车厢大门

历史、规范和修订后的与规范相关的设计原则对所有涉及私人住宅电梯入口安全装置的北美商人都很重要

本文旨在帮助业内人士了解私人住宅电梯入口安全装置（称为车厢门）的演变。 将关注与修订后的安全规范相关的安全规范、问题历史、可用产品和一些设计原则。 由于这一领域的问题，已经发生了一些严重的悲剧，因此，所有商人以及在该领域工作的公司都应该意识到这些问题，并寻求采取能够降低风险和潜在责任的做法，同时确保这些产品的用户的安全。

学习目标

阅读本文后，您应该了解：
♦ 马车闸的历史和用途
♦ 车门可用配置
♦ 围绕车厢大门和层门的问题
♦ 代码和代码更改如何影响新车厢门的设计
♦ 如何计算门板挠度

背景

电梯产品的大部分设计和开发时间都集中在安全上。 这包括系统本身的安全，但更重要的是用户的安全。 电梯的部分担忧在于它们会自动运行。 这意味着，一旦您按下该按钮并且指示灯亮起，电梯将通过控件中的一组指令将车厢移动到特定位置。 因为机器是自动的，它会尝试做这个运动，不管有什么阻碍，除非有安全装置和控制结构来阻止它在一个人处于可能受伤或死亡的位置时移动在这个例程中。

在大多数机械自动化的工业环境中，如果没有重要的安全防护装置，人们不得靠近此类机械。 例如，自动化机器人焊接臂或自动化装配机器人通常会在其周围构建一个完整的笼子，以确保没有人能够进入其运动路径（图 1）。 显然，在整个电梯周围放置一个笼子并避免与人接触，这违背了它的初衷。

对于电梯，相当于“笼子”的是每个层站的门，将人员与竖井（和可能的坠落）以及人们进入和乘坐电梯的车厢隔开。 车厢通常由实心墙构成，但是，要进出电梯，需要有一个开口，因此需要某种装置来封闭该开口，以便人们在电梯运行期间不会进出。 这种装置在电梯行业中被称为“轿厢门”（有时简称为“轿厢门”或简称为“门”）。

车厢门还旨在避免在移动过程中任何可能的四肢夹伤。 由于移动车厢与井壁之间需要有间隙，因此不可避免地会产生夹点，避免夹伤危险的唯一方法是在车厢内的人员与其周围区域之间设置完整的物理屏障。

虽然 ASME A17.1/CSA B44 规范管理各种电梯产品，但住宅/私人住宅电梯和商用/公共电梯产品的要求之间存在显着差异。 有人可能会问：“为什么有什么不同？” 简单的区别包括住宅电梯在建筑面积、承重能力、行驶速度和行驶距离方面的限制。

这些是一些实际差异，仅仅是因为私人住宅通常不需要人们在商业/公共环境中看到的承载能力。 此外，很少有私人住宅需要超过 50 英尺的行程。 这并不排除有人将完全合规的商用电梯放置在私人住宅中，但这确实是一种不常见的安装。

由于私人住宅电梯的更大限制，北美的电梯安全规范对其有不同（虽然相似）的选择和要求。 A17.1/B44 5.3 节适用于私人住宅电梯。 虽然引用了规范的其他部分，但本部分是指导私人住宅的特定需求的部分，并且有部分适用于马车门。

市场上有多种车厢门配置选项，尽管可能有一些特殊产品，但​​以下列表旨在包含已使用和使用的绝大部分。 这些选项需要有一个安全开关，告诉电梯控制系统门是处于打开位置还是关闭位置。 如果它处于打开位置，电梯控制逻辑应防止电梯车厢移动。

推拉门/大门

推拉门/大门的布置正是它听起来的样子，也是大多数人在想到电梯时所想到的。 市场上有私人住宅版本的推拉门和门套。 大多数这些产品包括商用电梯中的自动操作器，但它们的尺寸可能会减小，并且在大多数情况下，门不具有防火等级。 滑动门/门产品通常是私人住宅电梯最昂贵的选择，而且在许多情况下，门和车厢门及其操作员的成本可能比电梯其余部分的总和还要多。 因此，滑动门/大门布置在私人住宅电梯中并不像下面提到的一些更便宜的选择那样常见。 图 2 是滑动门布置的图像。

