既有电梯层门导靴啮合深度试验研究

2019-07-05韩绍义孙立新

中国特种设备安全 2019年6期

杜波韩绍义殷鹰於浩刘彪孙立新

（1. 四川省特种设备检验研究院成都 610061）

（2. 四川科莱电梯股份有限公司绵阳 621900）

（3. 重庆市特种设备检测研究院重庆 401121）

近年来，国内发生多起因乘员撞击电梯层门使门扇底部导靴（又称滑块）脱离地坎槽，导致乘员坠落井道伤亡的事故，引发社会舆论地广泛关注。通过分析此类事故原因发现，电梯层门受外力撞击后发生门扇底部脱出地坎槽，与撞击力大小、门扇机械强度不足和门导靴啮合深度过浅三个因素有关[1，2]。由于撞击力与乘员个体有关，无法避免乘员鲁莽撞击层门的不安全行为。因此，就层门本身而言，提高门扇机械强度和调整门导靴啮合深度是防止电梯层门受外力撞击脱落的有效措施。然而，对于目前国内市场上400万部既有电梯而言，按每栋楼平均15层站计，共有1.2亿个门扇，采用加强层门机械强度方法会增加用料及加工成本，涉及费用庞大且改造周期长，难于实现。因此，设置合理的门导靴啮合深度是对既有电梯层门预防撞击后脱出地坎槽最简单有效的一种举措。

目前，欧洲标准EN-81以及我国标准GB 7588—2003 《电梯制造与安装安全规范》第1号修改单中仅对层门机械强度有规定，并未对电梯层门导靴啮合深度尺寸做出明确规定[3，4]，即使层门机械强度满足要求，如果门导靴啮合深度过浅，层门受冲击后仍容易脱出地坎。美国ASME标准中规定层门导靴与地坎之间的啮合深度应不小于6mm，但同时也对层门机械强度（承受2500N的静力）和层门安全保持装置（承受5000N的静力）规定了更为严格的要求[5]。

2017年8月，国内一些检验机构对市场上既有电梯3235个层站的门导靴啮合深度进行了抽查统计，结果如图1所示。

图1 既有电梯层门导靴啮合深度统计

从图1中可知，门导靴啮合深度h≥15mm的层站数为620个，占比19%；啮合深度（10≤h＜15)mm的层站数为2016个，占比60%；啮合深度（6≤h＜10)mm的层站数为669，占比20%；啮合深度h＜6mm的层站数为42，占比1%。由此可见，由于缺乏相关标准，目前国内市场上既有电梯层门导靴啮合深度尺寸并未达到统一，这也是造成近年来层门受撞击脱落事故频发的原因之一。因此，亟待对既有电梯层门导靴啮合深度进行深入研究，制订行业相关标准。

本文从试验角度出发，对既有电梯水平滑动层门导靴啮合深度进行研究，首先选购一批典型试验层门样品；其次，利用摆锤冲击装置，提出电梯水平滑动层门导靴啮合深度试验方案；然后，将该方案分解成层门受撞击脱槽时的摆锤跌落高度试验、层门受撞击脱槽时摆锤跌落高度对应的层门冲击力试验、人脚踹层门冲击力试验、人脚踹层门验证四项试验内容，对每项试验内容和结果都进行详细阐述和分析；最后，确定出既有电梯水平滑动层门导靴啮合深度合理尺寸。

1 试验对象

GB 7588—2003 《电梯制造与安装安全规范》对层门强度要求较低，仅有承受300N静力变形的要求[6]。而GB 7588—2003 《电梯制造与安装安全规范》1号修改单中对层门机械强度有所加强，增加了承受1000N静力变形和摆锤冲击试验要求[4]。但1号修改单从2016年7月1日开始实施，目前仅实施了两年。而GB 7588—2003《电梯制造与安装安全规范》从2004年1月1日开始，实施了近15年时间，在此期间生产使用的层门数量远大于1号修改单实施以后生产使用的层门数量。另外，根据近年来电梯层门受外力撞击事故统计发现，大多数事故电梯层门的生产日期均在1号修改单实施以前。由此可见，1号修稿单以前生产的层门受撞击脱落发生事故的可能性较大。因此，本次试验所选用电梯层门均为1号修改单正式实施以前生产使用的水平滑动层门。

由于目前于国内市场上电梯制造业品牌众多，本次试验不可能完全覆盖市场上所有品牌不同规格的电梯层门。项目组成员通过市场调研后，商定从欧系、日系和国产品牌中各选一具有代表性的电梯制造品牌。因此，本次试验选用了日立公司、蒂森公司和宁波申菱公司生产的层门，生产日期均为2016年7月1日以前，门扇宽度为800mm、900mm两种规格，共计108个门扇作为试验样品。三种品牌两种规格的层门基本参数见表1。三种品牌层门实物如图2所示。

