崔健坤，林進(jìn)展，羅海軍

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院，廣東 廣州 501655）

1 地震對(duì)電梯對(duì)重的影響

發(fā)生地震時(shí)，高層建筑會(huì)發(fā)生劇烈搖晃，這種搖晃會(huì)導(dǎo)致其中的電梯也發(fā)生搖擺。搖擺最初產(chǎn)生的力量主要集中在對(duì)重導(dǎo)靴和井道導(dǎo)軌的接觸點(diǎn)上。此時(shí)可能出現(xiàn)以下幾種狀況：

（1）如果導(dǎo)軌或?qū)к壷Ъ艿膹?qiáng)度不夠，就會(huì)造成導(dǎo)軌松動(dòng)甚至脫落；

（2）如果導(dǎo)軌和支架的強(qiáng)度足夠，而對(duì)重導(dǎo)靴的強(qiáng)度不夠，就會(huì)造成對(duì)重導(dǎo)靴松動(dòng)或脫落；

（3）如果導(dǎo)軌、導(dǎo)軌架、導(dǎo)靴的強(qiáng)度都?jí)?，則力量會(huì)進(jìn)一步傳遞到對(duì)重上，當(dāng)對(duì)重上的強(qiáng)度不夠或減震性能不好時(shí)，則會(huì)造成對(duì)重的變形或損壞（圖1所示）。

上述幾種方式中無(wú)論哪一種方式，輕則會(huì)加劇對(duì)重的搖擺，使對(duì)重撞擊周圍的固定部件，如對(duì)重撞擊對(duì)重護(hù)欄；重則使對(duì)重由沿導(dǎo)軌的定向運(yùn)動(dòng)變成無(wú)規(guī)則的自由運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而發(fā)生對(duì)重和轎廂相互撞擊，造成更嚴(yán)重的后果。

2 對(duì)重脫軌是造成電梯嚴(yán)重受損的主要因素

圖1 對(duì)重脫軌事故現(xiàn)場(chǎng)

大地震經(jīng)常會(huì)造成很多電梯發(fā)生故障，電梯在地震時(shí)的一些問(wèn)題已經(jīng)暴露了出來(lái)，經(jīng)常發(fā)生以下故障：

（1）井道壁因受地震影響產(chǎn)生不同程度的裂紋；

（2）受脫軌的對(duì)重撞擊造成部分電梯導(dǎo)軌或支架變形、支架松動(dòng)、轎頂護(hù)欄損壞，轎廂嚴(yán)重變形；

（3）對(duì)重框架脫離對(duì)重導(dǎo)軌造成電梯損壞（以下簡(jiǎn)稱對(duì)重脫軌）。

根據(jù)以往相關(guān)資料顯示：1971年的洛杉機(jī)地震，7000臺(tái)損壞電梯就有700臺(tái)電梯的對(duì)重架脫離導(dǎo)軌；1978年日本宮城縣的海上地震，電梯的對(duì)重架脫離導(dǎo)軌的有183例；臺(tái)灣1999年9.21和10.22兩次大地震后電梯對(duì)重架脫離導(dǎo)軌造成損壞占總損壞數(shù)的百分比分別為40.2%和66.3%。

通過(guò)以上統(tǒng)計(jì)，總結(jié)得出：在地震中，對(duì)重框架脫離對(duì)重導(dǎo)軌造成電梯損壞的形式所占的百分比較大，為了減少在今后的地震災(zāi)害中發(fā)生對(duì)重脫軌的危害，本文主要從改進(jìn)機(jī)械方面闡述一些防止對(duì)重脫軌的預(yù)防和保護(hù)措施。

3 對(duì)重脫軌的原因及解決方法

在發(fā)生地震時(shí)，地震能量主要以一個(gè)巨大機(jī)械能量的形式釋放，因而電梯的抗地震能力和電梯機(jī)械強(qiáng)度有關(guān)。同時(shí)，由于地震力是一個(gè)短時(shí)間巨大能量的釋放，單純用提高機(jī)械強(qiáng)度的辦法去抗衡不一定會(huì)有最佳效果，因而在考慮適當(dāng)提高機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，還要考慮增加一些能量緩沖裝置。以下主要從改進(jìn)機(jī)械方向論述如何提高電梯的抗震能力。

