SAJ型防坠安全器异常情况分析与研究

潘 亮，张作萍

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广东 广州 510500）

近年来，随着社会及经济的快速发展，我国高层建筑越来越多。施工升降机作为一种提升高度可达450m的垂直运输起重机械，广泛应用于高层建筑施工现场。由于垂直运行高度高、速度快，施工升降机在给施工带来快捷、方便的同时，也带来重大安全隐患。防坠安全器可以防止电机制动器失灵引起吊笼失控下坠。几乎所有施工升降机吊笼失控下坠造成的重大伤亡事故都是由于防坠安全器使用不当或不符合安全器相关规定的操作造成的。

目前施工升降机中SAJ型防坠安全器使用最多。该防坠安全器是由齿轮转速控制的防坠安全装置，能有效防止齿轮齿条式施工升降机在安装、作业或拆卸过程中因吊笼坠落而造成的安全事故。因此对SAJ型防坠安全器使用过程中异常情况进行研究、分析，找到解决方案，对保证防坠安全器和施工升降机的正常运行，减少事故发生概率，保护人民的生命财产安全具有重要意义。

本文通过分析SAJ型防坠安全器的结构及工作原理，结合安装调试及使用维护各个环节，进行研究分析，得出SAJ型防坠安全器运行异常的情况及原因，再根据不同的情况提出相应的解决措施。

1 SAJ型防坠安全器构造及工作原理

作为施工升降机最重要的安全防护装置之一，SAJ型防坠安全器由铜螺母、安全开关、蝶形弹簧、锥形壳体（内锥体）、锥形铁芯（外锥体）、离心块、离心块座、压簧片、齿轮等零部件组成，见图1。

图1 防坠安全器的构造

SAJ型防坠安全器的工作原理为：当施工升降机吊笼正常运行时，齿轮轴的小齿轮与升降机上的齿条啮合，齿轮轴随之转动。吊笼在额定速度内向下运行时，离心块在弹簧力的作用下与齿轮轴上的离心块座紧贴在一起。当吊笼向下运行速度超出额定速度时，离心块克服弹簧力的作用向外甩出，离心块的尖端与外锥体内表面凸缘接触，并带动外锥体一起旋转，装在外锥体轴端的铜螺母随之做轴向移动。所以当外锥体旋转时，铜螺母便向内移动而压紧蝶形弹簧。在蝶形弹簧的反作用力下，内、外锥体摩擦面的压紧力随之逐渐增大，同时制动力矩也逐渐加大，直至吊笼停止运行，从而达到平稳制动的目的。在制动过程的同时，安全开关动作，自动切断驱动装置的动力电源。

2 SAJ型防坠安全器异常情况及分析

SAJ型防坠安全器异常情况主要有以下几类：制动距离过长或过短；防坠安全器动作失效、提前动作或延迟动作；安全器异响；动作开关失效。

2.1 制动距离过长或过短

防坠安全器在现场使用过程中的制动距离要求：安全器应能使装有1.3倍升降机额定载荷的吊笼停止并保持停止状态。升降机吊笼内载荷不超过其额定载荷时，安全器制停吊笼时的制动距离应符合表1规定。防坠安全器在进行制动性能试验时要求：在试验载荷不超过安全器额定制动载荷时，安全器制动距离和制动减速度应符合表1规定；在超载制动试验时，安全器应能制停防护目标［1］。

表1 安全器制动距离与制动减速度

根据防坠安全器的工作原理可知，防坠安全器的制动距离与制动力矩有关，制动力矩与内、外锥体摩擦面的摩擦力f成正比。

式中 μ为动摩擦系数；N为正压力。

由公式（1）可知，摩擦力f与动摩擦因素μ及正压力N有关，f 与μ、N成正比。

2.1.1 制动距离过长

当防坠安全器制动距离超过规定值时，会造成防护目标内人员的恐慌及不适。制动距离过大，主要是由于内、外锥体摩擦面摩擦力太小造成制动力矩太小。由公式（1）可知，当内、外锥体摩擦面两者之间的压力N一定时，摩擦力f与摩擦系数μ成正比；当摩擦面的摩擦系数μ一定时，摩擦力f与内、外锥体摩擦面两者之间的压力N成线性关系。

