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摘要：安全钳保障电梯安全的一种安全装置，其结构设计直接关系到电梯运行的安全，对其进行分析具有十分重要的意义。本文对电梯安全钳的结构设计及相关计算进行了详细的介绍，并对电梯安全钳关键部件进行静力学分析，以期能为有关需要提供参考。
关键词：电梯；安全钳；结构设计
随着人们生活水平的日益提高，对建筑使用性能提出了更高的要求，而电梯作为一种重要的运载工具，在建筑中的应用越来越广泛，并为人们的日常生活带来了便利。在电梯运行中，安全钳装置能够在电梯超速或者发生故障时，紧急制停，确保电梯的安全运行，一般按照在轿厢架或对重架上。基于此，笔者进行了相关介绍。
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，表1对常见的安全钳特点进行了直观展示，而结合该表我们就能够较为直观了解我国当下常见的安全钳种类，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 安全钳的设计计算
为了更为深入完成本文研究，我们还需要展开安全钳的设计计算，这一计算主要围绕瞬时式安全钳的计算、制停减速度的计算、安全钳作用时的受力计算、导轨工作面所受压力计算等四方面展开。在瞬时式安全钳的计算中我们需要应用电梯能量转化公式2Q=（P+Q）×g×h×r，这一公式中的Q、g、h、r分别代表电梯安全钳吸收能量、标准重力加速度、轿厢减速到停止的距离、安全系数；而在制停减速度的计算中，笔者将制动距离设为640mm，限速器的速度为115%，而通过公式s=，笔者求得了688.8mm的制动距离结果；而在安全钳作用时的受力计算中，结合能量平衡法则，笔者求出了45.03kN的制动力结果；而在导轨工作面所受压力计算中，笔者得出了66.22kN的导轨每个工作侧面受到的压力结果。
1.4 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。
1.5 滚针的选择
为了减小固定楔块与提拉楔块之间摩擦力，参照国家标准GB/T309-2000，笔者选择了平头滚针用于本文设计，这一平头滚针的表面粗糙度0.2μm、材料选择GCr15轴承钢、倒角最小值0.1mm、倒角最大值1mm、径向0.9mm。
1.6 钳座体的结构设计
结合上文研究，笔者确定了设计中的钳座体选择低合金钢16Mn作为材料，角焊缝、双单边V形坡口焊接。結合公式τ=≤[τ’]，笔者确定了该钳座体结构设计的焊缝能够满足相关标准要求。
1.7 电梯导轨
本文设计中笔者选择了机械加工型T型导轨，而通过计算笔者最终选择了T90/B型导轨作为研究用导轨，这样就能够较好满足本文设计需求。
2 安全钳关键零部件的静力学分析
为了进一步进行本文设计电梯安全钳的优化，笔者应用Solid Works进行了三维建模，然后用Solid Works Simulation进行了静力学仿真分析，这一仿真分析主要围绕U型簧的受力仿真、动滑块的受力仿真、楔块的受力仿真三方面展开。
2.1 U型簧的受力仿真
查阅相关材料属性，笔者应用Solid Works Simulation插件进行了U型簧的受力仿真，这一仿真得到了该U型簧最大Von Mises应力1118MPa、最大合位移3.61mm的结论，而这一数值就表明U型簧不满足型式试验要求，为此笔者将动滑块与导轨的摩擦系数变为0.34μ，而再一次进行U型簧的受力仿真最终得到的结果显示该U型簧满足了设计使用要求。
2.2 动滑块的受力仿真
对于电梯安全钳部件来说，动滑块是其重要组成部分，而结合Solid Works Simulation进行的动滑块的受力仿真，笔者得到了安全钳动滑块最大Von Mises应力为144MPa、最大合位移1.81mm、最小安全系数的动滑块受力仿真结果，而结合本文进行的电梯安全钳设计，我们能够清楚得出动滑块满足设计使用要求的结论。
2.3 楔块的受力仿真
而在对楔块的受力仿真中，通过Solid Works Simulation软件对其进行受力仿真，通过约束、摩擦力、均匀分布、正压力的施加，笔者得到了安全钳动滑块最大Von Mises应力107MPa、最小安全系数2.04的结果，而这一结果就表明本文研究的电梯安全钳楔块的仿真结果符合要求。
3 安全钳的运动学仿真
在完成安全钳关键零部件的静力学分析后，我们还需要进行安全钳的运动学仿真，这一仿真需要应用软件Solid Works Motion，而通过这一仿真就能够确定本文研究的电梯安全钳在2.5m/s的运行条件下能否满足设计使用要求，而结合Solid Works Motion求得的安全钳运行中速度随时间变化、加速度随时间变化、位移随时间变化的数据，我们能够清楚发现电梯安全钳自由落体运动后的速度变化与实际情况相符合，而电梯安全钳制停减速度约为0.61倍重力加速度满足设计要求，电梯安全钳制停距离与设计相差较小也满足设计要求，由此可见本文研究的电梯安全钳具备较高的实用价值。
4 结语
综上所述，安全钳是电梯的重要安全装置，其结构设计关系到安全钳性能的发挥以及电梯的安全运行。因此，在电梯安全钳结构设计中，要对其进行精密的计算分析，对关键零部件进行静力学分析，并结合分析计算结果，合理设计安全钳结构，从而确保安全钳的实用性和安全性，为电梯的安全运行提供保障。
参考文献：
