钳及其操纵机构一般安装在轿厢架（4）上，安全钳体（3）装设在轿厢架下梁内，楔块（2）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（2）。横拉杆上的复位弹簧（12）使拉杆系统复位，垂直拉杆上的复位弹簧（6）促使安全钳楔块（2）在正常情况下处于松开状态。

当电梯超速达到限速器设定值时，限速器绳（9）被夹住不动，随着轿厢继续向下运动，主动杠杆（10）被限速器绳带动向上摆动，通过转轴（16）使4个从动杠杆（15）同时向上摆动，带动4根垂直拉杆（5）提起安全钳楔块（2），使楔块（2）与电梯导轨（17）发生接触，接着依靠自锁楔紧作用使楔块夹紧在导轨上，轿厢被制停。这里要注意操纵机构拉杆的作用只是移动一定距离，使安全钳楔块与导轨接触，一旦接触之后，将靠楔块的楔紧作用而产生制动力，不再依赖操纵机构。楔块在自锁楔紧过程中，将继续抬起垂直拉杆（5），压缩复位弹簧（6），此时从动杠杆（15）将不再起作用。主动杠杆（10）上附有碰铁，当操纵机构带动安全钳动作时，此碰铁使安全钳急停开关（11）被触发，制动器制动，曳引机断电停转。

2.安全钳在轿厢上的安装位置

安全钳是一种使轿厢（或对重）停止运动的机械装置。凡是由钢丝绳或链条悬挂的载人轿厢均要设安全钳。当底坑下有过人的通道或空间时，对重也需设安全钳。安全钳与限速器必须联合动作才能起作用。

安全钳体一般安装在轿厢架的底梁或立柱上，处于上下导靴之间，并保证其安装牢固可靠。垂直拉杆装在轿厢外壁两侧立柱上，两侧垂直拉杆之间采用横拉杆相连接以保证同步动作。一个轿厢设有两组安全钳及与它相配合的垂直拉杆。安全钳的操纵机构装在轿厢架上梁，并通过主动杠杆（10）与限速器钢丝绳（9）相连，如图4-4所示。目前有些厂家将导靴和安全钳制成一个整体，此结构可以减少安装及调整的工作量。

电梯安全保护装置——安全钳

如果轿厢和对重都需装置安全钳，其安全钳的动作应由各自的限速器来控制。

3.安全钳的种类与结构特点

目前电梯用安全钳，按照其制动元件结构形式的不同可分为楔块型、偏心轮型和滚柱型三种；按制停减速度（制停距离）可分为瞬时式和渐进式安全钳。上述安全钳根据电梯额定速度和用途不同来区别选用。

（1）瞬时式安全钳

瞬时式安全钳也叫刚性急停型安全钳，它的承载结构是刚性的，动作时产生很大的制停力，使轿厢立即停止。安全钳从限速器卡住钢丝绳，到提起安全钳拉杆的楔块为止，轿厢走的距离比较短，一般只有几厘米到十几厘米。

瞬时式安全钳的使用特点：制停距离短，轿厢承受冲击严重，在制停过程中楔块或其他形式的卡块将迅速地卡入导轨表面，从而使轿厢瞬间停止。

瞬时式安全钳按照制动元件结构形式可分为楔块型、偏心轮型和滚柱型三种。

如图4-13所示为双楔块型瞬时式安全钳，它安装在轿厢架的下梁。安全钳座一般用铸钢制成整体式结构，楔块用优质耐热钢制造，表面淬火使其有一定的硬度；为加大楔块与导轨工作面间的摩擦力，楔块工作面常制出齿状花纹。电梯正常运行时，楔块与导轨侧面保持2～3 mm的间隙，楔块装于钳座内，并与安全钳拉杆相连，由于拉杆弹簧的张力作用，楔块保持固定位置，与导轨侧工作面的间隙保持不变。当限速器动作时，通过传动装置将拉杆提起，楔块沿钳座斜面上行并与导轨工作面贴合楔紧，随着轿厢的继续下行，由于楔块斜面的作用，导轨会被越夹越紧，最终将轿厢制停。