经过研究分析，造成制动距离过长的原因有以下四方面：

（1）安全器锥形壳体上的摩擦片沾油或水，部分损坏或脱落，针对此类情况应去除制动轮表面油污或更换摩擦片。安全器上锥形壳体上的摩擦片沾油或水，会减少摩擦片与锥形铁芯的动摩擦系数μ，从而导致摩擦片与锥形铁芯的摩擦力减小，最终导致制动距离过长。摩擦片部分损坏或脱落，使得摩擦片与锥形铁芯接触面积减少，从而减少摩擦片与锥形铁芯的摩擦力，最终导致制动距离过长。

（2）安全器复位不正确，针对此类情况应重新复位安全器，使铜螺母退出的距离适中，确保蝶形弹簧有足够的预紧力。安全器复位不正确，导致铜螺母退出距离过长，蝶形弹簧压力减小，导致摩擦片与锥形铁芯的预紧力N减小，从而导致摩擦片与锥形铁芯的摩擦力减小，最终导致制动距离 过长。

（3）制动叠形弹簧压缩片部分损坏或缺失，针对此类情况应更换或补充制动叠形弹簧压缩片。制动叠形弹簧压缩片部分损坏或缺失，导致蝶形弹簧压力和摩擦片与锥形铁芯的预紧力减小，从而导致摩擦片与锥形铁芯的摩擦力减小，最终导致制动距离过长。

（4）超载。施工升降机超载使得带动防坠器齿轮转动的力增大，超过或者即将达到防坠安全器的最大制动力，从而造成防坠器破坏，制动距离过长。因此使用方应加强管理，严禁施工升降机超载使用。

2.1.2 制动距离过短

当齿轮锥鼓形渐进式防坠安全器制动距离小于规定值时，制动过程中会产生巨大的冲击，从而引起防护目标内人员的身体不适。制动距离过小，主要是由于内、外锥体摩擦面摩擦力太大造成制动力矩太大。由公式（1）可知，摩擦力f太大是由于动摩擦系数μ及正压力N太大造成的。

经过研究分析，发现造成制动距离过短的原因有以下几方面：

（1）锥形铁芯锈蚀、粘连，针对此类情况应除锈或更换锥鼓形制动轮。锥形铁芯锈蚀、粘连，会使得摩擦片与锥形铁芯之间的动摩擦系数μ增大，在预紧力N不变的情况下，摩擦力f也将增大，从而使得制动距离不足。

（2）摩擦片材料不符合要求，针对此类情况应更换符合要求的摩擦片。如果摩擦片所用材料的摩擦系数μ较大，会使得摩擦力较大，从而使得制动距离不足。

（3）坠落试验后防坠器未复位或复位不到位，针对此类情况应对防坠安全器进行正确复位。防坠安全器做完坠落试验后未复位或复位不足，使得蝶形弹簧一直处于被压缩状态，蝶形弹簧压力增大，导致摩擦片与锥形铁芯的预紧力N增大，从而导致摩擦片与锥形铁芯的摩擦力增大，最终导致制动距离过短。

2.2 防坠安全器动作失效、提前或延迟动作

安全装置应能使装有1.3倍额定载重量的吊笼停止并保持停止状态。在吊笼内额定载荷不超过额定载重量时，对于额定速度不大于2.4m/s的升降机，安全装置停止吊笼时减速度峰值大于2.5g的时间应不大于0.04s；对于额定速度大于2.4m/s的升降机，安全装置停止吊笼时的平均减速度应在0.2～1.0g之间，且减速度峰值大于2.5g的时间应不大于0.04s［2］。通过分析研究防坠安全器的结构，发现防坠安全器动作失效、提前动作或延迟动作主要有以下几方面原因：

（1）摩擦片完全脱落、损坏、缺失，针对此类情况应更换摩擦片。当摩擦片完全脱落、损坏、缺失时，锥形壳体与锥形铁芯之间的摩擦力很小，使得当防护目标的运行速度达到安全器标定运动速度时，摩擦力无法使安全器立即动作。