[1]电梯安全钳的工作原理与故障分析[J].郭伟.现代制造技术与装备.2016（11）
[2]电梯安全钳动作受力分析及失效探究[J].王松华，王皓.中国高新技术企业.2015（32）
关键词：电梯；安全钳；结构设计
随着人们生活水平的日益提高，对建筑使用性能提出了更高的要求，而电梯作为一种重要的运载工具，在建筑中的应用越来越广泛，并为人们的日常生活带来了便利。在电梯运行中，安全钳装置能够在电梯超速或者发生故障时，紧急制停，确保电梯的安全运行，一般按照在轿厢架或对重架上。基于此，笔者进行了相关介绍。
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，表1对常见的安全钳特点进行了直观展示，而结合该表我们就能够较为直观了解我国当下常见的安全钳种类，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 安全钳的设计计算
为了更为深入完成本文研究，我们还需要展开安全钳的设计计算，这一计算主要围绕瞬时式安全钳的计算、制停减速度的计算、安全钳作用时的受力计算、导轨工作面所受压力计算等四方面展开。在瞬时式安全钳的计算中我们需要应用电梯能量转化公式2Q=（P+Q）×g×h×r，这一公式中的Q、g、h、r分别代表电梯安全钳吸收能量、标准重力加速度、轿厢减速到停止的距离、安全系数；而在制停减速度的计算中，笔者将制动距离设为640mm，限速器的速度为115%，而通过公式s=，笔者求得了688.8mm的制动距离结果；而在安全钳作用时的受力计算中，结合能量平衡法则，笔者求出了45.03kN的制动力结果；而在导轨工作面所受压力计算中，笔者得出了66.22kN的导轨每个工作侧面受到的压力结果。
1.4 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。
1.5 滚针的选择
为了减小固定楔块与提拉楔块之间摩擦力，参照国家标准GB/T309-2000，笔者选择了平头滚针用于本文设计，这一平头滚针的表面粗糙度0.2μm、材料选择GCr15轴承钢、倒角最小值0.1mm、倒角最大值1mm、径向0.9mm。
1.6 钳座体的结构设计
结合上文研究，笔者确定了设计中的钳座体选择低合金钢16Mn作为材料，角焊缝、双单边V形坡口焊接。結合公式τ=≤[τ’]，笔者确定了该钳座体结构设计的焊缝能够满足相关标准要求。
1.7 电梯导轨
本文设计中笔者选择了机械加工型T型导轨，而通过计算笔者最终选择了T90/B型导轨作为研究用导轨，这样就能够较好满足本文设计需求。
2 安全钳关键零部件的静力学分析
为了进一步进行本文设计电梯安全钳的优化，笔者应用Solid Works进行了三维建模，然后用Solid Works Simulation进行了静力学仿真分析，这一仿真分析主要围绕U型簧的受力仿真、动滑块的受力仿真、楔块的受力仿真三方面展开。
2.1 U型簧的受力仿真
查阅相关材料属性，笔者应用Solid Works Simulation插件进行了U型簧的受力仿真，这一仿真得到了该U型簧最大Von Mises应力1118MPa、最大合位移3.61mm的结论，而这一数值就表明U型簧不满足型式试验要求，为此笔者将动滑块与导轨的摩擦系数变为0.34μ，而再一次进行U型簧的受力仿真最终得到的结果显示该U型簧满足了设计使用要求。
2.2 动滑块的受力仿真
对于电梯安全钳部件来说，动滑块是其重要组成部分，而结合Solid Works Simulation进行的动滑块的受力仿真，笔者得到了安全钳动滑块最大Von Mises应力为144MPa、最大合位移1.81mm、最小安全系数的动滑块受力仿真结果，而结合本文进行的电梯安全钳设计，我们能够清楚得出动滑块满足设计使用要求的结论。
2.3 楔块的受力仿真
而在对楔块的受力仿真中，通过Solid Works Simulation软件对其进行受力仿真，通过约束、摩擦力、均匀分布、正压力的施加，笔者得到了安全钳动滑块最大Von Mises应力107MPa、最小安全系数2.04的结果，而这一结果就表明本文研究的电梯安全钳楔块的仿真结果符合要求。
3 安全钳的运动学仿真
在完成安全钳关键零部件的静力学分析后，我们还需要进行安全钳的运动学仿真，这一仿真需要应用软件Solid Works Motion，而通过这一仿真就能够确定本文研究的电梯安全钳在2.5m/s的运行条件下能否满足设计使用要求，而结合Solid Works Motion求得的安全钳运行中速度随时间变化、加速度随时间变化、位移随时间变化的数据，我们能够清楚发现电梯安全钳自由落体运动后的速度变化与实际情况相符合，而电梯安全钳制停减速度约为0.61倍重力加速度满足设计要求，电梯安全钳制停距离与设计相差较小也满足设计要求，由此可见本文研究的电梯安全钳具备较高的实用价值。
4 结语
综上所述，安全钳是电梯的重要安全装置，其结构设计关系到安全钳性能的发挥以及电梯的安全运行。因此，在电梯安全钳结构设计中，要对其进行精密的计算分析，对关键零部件进行静力学分析，并结合分析计算结果，合理设计安全钳结构，从而确保安全钳的实用性和安全性，为电梯的安全运行提供保障。
参考文献：
[1]电梯安全钳的工作原理与故障分析[J].郭伟.现代制造技术与装备.2016（11）
[2]电梯安全钳动作受力分析及失效探究[J].王松华，王皓.中国高新技术企业.2015（32）