引言
对电梯而言，其安全师表是所有性能指标当中最重要的指标。然而，很多电梯本身都存在诸多安全隐患，导致各类安全事故不断发生。由此可见，在电梯的设计过程中，必须重视各类安全装置的结构设计，确保其能够及时、有效的制停电梯，从而确保用户的人身安全。因此，研究分析电梯安全钳结构设计具有重要的现实意义。
1安全钳结构设计及计算
1.1电梯参数的选择
早在2015年底我国电梯保有量便已经到达426万台，这一世界第一的电梯数量也使得种类繁多、规格复杂已经成为了我国电梯行业的特点，而之所以选择设计额定速度2．5m/s、自重1600kg、额定载荷1250kg电梯的安全钳，主要是由于这一电梯参数在我国当下具备着最广泛的适用性所致。
1.2安全钳的选择
我国当下的安全钳分为瞬时式和渐进式两类， 而考虑到本文选择的电梯参数，笔者最终选择了双楔块渐进式安全钳作为研究对象，而在这一双楔块渐进式安全钳结构设计中，该设计主要由钳架、型簧、固定楔块、导板、制动块、滚针排、动滑块等7部分组成。
1.3安全钳楔块的设计
结合安全钳设计计算求出的各类数值，我们就可以开展安全钳楔块的设计，这一设计需要确定楔块角度、楔块高度，其中楔块角度的确定通过公式得出了12°楔块角度计算的结果，而考虑到安全性与舒适度，笔者最终确定了7°作为安全钳楔块角度;而在楔块角度的确定中，考虑到楔块角度为7°、提拉楔块的一侧与导轨的侧工作面之间为3mm、楔块材料为45钢，笔者最终确定了80mm的安全钳楔块高度。
2下行超速保护装置
安全钳系统作为下行超速保护装置当中的主要部件，在电梯下行过程中，如果检测到电梯的实际运行速度超过设计额定速度15%以上，限速器将对安全钳进行拉杆动作，使得钳动滑块向上运动，并在楔块的作用下，缩短与导轨之间的距离，最终利用两者之间的摩擦力实现电梯桥厢的减速，直至其悬停在导轨之上。常见的下行安全钳可以分为瞬时式和渐进式两种结构，前者一般应用于额定速度较低，且电梯整体提升高度较低的电梯当中，基本上电梯的额定速度均不高于每秒0.63m/s；后者本身具有弹性元件，减速过程中电梯运行平稳，产生了冲击力较小，应用范围较为广泛。
3上行超速保护装置
组成上行超速保护装置的设备主要包括双向安全钳、对重安全钳、制动系统、曳引轮夹轮等。（1）双向安全钳：基于单向安全钳的基础上设计而来，将两队楔块安装在同一副钳架当中，可以同时达到上下行制停的效果。其缺点是本身的通用性较差，无法得到大规模的普及。同时双向安全钳在触发过程中，需要对触发的方向进行判断，不利于后期的复位。（2）对重安全钳：该类安全钳一般设置在对重上，其主要目的在于避免对重坠落，对进入到对重之下空间内的人员产生安全威胁。如果电梯的对重下为实心桩墩，且没有人通过，可以通过安装对重缓冲器来避免对重坠落；如果人可以行走到对重正下方空间，此刻就需要安装对重安全钳。
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4安全钳的运动学仿真分析
根据所确定的电梯安全钳的三维模型，进行电梯安全钳的运动学分析。分析的目的为查看在电梯安全钳额定动作速度2.5m/s的条件下，电梯安全钳的实际制停距离及制停加速度是否与设计阶段通过计算所确定的制停距离及制停加速度两项参数有较大差异。如果差异较小，则设计结果可行，可以进行产品试制及试验。否则，需重新调整设计参数再次进行仿真。电梯安全钳运动仿真准备阶段，需进行参数设置。（1）打开模型，新建名为“安全钳运动学仿真”算例（2）对整个安全钳及额定模拟轿厢施加引力，引力总和为轿厢自重和额定载荷之和2850kg在重力加速度为9.81m/s2下的重力。（3）对安全钳内部各部件施加实体接触，并根据设计阶段所确定的摩擦系数作为具体参数施加。（4）采用线性弹簧代替U型簧作为弹性元件，施加在支撑板与楔块之间。（5）在开始阶段，通过自由落体运动使安全钳和模拟轿厢加速至额定速度。参数设置完成后，进行安全钳运动学仿真分析。