推拉门套件的供应商有多种，但对于私人住宅而言，更具成本效益的选择之一是来自意大利公司 Victory 的产品，该产品由 OLS Lift System 分销。

剪刀门

剪刀式闸门是一种非常经济的选择，也是用于此目的的最古老的闸门之一。 它们留下了相当大的开口，允许四肢延伸到车厢的范围之外并进入间隙。 虽然北美规范允许“镂空结构”能够“拒绝 3 英寸”。 直径球，”它们并没有真正防止夹伤危险，并且它们已在许多司法管辖区被禁止。 此外，剪式闸门通常无法达到汽车的整个高度，其栅栏式设计可以让儿童在汽车行驶时爬过它们，同时仍满足规范要求。

这种门的全球供应商有很多，但北美的一个供应商是 Enterprise Elevator Products。

手风琴门

手风琴门可能是私人住宅电梯中最常见的布置。 大门就像手风琴一样，有多个面板形成交替的“V”形，当大门打开时会倒塌。 这导致了相当紧凑的安排，您可能熟悉这些类型的设备，这些设备用于建筑应用程序（例如购物中心）以在非营业时间关闭店面。

手风琴门是可用的最经济的选择之一，图 4 显示了一个示例。

手风琴门通常是纯手动操作的，但它们也可以配备电动操作器以实现自动操作。 此类门的两个制造商是 EMI Porta 和 Woodfold。

鼓门

Tambour 门就像一个手风琴门。 不同之处在于，Tambour 款式可以包裹在口袋中，而不是折叠成一个较小的空间。 这需要在驾驶室壁后面有一个弯曲的轨道和空间，门可以在其中滑动。 与手风琴门相比，此门在前面占用的空间较小，但在侧面占用的空间更多。 图 5 和图 6 显示了一个说明。

从图中可以看出，大门在电梯轿厢上的一条弯曲轨道上滑动。 这导致更深但更窄的驾驶室。 这在某些方面可能是一个优势，但在正面、侧面和背面应用中可以安装多少个门是有限制的。 自动操作也有限制。 Tambour 型门在关闭时是平的（完全覆盖电梯车厢入口），并且由于其操作方式通常与层门齐平。 与手风琴门相比，这可以是一个实质性的安全改进。

Tambour 门通常比完整的滑动门/门组便宜，但仍然比其他选项贵。

紧凑型平板门

市场上的新产品是上述滑动门的衍生物，但具有更多面板。 这种布置在完全打开时在紧凑的尺寸方面发挥了手风琴风格的优点，但具有滑动门套装的感觉。 相对于滑动门装置的优势在于，这种布置的成本与手风琴门的成本相似，并且可以手动操作以保持成本经济或配备可选的电源操作器，方式与一个手风琴门。

正如本文稍后将讨论的那样，最近的一些规范更改使手风琴门设计出现问题，而这种紧凑型平板门专为满足最新的安全规范更改而开发。 它只能从一家供应商 Good Gate Inc. 处获得（图 7）。

仅光幕

虽然业内有一些意见认为没有物理屏障就可以达到足够的安全性（例如，使用光电光幕传感器），但 A17.1/B44 第 5.3 节不允许这种安排在撰写本文的时间。 仅光幕布置通常也比上述任何一种选择便宜。 在某些情况下，人们希望在存在移动性/可达性挑战的情况下考虑不使用马车闸，而不是纯粹出于成本原因。 这通常会导致需要在无障碍电梯和私人住宅电梯之间做出选择的情况。 无障碍电梯的代码是 ASME A18.1 和 CSA B355，但对这些设备及其与电梯的细微差别的全面探索超出了本文的范围。 图 8 显示了没有车厢门的电梯上的光幕。

在其他情况下，房主不想每次进出电梯车厢时都打开和关闭手动车厢门。有解决方案可以在车厢门上安装电动操作器，但这会导致费用大幅增加，而且经济压力可能会迫使一些人在客户压力下屈服。可以说，光电光幕专用实例没有安全规范认可，使用这种安排将使制造商、经销商、安装商和任何承担维护业务的企业承担重大责任。

这些选项中的每一个都有优点和缺点，虽然本文想让您了解它们，但它不会在每一对之间进行完整的赞成和反对评估，而只是说明有可用的选项和继续讨论可能会影响您的选择的问题，以及最近开始发挥作用的安全代码更改。

问题历史

即使关注安全（并排除观察到的不符合规范的选项），也存在一些与马车大门和层门周围区域相关的重大问题。 最引人注目的问题可能与夹伤危险有关，层门后部和车厢前部之间的空间仍然足以让一个小孩站在缝隙中。 当电梯被召唤时，对孩子造成了严重伤害。 图 9 显示了属于重大诉讼的场景图像，视频重演位于 youtu.be/oGoPof0BytA。 可在公平警告网站 (Fair Warning) 上找到有关此悲惨事故的完整文章www.fairwarning.org/2013/12/elevator).