三种品牌层门导靴及其安装方式如图3所示。图3（a)中，宁波申菱层门导靴中的导向靴衬采用非金属耐磨型（橡胶+特氟龙）材料制作，与金属连接板下端通硫化胶合固定，金属连接板上端开有圆孔，通过螺栓与层门下端连接。图3（b)中，日立层门导靴中的导向靴衬采用橡胶和高分子耐磨材料制作，导向靴衬上端面开有矩形凹槽，金属支架下端的连接片直接插入导向靴衬的矩形凹槽内，上端通过螺栓与层门下端连接。图3（c)中，蒂森层门导靴中的导向靴衬采用H型塑料体，金属连接杆下端与H型塑料体中间的安装孔连接，上端与层门下端横梁通过螺栓连接。

表1 三种品牌两种规格层门的基本参数

图2 三种品牌层门实物

2 试验方案

目前，电梯层门抗冲击性能通常是由摆锤冲击试验（模拟人体撞击层门）结果来确定。摆锤冲击试验装置如图4所示。摆锤试验装置是由悬挂摆锤的金属框架以及摆锤组成。摆锤对电梯层门的冲击力是通过将摆锤上拉至一定高度后跌落，将其重力势能转换成动能而来。对于金属层门，摆锤由一个皮革制成的冲击小袋，内装填直径为（3.5±1）mm铅球构成的软摆锤，总质量为（45±0.5）kg[7，8]。本次试验仍利用摆锤冲击试验装置来对层门导靴啮合深度进行研究。

图3 三种品牌层门导靴及安装方式

图4 摆锤冲击试验装置

试验前，针对不同结构形式（有无加强筋）的层门，取门扇抗冲击最薄弱位置作为摆锤撞击点。对于无加强筋的层门，软摆撞击点高度距门扇下端1000mm，宽度为门扇宽度正中，如图5（a）所示。对于有纵向加强筋的门扇，软摆撞击点高度距门扇下端1000mm，宽度为靠门缝侧无加强筋区域的正中间，如图5（b）所示。

图5 摆锤撞击点

项目组曾按GB 7588—2003《电梯制造与安装安全规范》国家标准第1号修改单[4]中规定的层门强度摆锤冲击试验要求（摆锤跌落高度H=800mm）进行试验，发现即使将三种品牌层门导靴啮合深度调整到最大值，层门受到摆锤冲击后导靴仍会脱出地坎槽。说明对于2016年7月1日以前生产使用的电梯层门，通过调整层门导靴啮合深度的方式无法满足1号修改单中摆锤冲击试验跌落高度的要求。

为此，项目组成员经过反复讨论，提出新的试验方案，具体如下：

首先，将摆锤跌落高度H值由低到高逐级增加，测试门导靴位于不同啮合深度条件下，层门受撞击脱槽时摆锤跌落高度范围。

其次，测试门导靴位于不同啮合深度条件下，层门受撞击脱槽时摆锤跌落高度所对应的冲击力。然后，测试成年人脚踹层门的冲击力，并与摆锤冲击力进行对比，初步确定出符合要求的门导靴啮合深度值。

最后，通过成年人脚踹层门来对符合要求的门导靴啮合深度进行验证，最终得出既有电梯水平滑动层门导靴啮合深度的安全尺寸。

3 试验内容及结果分析

将上述试验方案分解成层门受撞击脱槽时的摆锤跌落高度试验、层门受撞击脱槽时摆锤跌落高度对应的层门冲击力试验、人脚踹层门冲击力试验、人脚踹层门验证四项试验内容，每项试验内容及结果分析阐述如下：

3.1 层门受撞击脱槽时摆锤跌落高度试验

将三种品牌不同规格层门的导靴啮合深度分别设置为6mm、9mm、12mm和15mm，摆锤跌落高度H从50mm开始，由低到高逐级增加，间隔为50mm，测试门导靴位于不同啮合深度下，层门受摆锤撞击脱槽时的摆锤跌落高度范围，试验结果如图6所示。图6中，每个柱状条下沿所对应的摆锤跌落高度表示门导靴未脱离地坎槽，上沿所对应的摆锤跌落高度表示门导靴已脱离地坎槽。