（2）离心块、压簧片作用失效或缺失、损坏，针对此类情况应更换离心块、压簧片。当离心块、压簧片作用失效或缺失、损坏，防护目标的运行速度达到安全器标定运动速度时，压簧片、离心块无法正常工作，从而离心块的尖端无法与外锥体内表面凸缘接触，或接触不多，无法正常带动锥形铁芯转动，造成防坠安全器动作失效、提前动作或延迟动作。

（3）实际动作速度与其标示值的误差超出规定的误差要求［1］，调节弹簧在调整速度时不起作用，针对此类情况应更换防坠安全器。

2.3 防坠安全器异响

防坠安全器异响是指防坠安全器在施工升降机正常运转过程中（防坠安全器未动作）存在异响。施工升降机正常运转过程中，防坠安全器能运动的部件有齿轮、齿轮轴、离心块、离心块座、压簧片运动；保持静止的部件有铜螺母、安全开关、蝶形弹簧、锥形壳体、锥形铁芯。根据防坠安全器的构造及工作原理，可知防坠安全器异常主要有以下几方面的原因：

（1）防坠器上的齿轮与施工升降机的齿条啮合异常，针对此类情况应重新安装防坠安全器或更换齿条，使齿轮与齿条正常啮合。标准要求安全器齿轮与升降机齿条的啮合应符合下列要求［1］：①应有措施保证安全器制动过程中齿条节线和与其平行的安全器齿轮节圆切线重合或其距离不大于模数的1/3；即使前述措施失效，还应有其他进一步的措施，保证前述距离不大于齿轮模数的2/3。②应采取措施保证齿条全宽度与齿轮啮合；即使前述措施失效，还应有其他进一步的措施，保证90%的齿条宽度参与啮合。③啮合侧隙不小于齿轮模数的1/10，啮合面的平行度误差不大于齿条宽度的1.5 /1000。

（2）弹簧片失效，针对此类情况应更换弹簧片。弹簧片弹力不足，无法有效准确的将离心块压紧在离心座内，从而导致施工升降机正常运动过程中防坠器的离心块抖动，与锥形铁芯相互撞击或摩擦发出异响，同时影响齿轮轴及齿轮的转动，最终导致防坠器齿轮与施工升降机的齿条运转过程中发出异响。

（3）铜套润滑剂失效或损坏，针对此类情况应更换铜套。铜套润滑剂失效或损坏时，铜套与齿轮轴粘连在一起，从而造成铜套与齿轮轴一起运动，轴套与锥形铁芯相互摩擦发出异响，同时影响齿轮轴及齿轮的转动，最终导致防坠器齿轮与施工升降机的齿条运转过程中发出异响。

2.4 动作开关失效

安全器应设有安全开关（电气安全装置）。在安全器动作时，安全开关应能直接切断驱动机构及制动器的控制电路。在安全器动作后，非自动复位的安全器只有通过人工调整压紧制动加力弹簧的大螺母，才能使安全开关复位。安全开关应符合GB/T 26557-2011中5.9.6的要求［1］。一旦超速安全装置动作，正常控制下的吊笼运动应能在电气安全装置的作用下自动停止［2］。

根据防坠安全器的结构，可知动作开关失效有以下原因：

（1）动作开关损坏、缺失，针对此种情况应更换动作开关。

（2）动作开关接线不正确，针对此种情况应重新正确接线。

（3）动作调节螺栓未调到有效位置或缺失，针对此种情况应调整或更换动作调节螺栓。

3 结束语

SAJ型防坠安全器异常情况有以下几类：制动距离过长或过短，防坠安全器动作失效、提前动作或延迟动作，安全器异响，动作开关失效。因此当防坠安全器出现异常情况时，应及时进行检查分析，根据异常情况的特征进行处理，从而保证防坠器的有效性，确保施工升降机出现意外下坠时，防坠安全器能够正常工作，防止安全事故发生。