3.1 提高對(duì)重導(dǎo)靴的抗震性能

在地震中受損的電梯中，發(fā)現(xiàn)對(duì)重導(dǎo)靴脫軌現(xiàn)象非常普遍，而轎廂導(dǎo)靴卻很少有脫軌現(xiàn)象。實(shí)際上在用的中低速電梯中，通常是在轎廂側(cè)使用彈性滑動(dòng)導(dǎo)靴，在對(duì)重側(cè)使用固定滑動(dòng)導(dǎo)靴。固定滑動(dòng)導(dǎo)靴的靴頭是固定的，由于靴頭固定不能補(bǔ)償軌道的誤差，在安裝時(shí)要與導(dǎo)軌間留一定的活動(dòng)間隙，故在電梯運(yùn)行中，尤其是靴襯磨損較大時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的晃動(dòng)，當(dāng)遇到較強(qiáng)的地震時(shí)容易發(fā)生損壞和脫軌。

對(duì)重是通過(guò)導(dǎo)靴和導(dǎo)軌連接的，導(dǎo)靴的抗震性能不好，會(huì)使這個(gè)連接點(diǎn)首先受到破壞。因此，應(yīng)適當(dāng)增強(qiáng)導(dǎo)靴的剛性強(qiáng)度和對(duì)振動(dòng)的緩沖性能。導(dǎo)靴的緩沖性來(lái)源于導(dǎo)靴前部的彈性裝置，而導(dǎo)靴的剛性強(qiáng)度則取決于支持彈性裝置的后部剛性部分。由于導(dǎo)靴前部的彈性裝置可吸收部分振動(dòng)能量，當(dāng)振動(dòng)通過(guò)導(dǎo)靴的彈性部件傳到導(dǎo)靴的剛性部件上時(shí)，其力量會(huì)得到一定衰減，因而彈性導(dǎo)靴的剛性部件可承受比自己強(qiáng)度更大的力。而剛性導(dǎo)靴則不然，即使剛性導(dǎo)靴的強(qiáng)度很好，一旦所承受的力超過(guò)自己剛性部件所能承受的強(qiáng)度，就會(huì)發(fā)生損壞。因此，為了提高電梯導(dǎo)靴的抗震性能，最好使用彈性導(dǎo)靴。

彈性滑動(dòng)導(dǎo)靴（圖2所示）由靴座、靴頭、靴襯、靴軸、彈性元件和調(diào)節(jié)螺母等組成[1]。與固定滑動(dòng)導(dǎo)靴不同的是，其靴頭和靴襯在靴軸方向有一定的伸縮彈性，在工作時(shí)靴襯由于彈性元件的壓力始終頂在導(dǎo)軌的頂面上，因而可以吸收一定的振動(dòng)。雖然彈性滑動(dòng)導(dǎo)靴有一定的減震效果，導(dǎo)靴和軌道間的間隙也較小，但它對(duì)軌道的夾持力也較低，因?yàn)榘椿瑒?dòng)摩擦阻力的計(jì)算公式F=μN(yùn)(μ為動(dòng)摩擦因數(shù))，導(dǎo)靴對(duì)軌道的夾持力(即正壓力N)越大其運(yùn)動(dòng)阻力越大，而且目前廣泛使用的彈性滑動(dòng)導(dǎo)靴在側(cè)面彈性較差，其夾持力比正面更低。目前電梯使用的導(dǎo)靴中，也采用了很多彈性導(dǎo)靴，但這些彈性導(dǎo)靴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是為了彌補(bǔ)井道和導(dǎo)軌制造和安裝的誤差，提高電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性，而在抗震性能方面考慮得并不是很充分，其抗震性能存在一定缺陷[3]。