对图6中的试验结果进行分析，可得出如下几点结论：

图6 门导靴位于不同啮合深度时，层门受撞击脱槽时的摆锤跌落高度

1）由图 6（a)、图 6（b)和图 6（c)可知，对于同一品牌相同宽度的层门，随着门导靴啮合深度的增加，层门脱槽时摆锤跌落高度也近似呈线性增加。验证了增加门导靴啮合深度是增强层门抵抗外力撞击的一种有效措施。

2）由图 6（a)、图 6（b)和图 6（c)可知，对于同一品牌不同宽度的层门，在相同门导靴啮合深度条件下，900mm宽层门脱槽时摆锤跌落高度通常稍大于800mm宽层门脱槽时摆锤跌落高度。说明层门宽度也是影响层门抗冲击能力的因素之一。

3）由图6（d)和图6（e)中可知，对于不同品牌相同宽度的层门，在相同门导靴啮合深度条件下，有纵向加强筋的层门（如申菱、蒂森）脱槽时的摆锤跌落高度比无加强筋的层门（如日立）脱槽时的摆锤跌落高度要高出100mm～200mm。说明有纵向加强的层门抗冲击能力比无加强筋的层门强。同时也表明增设层门加强筋是增强层抵抗外力撞击的一种有效措施。

4）从图6（d)和图6（e)中可知，对于布置有纵向加强筋的不同品牌（如申菱、蒂森）相同宽度的层门，在相同门导靴啮合深度情况下，层门受撞击脱槽时的摆锤跌落高度值相差不大。对两品牌层门结构分析可知，虽然申菱层门的门扇厚度（1.0mm）小于蒂森层门的厚度（1.5mm），但申菱层门纵向加强筋的宽度（75mm）大于蒂森层门加强筋的宽度（60mm）。此外，申菱层门导靴长度（65mm）也大于蒂森门导靴的长度（40mm）。表明门扇厚度、加强筋宽度、门导靴长度对层门抗冲击能力均有影响。如果门扇厚度较薄，可通过增设加强筋或增加导靴长度的方式来增强层门抗冲击能力。

3.2 层门受撞击脱槽时摆锤跌落高度对应的层门冲击力试验

将冲击力传感器固定在摆锤撞击层门的撞击点处，如图7所示。将摆锤高度调整至前述试验获得的层门受撞击脱槽时摆锤跌落高度值，通过摆锤撞击冲击力传感器，测量摆锤从不同高度跌落下撞击层门的冲击力。经过多次试验，获得门导靴不同啮合深度条件下，层门受撞击脱槽时摆锤跌落高度对应的层门冲击力，试验结果如图8所示。

图 7 摆锤撞击层门冲击力测试装置

图8 门导靴不同啮合深度下，层门受撞击脱槽时摆锤跌落高度对应的层门冲击力

通过对图8中试验结果进行分析，同样可得出与前述3.1节中1）、2）和4）相同的结论。此外，由图8（e)和8（f)中可知，对于不同品牌相同宽度的层门，当门导靴啮合深度为9mm、12mm和15mm时，无加强筋的层门（日立）所受的摆锤冲击力大于有纵向加强筋层门（申菱、蒂森）所受的摆锤冲击力。而从图6（e)和6（f)中可知，在相同门导靴啮合深度条件下，无加强筋层门（日立）脱槽时的摆锤跌落高度小于有纵向加强筋层门（申菱、蒂森）脱槽时的摆锤跌落高度，造成此差异主要有以下两方面原因。

1）日立牌电梯层门的机械强度好于申菱和蒂森牌电梯层门。通过对摆锤冲击试验后的各品牌层门进行反复勘查发现，当门导靴啮合深度为9mm、12mm和15mm时，随着层门受撞击脱槽时摆锤跌落高度的增加，申菱牌和蒂森牌电梯的层门摆锤撞击点周围均出现了明显可见的永久变形，说明层门发生塑性变形而引起导靴脱离地坎槽，冲击力变化趋势平缓。对于日立牌电梯层门而言，当门导靴啮合深度为9mm、12mm时，层门摆锤撞击点周围并未出现明显的永久变形，说明层门发生弹性变形而引起导靴脱离地坎槽，冲击力变化较大。当门导靴啮合深度为15mm时，日立牌电梯层门摆锤撞击点周围才出现明显可见的永久变形，说明层门发生塑性变形而引起导靴脱离地坎槽。

2）日立牌电梯层门（无加强筋）导靴容易脱槽。与申菱牌和蒂森牌电梯层门导靴相比，日立牌电梯层门导靴的金属连接板较薄，而且金属连接板是直接插入导向靴衬中，并未像申菱牌和蒂森牌电梯层门导靴那样两者之间通过硫化胶合或机械方式固定牢靠，当受到冲击力后，日立牌电梯层门底部的金属连接板易发生塑性变形，同时导向靴衬也容易脱离金属连接片，进而导致门导靴脱离地坎槽。

