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电梯是高层建筑内部的垂直交通工具,担负着人员和物资的运输任务。随着现代化城市的高速发展,高层建筑不断涌现,因此高速电梯的使用越来越广泛。作为一种公用设施,高速电梯运行的安全性极为重要。特别是近年来由于国内电梯事故被频繁报道,电梯运行的安全问题越来越受到人们重视,如何减少或杜绝电梯安全事故,已然成为国家有关部门和广大社会公众关注的焦点。 电梯安全钳是防止轿厢坠落事故的最后一道屏障,其重要性不言而喻。高速电梯安全钳依靠制动钳块与导轨之间的摩擦力将超速行驶的轿厢制动。电梯安全钳制动包含着复杂的热力耦合问题。首先,制动过程中接触面的摩擦温升依赖于钳块与导轨的接触力学状态;同时,安全钳钳块和导轨的材料力学性质以及接触状态又受到温度的影响。事实上,电梯安全钳摩擦制动过程中的热学和力学性能都非常重要：一方面,钳块与导轨的摩擦温升应当被限制在安全范围（这一点对于特殊使用场合的电梯譬如防爆电梯尤其关键）;另一方面,安全钳钳块与导轨之间必须具有足够大的摩擦力以制停电梯轿厢。如果摩擦生热形成的接触面温度过高,以至于制动材料变性甚至发生熔融流变,可能会导致安全钳摩擦力不足,从而制动失败造成灾难性后果。因为高速电梯在运行时能量大、制动过程摩擦生热多,所以高速电梯安全钳制动过程中的热力耦合问题更加突出。只有先对高速电梯安全钳制动过程中的基础摩擦学问题和热学和力学问题进行准确地认识和掌握,才能对高速电梯安全钳的摩擦制动性能进行正确的设计、调控和检验。 《高速电梯安全钳摩擦制动过程的热-力耦合问题及其检测方法预研究》是国家质量监督检验检疫总局批准的科技计划项目,计划编号为“2015QK049”,项目的经费来源为自筹,承担单位为上海市特种设备监督检验技术研究院。本项目起始时间为2015年7月1日,项目计划完成时间为2016年12月31日。 本项目的研究成果主要涉及一种针对电梯渐进式安全钳的热力耦合分析和预测方法。首先,在非线性计算平台ABAQUS上建立了一个考虑温度与应力实时耦合的弹塑性接触模型,编写了热力耦合的用户摩擦子程序VFRIC。然后,基于热力耦合的安全钳钳块-导轨摩擦接触有限元模型,分析得到了电梯安全钳摩擦制动过程中摩擦力和摩擦热相互影响的现象和规律。最后,搭建了测试系统,测得了安全钳摩擦制动的温度和制动减速度等信息。有学术价值的研究结果包括：安全钳钳块及电梯导轨的温度场和应力场分布,钳块及导轨的受力变形情况,以及安全钳制动过程中的温度变化和摩擦力变化等等。通过本项目的研究,获得热力耦合摩擦子程序1个（Fortran程序）、安全钳摩擦制动的动态有限元模拟程序1个（ABAQUS/input程序）、制定出电梯安全钳摩擦制动减速度和摩擦温度的测试方案及装置1套、申请并受理发明专利1项、发表学术论文3篇。本项目研究成果能够用于模拟分析电梯渐进式安全钳摩擦制动过程的动态行为,进而为高速电梯安全钳的摩擦学设计和技术检验提供一些参考。
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