在地震發(fā)生時(shí)，轎廂和對(duì)重的擺動(dòng)方向是隨機(jī)的，任何一個(gè)方向的擺動(dòng)都有可能發(fā)生，目前使用的這種導(dǎo)靴，就很有可能因側(cè)面擺動(dòng)太大而使轎廂或?qū)χ孛撾x軌道，造成較大的安全事故。因此，為了使電梯導(dǎo)靴有很好的抗震性能，其三個(gè)工作面都要保證有很好的緩沖性和強(qiáng)度。而彈性滾動(dòng)導(dǎo)靴（圖3所示）則不一樣，彈性滾動(dòng)導(dǎo)靴恰恰要求導(dǎo)靴對(duì)軌道有較好的夾持力，因?yàn)槿绻麏A持力太小，滾輪容易在導(dǎo)軌上打滑，而且彈性滾動(dòng)導(dǎo)靴在軌道的3個(gè)工作面上皆有很好的彈性力和夾持力，既能減震又不易滑落。因此在抗震性能方面，彈性滾動(dòng)導(dǎo)靴要明顯好于另外兩種導(dǎo)靴，剛性滑動(dòng)導(dǎo)靴抗震性能最差。從這三種導(dǎo)靴性能區(qū)別來(lái)看，就是發(fā)生地震時(shí)造成對(duì)重導(dǎo)靴脫軌的原因之一。

圖2 滑動(dòng)導(dǎo)靴

圖3 滾動(dòng)導(dǎo)靴

目前在高速電梯中，彈性滾動(dòng)導(dǎo)靴用得較多，而在中速和中等偏高速的電梯中，彈性滑動(dòng)導(dǎo)靴用得較多。建議今后在中等偏高速的電梯中，也盡量使用彈性滾動(dòng)導(dǎo)靴，因?yàn)檫@些電梯所在的樓層偏高，地震時(shí)建筑物上部的擺動(dòng)可能較大容易產(chǎn)生脫軌故障。在地震中，一般的對(duì)重架脫軌后與轎廂相撞，都是對(duì)重架在井道上部脫軌，然后從上往下撞擊轎廂的轎頂護(hù)欄等部件。因此，樓層越高，越要考慮使用彈性導(dǎo)靴以減少轎廂和對(duì)重在地震時(shí)脫軌的危險(xiǎn)。

3.2 提高對(duì)重導(dǎo)軌的強(qiáng)度

由于目前電梯市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，絕大多數(shù)電梯廠家都會(huì)將產(chǎn)品的對(duì)重側(cè)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)成為空心導(dǎo)（圖4所示）軌，用來(lái)控制成本。而對(duì)重側(cè)的實(shí)心導(dǎo)軌（圖5所示）僅僅用于對(duì)重帶安全鉗的情況下。這種低成本的優(yōu)化配置也是導(dǎo)致對(duì)重在震中損壞或脫軌的一個(gè)主要因素。

圖4 空心導(dǎo)軌

圖5 實(shí)心導(dǎo)軌

對(duì)重架脫軌的故障主要是發(fā)生在空心導(dǎo)軌上?？招膶?dǎo)軌的薄弱環(huán)節(jié)并不在于它是空心的，因?yàn)閺牟牧狭W(xué)上講，越接近中間的材料，其對(duì)抗彎強(qiáng)度的影響越小?？招膶?dǎo)軌的真正薄弱環(huán)節(jié)，是在它的材料和制作方法上。空心導(dǎo)軌一般是由板材經(jīng)冷態(tài)折彎而成，而要使板材在冷態(tài)下能被折彎，板材必須具有很好的塑性，同時(shí)，板材還不能太厚，否則在彎折時(shí)有可能產(chǎn)生裂紋[2]。正是這兩個(gè)原因，使得空心導(dǎo)軌的抗彎能力不可能很好。因而一旦發(fā)生較大強(qiáng)度的地震，空心導(dǎo)軌可能無(wú)法抗衡因?qū)χ丶軇×覕[動(dòng)產(chǎn)生的較大作用力，最終導(dǎo)致了對(duì)重架脫軌。空心導(dǎo)軌的另一個(gè)問(wèn)題是其接頭部分的銜接不好。由于空心導(dǎo)軌是冷壓成型的，其工作面未經(jīng)精加工，形狀誤差較大，同時(shí)，又由于空心導(dǎo)軌是板材壓制的，不能對(duì)接頭部分作太多的磨削加工來(lái)進(jìn)行整形，否則會(huì)影響板材的強(qiáng)度。這就必然導(dǎo)致空心導(dǎo)軌接頭部分誤差相對(duì)較大，而這種誤差只能靠導(dǎo)靴的間隙來(lái)彌補(bǔ)，這就進(jìn)一步加重了對(duì)重導(dǎo)靴脫軌的可能性。