5安全钳楔块的制造工艺分析
具体而言机械加工工艺规程主要有以下三个作用：（1）在准备阶段，作为生产准备工作的依据；（2）在生产阶段，作为生产计划、调度，质量检查和工人操作的依据；（3）作为新厂建设或车间扩建的依据。机械加工工艺规程遵循的设计原则：（1）保证零件设计图纸的各种技术要求；（2）保证满足生产纲要的要求；（3）在保证（1）、（2）的前提下，尽量降低工艺成本；（4）保障安全生产，降低人力输出。机械加工工艺规程的设计步骤已经成型，其核心是拟定机械加工工艺路线。其主要内容有：选择定位基准、确定加工方法、安排加工顺序以及安排热处理、检验和其他工序等。
5.1楔块毛坯的确定及工艺路线的制订
电梯安全钳楔块是安全钳制动的关键零件之一，其性能直接影响安全钳制动效果。（1）零件尺寸标注严格按照国家规定标注，这样对编制加工工艺有利。根据该零件的结构分析，发现该零件适合在普通铣床及数控加工中心上加工。电梯安全钳楔块的材料为普通碳钢，具有良好的切削性能，可以满足加工要求。（2）零件的主要技术指标指零件的尺寸精度、位置精度、形状精度、表面粗糙度和热处理等。要求在满足使用要求的基础上尽量考虑经济合理性。任何一方面要求过高都会使加工成本偏高。电梯安全钳楔块主要作用是在限速器动作后提拉动滑块时，将动滑块受力传递到U型簧，从而产生夹紧力。设置该零件的尺寸精度最大等级为IT6级，表面粗糙度最大为Ra1.6。使用数控加工中心铣削粗、精加工时的精度可达IT9~IT7级，表面粗糙度的范围为Ra3.2~Ra1.6，加工起来比较容易，但是加工时裝夹不易，容易引起精度改变，加工精度难以保证。（3）电梯安全钳楔块结构较为简单，主要加工面有楔块与钳体上板接触面、楔块与钳体中板接触面、楔块与动滑块接触面、楔块与U型簧接触面、两个螺栓孔、两个螺纹孔等，使用的材料Q235普通碳钢。这种碳钢屈服强度受薄厚程度影响，含碳量中等，因此具有中高等强度、中等韧性和塑性，综合性能较高。另外耐磨性和减振性良好，铸造工艺性能良好。
5.2确定毛坯
在制定工艺规程的最初阶段，最重要的阶段之一就是选择毛坯和拟定毛坯图。毛坯的选择直接影响加工的难易程度、制造质量、使用性能和加工成本。选择毛坯考虑的因素主要有：零件性能、材料、零件形状、生产性质等。毛坯的制造方法主要有：锻造、铸造、焊接、型材、冲压件、粉末冶金件等。电梯安全钳楔块的材料为Q235,其在运行时主要受压力及冲击载荷，结构清晰，故采用锻造方法获得毛坯。根据《机械加工工艺手册》，选用的尺寸公差等级为IT14。
结语
综上所述，对于电梯而言，安全钳作为重要的安全装置，是提高电梯安全稳定运行的重要保障。因此，相关工作者在进行安全钳结构设计过程中，必须严格按照国家有关规定要求，对安全钳的各个零部件进行合理的设计计算，并对其进行受力仿真分析，不断优化各零部件性能，提高电梯的整体安全性，推动我国电梯行业的可持续发展。
参考文献
[1]石朋龙.高速电梯安全钳结构设计与运动学特性分析[D].
[2]杨围围.电梯安全钳机构的运动分析及优化设计[D].山东建筑大学，2015.
论文作者:肖跃生
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/28
标签：电梯论文; 毛坯论文; 零件论文; 运动学论文; 结构设计论文; 加工论文; 精度论文; 《中国西部科技》2019年第24期论文;