图4-13　楔块型瞬时式安全钳

1—拉杆；2—安全钳座；3—轿厢下梁；4—楔（钳）块；5—导轨；6—盖板。

为了减小楔块与钳体之间的摩擦，一般可在它们之间设置表面经硬化处理的镀铬滚柱，当安全钳动作时，楔块在滚柱上相对钳体运动。

偏心轮型安全钳由两个硬化钢制成的带有半齿的偏心块组成，如图4-14所示，它有两根联动的偏心块连接轴，轴的两端用键与偏心块相连。当安全钳动作时，两个偏心块连接轴相对转动，并通过连杆使4个偏心块保持同步动作。偏心块的复位由一个弹簧来实现，通常在偏心块上装有一根提拉杆，应用这种类型的安全钳，偏心块卡紧导轨的面积很小，接触面压力极大，动作时往往使齿或导轨表面受到破坏。

滚柱型瞬时式安全钳如图4-15所示，当提拉杆提起时，淬硬的（表面硬度为HRC40～45）滚花钢制滚柱在钳体楔形槽内向上滚动，当滚柱贴上导轨时，钳座就在钳体内做水平移动，这样就消除了另一侧的间隙。为了使两根导轨上的滚柱同时动作，两边的连杆用一根共用轴。滚柱型安全钳常用在低速重载的货梯上。

图4-14　偏心块型瞬时式安全钳

1—偏心轮；2—提拉杆；3—导轨。

图4-15　滚柱型瞬时安全钳

1—连杆；2—支点；3—爪；4—操纵杆；5—提拉杆；
6—导轨；7—钳体；8—滚子。

滚柱型瞬时安全钳的制停时间约为0.1 s，而双楔块瞬时式安全钳的瞬时制停力最高时的区段只有0.01 s左右，整个制停距离也只有几十毫米乃至几个毫米，轿厢最大制停减速度为5～10g甚至更大，而一般人员所能承受的瞬时减速度为2.5g以下。由于上述特点，电梯及轿厢内的乘客或货物会受到非常剧烈的冲击，导致人员或货物伤损，因此瞬时式安全钳只适用于额定速度不超过0.63 m/s的电梯（某些国家规定为0.75 m/s以下）。

（2）渐进式安全钳

渐进式安全钳又被称为滑移动作式安全钳，也叫弹性滑移型安全钳。它能使制动力限制在一定范围内，并使轿厢在制停时有一定的滑移距离，它的制停力是有控制地逐渐增大或保持恒定值，使制停减速度不致很大。

渐进式安全钳与瞬时式安全钳之间的根本区别在于其安全钳制动开始之后，其制动力并非刚性固定，而是增加了弹性元件，致使安全钳制动元件作用在导轨上的压力具有缓冲的余地，在一段较长的距离上制停轿厢，有效地使制动减速度减小，保证人员或货物的安全。渐进式安全钳均使用在额定速度大于0.63 m/s的各类电梯上。

常见的渐进式安全钳有U形板簧渐进式安全钳、蝶形弹簧渐进式安全钳、π形弹簧渐进式安全钳等。

U形板簧渐进式安全钳，也叫楔块型渐进式安全钳。其结构原理如图4-16所示，它与瞬时动作安全钳的根本区别在于钳座是弹性结构（弹簧装置），当楔块（3）被拉杆（2）提起，贴合在导轨上起制动作用，楔块（3）通过导向滚柱（7）将推力传递给导向楔块（4），导向楔块后侧装置有弹性元件（弹簧），使楔块作用在导轨上的压力具有了一定的弹性，产生相对柔和的制停作用。增加导向滚柱（7）可以减少动作时的摩擦力，使安全钳动作后容易复位。

图4-16　楔块型渐进式安全钳（U形板簧）

1—导轨；2—拉杆；3—楔块；4—导向楔块；5—钳座；6—弹性元件；7—导向滚柱。(www.xing528.com)

图4-17是蝶形弹簧渐进式安全钳，弹簧截面是锥形的，制动元件为两个楔块，楔块背面有滚柱排。滚柱可在钳体的钢槽内滚动，当提拉杆提住楔块时，相对于钳体而言，楔块在滚柱的滚动下上行。当楔块与导轨面接触后，楔块继续上滑，一直到限位板后停止。此时楔块夹紧力达到预定的最大值，形成一个不变的制动力，使轿厢以较低的减速度平滑制动。最大夹紧力可由钳臂尾部的碟形弹簧预定的行程设定。