電梯軌道是固定在支架上的，如果支架的強(qiáng)度不夠，就可能造成支架不穩(wěn)，進(jìn)而會(huì)影響導(dǎo)軌的穩(wěn)定性。要提高支架的強(qiáng)度，除了使用強(qiáng)度較好的支架結(jié)構(gòu)外，還不能在支架的導(dǎo)軌連接板上開條形調(diào)節(jié)孔。這種條形調(diào)節(jié)孔雖然能方便地調(diào)整井道軌道的安裝偏差，但遇到地震等較強(qiáng)沖擊力時(shí)容易發(fā)生移位。軌道安裝偏差的調(diào)整最好用墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，在其他情況相同的情況下，支架間距越小，導(dǎo)軌產(chǎn)生的變形越小，發(fā)生脫軌的可能性也越小。

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)重導(dǎo)軌支架的間距一般不大于2.5 m，如果間距大于2.5 m應(yīng)當(dāng)有計(jì)算依據(jù)的規(guī)定，以及沒有安全鉗的對(duì)重導(dǎo)軌可使用成型金屬板材的規(guī)定，在地震時(shí)能否保證對(duì)重導(dǎo)軌系統(tǒng)的抗震要求，建議進(jìn)行安全論證。與此同時(shí)，對(duì)于地震多發(fā)地區(qū)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)局可以規(guī)定導(dǎo)軌支架安裝距離適度減小，用以增強(qiáng)導(dǎo)軌整體強(qiáng)度。

3.3 增加對(duì)重導(dǎo)靴嚙合深度或?qū)χ胤烂撥壯b置

提高地震中對(duì)重的防脫軌能力，還可以考慮增加滑動(dòng)導(dǎo)靴的嚙合深度和增設(shè)防脫軌裝置。

滑動(dòng)導(dǎo)靴嚙合深度的增加會(huì)增加滑動(dòng)摩擦的阻力，導(dǎo)致能耗增加，而且導(dǎo)軌側(cè)工作面長(zhǎng)度有限，嚙合深度的增加產(chǎn)生的效果也有限[2]。另一種更好的改進(jìn)方法是在轎廂和對(duì)重上增設(shè)防脫軌裝置。防脫軌裝置的結(jié)構(gòu)類似于導(dǎo)靴，但它在平常運(yùn)行時(shí)并不與導(dǎo)軌接觸，兩者之間留有一定間隙，而一旦轎廂或?qū)χ厥艿捷^大沖擊力產(chǎn)生一定變形或位移時(shí)，防脫軌裝置就會(huì)和導(dǎo)軌接觸，起到穩(wěn)定對(duì)重，防止脫軌的作用。使用防脫軌裝置可以在不改變?cè)须娞莺蛯?dǎo)軌結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加電梯的抗震性能，同時(shí)，防脫軌裝置由于平時(shí)不和導(dǎo)軌接觸，因而除可以在深度方向增加一定尺寸，還可以在高度上增加足夠的尺寸，這樣不僅可以增強(qiáng)防脫軌裝置的強(qiáng)度，而且可以使受力接觸面積增大、減小導(dǎo)軌的變形，因而對(duì)于防脫軌的效果好。