通过上述分析可知，并非层门机械强度越高，层门抗冲击性能就越好，层门底部导靴结构形式及其与地坎之间的啮合深度也对层门抗冲击性能有重要影响。

3.3 人脚踹层门冲击力试验

将冲击力传感器固定在摆锤撞击层门的撞击点处，其布置方式见图7。分别将三种品牌层门导靴啮合深度调整至最大值，并选取3位成年男性，从距层门2.4m[9]处开始小跑助力后用脚踹层门，脚踹层门撞击点位置与摆锤撞击层门撞击点一致，测试并记录成年人脚踹不同品牌层门的最大冲击力。试验结果见表2。

表2 成年人脚踹层门的最大冲击力 N

分别将表2中人脚踹三种品牌层门的冲击力与摆锤撞击层门的冲击力绘制在同一张图上进行比较，如图 9（a)～图 9（c)所示。

从图9（a)～图9（c)中可知，对于同一品牌相同规格的层门，摆锤撞击层门冲击力值大于人脚踹层门冲击力值所对应的门导靴啮合深度应是符合要求的。三种品牌层门符合要求的门导靴啮合深度见表3。

从表3可知，对于三种品牌不同规格的层门，当门导靴啮合深度为6mm时，成年人用脚均会踹开层门，不符合要求。当门导靴啮合深度为9mm时，虽然成年人用脚不会踹开蒂森牌电梯层门（800mm宽门和900mm宽门）和申菱牌900mm宽电梯层门，但可以踹开日立牌（800mm宽门和900mm宽门）和申菱牌800mm宽的层门，存在较大风险，门导靴啮合深度为9mm也不符合要求。而当门导靴啮合深度为12mm和15mm时，成年人不能用脚踹开三种品牌所有规格的层门。因此，通过对两种方式撞击层门的冲击力值大小进行比较后可知，门导靴啮合深度为12mm和15mm时均符合要求。

图9 人脚踹层门的冲击力与摆锤撞击层门的冲击力对比

表3 三品牌层门符合要求的门导靴啮合深度

3.4 人踹层门验证试验

在实际情况下，人脚踹层门的位置与摆锤撞击层门的撞击点往往不一致，尤其在高度方向上。为此，本次试验将门导靴啮合深度分别设置为12mm和15mm，通过人脚踹层门进行验证。具体方法是让一名成年男性从距层门2.4m处开始小跑助力后用脚踹层门，脚与层门接触位置在宽度方向与图5中大致相同，高度方向由测试人员自己决定。人脚踹层门后门导靴脱槽/未脱槽次数的统计结果见表4，通过对统计数据进行比较分析，最终确定出门导靴啮合深度的安全尺寸。

表4 门导靴啮合深度12mm和15mm时人脚踹层门脱槽/未脱槽次数统计

由表4可知，对于日立（800mm宽、900mm宽）层门以及申菱800mm宽层门，当门导靴啮合深度为12mm，成年人用脚踹层门时，层门导靴脱槽次数均大于未脱槽次数，不符合要求。对于申菱牌900mm宽层门和蒂森牌（800mm宽、900mm宽）层门，当门导靴啮合深度为12mm，成年男性用脚踹层门时，层门导靴槽次数均小于未脱槽次数，符合要求。将门导靴啮合深度为12mm时的三种品牌层门脱槽和未脱槽次数分别进行求和，层门导靴脱槽次数为8次，未脱槽次数为9次。从概率角度看，当门导靴啮合深度为12mm时，层门受人力撞击后下端门导靴脱槽概率高达47.1%，表明层门在受人力撞击后下端导靴脱槽可能性较大，层门具有较大的安全隐患。因此，不建议将门导靴安全啮合深度设置成12mm。

对于本次试验三种品牌不同规格的层门，当门导靴啮合深度为15mm，成年男性用脚踹层门时，层门导靴脱槽次数均小于未脱槽次数，符合要求。将门导靴啮合深度为15mm时的三种品牌层门脱槽和未脱槽次数分别进行求和，层门导靴不脱槽次数为15次，脱槽次数仅为2次。从概率角度看，层门导靴不脱槽概率为88.2%，远大于导靴脱槽概率（11.8%），表明当门导靴啮合深度为15mm时，虽不能完全防止所有规格层门受人力撞击后脱槽，但受到人力撞击后层门导靴脱槽的可能性很低。因此，综合比较，将既有电梯门导靴安全啮合深度设置为15mm为宜。