图4-17　弹性导向钳式（蝶形弹簧）安全钳

1—导向楔块；2—制动楔块；3—碟簧；4—碟簧张力调整螺母；5—间隙调整螺母；6—钳体；
7—圆柱销；8—安全钳体；9—导向钳；10—导轨。

图4-18是侧支蝶形弹簧渐进式安全钳。当安全钳动作时，制动楔块向右挤压导轨靠到制动体的另一侧，用安全钳与导轨的相对水平移动消除了另一侧的间隙。因此，这种安全钳需要与相应的电梯导向系统配合。

图4-18　弹性导向钳式（侧支蝶形）渐进式安全钳

1—安全钳体；2—导轨；3—提拉楔块盖板；4—提拉楔块；
5—楔块复位弹簧；6—盖板；7—碟簧。

π形弹簧渐进式安全钳的结构如图4-19所示。

图4-19　π形弹簧渐进式安全钳

1—定楔块；2—盖板；3—间隙调整螺母；4—安全钳提拉杆；
5—π形弹性钢板；6—动楔块；7—导轨。

（3）双向安全钳

GB 7588—2003中指出必须对轿厢施行双向限速，双向安全钳与双向限速器相配合，构成了一种可靠的双向限速结构。

双向安全钳是电梯双向超速保护装置，上下行制动装置为一体，但上行制动力和下行制动力可以单独设置调整的安全钳，这种方式是当前电梯较为多用的方案。

双向安全钳系统主要由两部分组成，双向安全钳和安全钳联动提拉机构如图4-20所示。双向安全钳制动功能的实现需要上、下行安全钳制动元件与联动提拉机构协调工作，不论双向安全钳系统实施上行制动还是下行制动，都不会影响非制动方向制动元件的初始平衡位置。双向安全钳装置首先需要双向限速器来操纵。

图4-20　双向安全钳

1—上行安全钳；2—安全钳操作机构；3—楔块连接杆；4—下行安全钳。

小知识：

1.安全钳使用条件

制停减速度指电梯被安全钳制停过程中的平均减速度。过大的制停减速度会造成剧烈的冲击，使人员、货物以及电梯都受到损伤，因此安全钳对电梯制停的减速度必须加以限制。GB 7588—2003中规定，滑移动作安全钳制动时的平均减速度应为0.2～1g（g为重力加速度9.8 m/s2），同时还规定了各种安全钳的使用条件：

（1）电梯额定速度大于0.63 m/s，轿厢应采用渐进式安全钳。若电梯额定速度小于或等于0.63 m/s，轿厢可采用瞬时式安全钳。

（2）若轿厢装有数套安全钳，则它们应全部是渐进式的。

（3）若额定速度大于1 m/s，对重安全钳应是渐进式的，其他情况下，可以是瞬时式的。

（4）轿厢和对重安全钳的动作应由各自的限速器来控制。若额定速度小于或等于1 m/s，对重安全钳可借助悬挂机构的断裂或借助一根安全绳来动作。

（5）不得采用电气-液压或气动操纵的装置来操纵安全钳。

2.安全钳的主要技术参数

（1）瞬时式安全钳

总允许质量（kg）、额定速度（m/s）、限速器最大动作速度（m/s）、导向面宽度（mm）、限速器最大动作速度时的自由降落距离（mm）。

（2）渐进式安全钳

总允许质量（kg）、总允许质量极限值（kg）、额定速度（m/s）、限速器动作速度（m/s）、导轨加工方式、导轨导向面宽度（mm）、导轨表面状况、导轨表面硬度。

【练习与思考】

（1）限速器的功能是什么？常见的有几种结构形式？

（2）安全钳的功能是什么？它如何与限速器配合起来使用？

（3）为什么要装设轿厢上行超速保护装置？

（4）安全钳的种类有几种？各种安全钳的使用速度范围是什么？

（5）简述限速器-安全钳联动工作过程。