3.4 提高對(duì)重的柔性連接

彈性導(dǎo)靴通過(guò)其彈性部件吸收部分振動(dòng)能量，剩下的振動(dòng)能量通過(guò)其剛性部件傳給對(duì)重架。此時(shí)對(duì)重架和對(duì)重如果是剛性連接，則能量不會(huì)再衰減，而是全部由對(duì)重和對(duì)重架吸收，如此能量仍很大，則會(huì)對(duì)對(duì)重和對(duì)重架造成破壞。對(duì)重架和對(duì)重如果是柔性連接，則能量在對(duì)重架到對(duì)重的傳遞過(guò)程中會(huì)進(jìn)一步衰減，最終傳到對(duì)重的振動(dòng)能量要小得多，造成的破壞性也小得多。在目前的電梯設(shè)計(jì)中，只有一部分電梯的對(duì)重架和對(duì)重的連接是柔性連接，而且同導(dǎo)靴一樣，這些設(shè)計(jì)的初衷并不是為了抗震，因而在抗震方面同樣具有明顯的缺陷。對(duì)重在水平方向的活動(dòng)是受到嚴(yán)格限制的，其柔性也較差，一旦遇到強(qiáng)度足夠大的水平擺動(dòng)力，對(duì)重就有可能在運(yùn)動(dòng)中撞擊固定部件甚至脫軌。因此，在以后電梯的抗震設(shè)計(jì)方面，除應(yīng)考慮適當(dāng)增強(qiáng)對(duì)重和對(duì)重架強(qiáng)度，還要考慮在對(duì)重和對(duì)重架水平方向增加一些柔性連接以作抗震緩沖之用。從抗震的效果上看，對(duì)重和對(duì)重架之間的緩沖比導(dǎo)靴上的緩沖更重要，因?yàn)閷?duì)重和對(duì)重架的重量大，接觸面也大，所消耗的振動(dòng)能量也更大。對(duì)重和對(duì)重架之間的柔性加上導(dǎo)靴的柔性再加上鋼絲繩繩頭的柔性，可使電梯獲得一個(gè)整體柔性，其抗震性能會(huì)比只有局部柔性的電梯好得多。

電梯的柔性連接大致可以通過(guò)3種方式實(shí)現(xiàn)：機(jī)械彈簧裝置、液壓裝置、橡膠墊[3]。這3種方式中，液壓裝置的緩沖效果最好，它不僅具有很好的緩沖作用，而且能通過(guò)能量轉(zhuǎn)換方式將機(jī)械能變成熱能，將振動(dòng)能量消耗掉，具有明顯的衰減振動(dòng)的作用。而彈簧裝置本身不能消耗能量，但它可以儲(chǔ)存能量，因而可以緩解振動(dòng)時(shí)的波峰，再通過(guò)其他方式(如運(yùn)動(dòng)部件的摩擦)逐漸將能量消耗掉。如果條件許可，當(dāng)首先考慮液壓減振，但有時(shí)為了節(jié)省成本，以及由于空間的限制而不能用液壓減振時(shí)，也可考慮用彈簧或橡膠墊減振，但要保證一定最低的減振安全要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

在地震中，電梯對(duì)重脫軌很容易受損，進(jìn)而引發(fā)次生災(zāi)害。出于提高在用電梯的抗震能力，減少地震災(zāi)害中發(fā)生對(duì)重脫軌的可能性的目的，本文針對(duì)地震中電梯運(yùn)行致使對(duì)重脫軌的現(xiàn)象，從對(duì)重導(dǎo)靴類型的選型、對(duì)重導(dǎo)軌強(qiáng)度、對(duì)重導(dǎo)靴嚙合深度與加裝防脫軌裝置、對(duì)重的柔性連接四個(gè)方面針對(duì)防止地震中對(duì)重脫軌的影響進(jìn)行了分析論證，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施和方法。

［1］段曉明.地震中電梯對(duì)重脫軌原因淺析［J］.中國(guó)電梯，2008，19（21）：15-16.

［2］張傳基，趙忠國(guó).轎廂和對(duì)重預(yù)防地震脫軌的措施及自動(dòng)保護(hù)［J］.中國(guó)電梯，2008，19（21）：11-14.

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