虽然此案几乎会导致任何人对孩子、他的父母以及与家庭有关的任何人产生感情，但它也是参与私人住宅电梯产品制造、分销、安装和维护的任何人的主要责任来源。

这起事件以及其他事件以及由此引发的诉讼已经引起了行业一些急需的变革。 新代码的创建存在很大的滞后。 在安全规范不断发展的同时，一些企业和贸易专业人士正在采用超出规范要求的新做法。 第一个例子是，一些制造商开始在车厢门之外添加光幕，作为标准做法。 这不是代码要求，但确实开始解决与事件相关的问题和风险。 第二个例子是一些安装公司和维修公司开始开发一种“挡板”布置，可以应用于层门的背面，以减少可用空间（图 10）。

安全代码演变

安全规范与任何其他治理和法规一样，会随着时间的推移而发展，电梯规范也不例外。 美国法典的简要历史如下。

 1955：私人住宅电梯的第一个安全规范是由美国机械工程师协会 (ASME) 制定的。 除其他事项外，这是对当时众所周知的过度间隙问题的回应，该问题可能会导致在运行过程中门和电梯车厢之间存在幼儿。 该规范要求井道门与层站门槛井道边缘之间的间隙不超过 2 英寸，层站门或闸门的井道面与车厢门之间的距离不超过 4 英寸。

 1981：标准经过修订，允许从门的背面到轴的内部留有 5 英寸的间隙和 3 英寸的间隙。 随着制造商从平面剪刀门过渡到手风琴门，差距越来越大。 井道门后部和手风琴顶部之间的间隙可能为 5 英寸，但在手风琴的山谷中，空间可能高达 7-1/2 英寸或更多，具体取决于“紧密度”的程度。 ”面板在关闭位置被拉伸。

2016: 3 英寸。 X 5 英寸。 规则适用于 A17.1/B44，直到 20 年 2016 月 20 日发布更改，并于 2017 年 XNUMX 月 XNUMX 日生效。

尽管已经进行了几项更改，但在私人住宅电梯方面，其中一项对行业产生了重大影响。 这是与私人住宅电梯门和层站入口门相关的变化。 此代码更改要求门在施加 3 磅的情况下偏转不超过 4/75 英寸。 之前的 3 英寸。 X 5 英寸。 分别从井道门到门槛和轿门的距离规则已减少到 3/4 英寸 X 4 英寸。这些变化包含在 A17.1 第 5.3.1.7.2、5.3.1.8.2 和5.3.1.8.3。 这意味着井道门的安装方式必须确保门的背面距离内井道壁最多 3/4 英寸，距离车厢门最远点最多 4 英寸. 为清楚起见，图 11 和 12 突出显示了测量的来源。

家用装修店或典型的木工用品店出售的商用旋转门很难达到从层门背面测量 3/4 英寸的距离。在许多情况下，经过认证的电梯旋转门更实用，也更不容易出错。图 13 显示了这种门的示例，配有框架。

应该注意的是，代码采用不是自动的。 任何司法管辖区（无论是市、县、省还是州）都可以采用 A17.1 的任何版本。 许多司法管辖区都落后了几十年：例如，有些使用 2004 或更旧的版本，即使有许多后续版本。 无论司法管辖区是否采用了该守则，应该注意的是，遵守守则并不总是足以保护企业免受诉讼，并且在儿童受伤的情况下，根据以下情况证明您的行为的可能性不利于您安全规范的旧修订版。

为新规范设计

第一个变化，关于在指定负载下的挠度，是重要的，因为它特别试图确保一定的刚度到位，以便门中的挠曲材料“口袋”不允许人夹在中间门的背面和马车门。 对于具有过多“灵活性”（或者，用工程术语来说，刚性较低）的门，它可能满足严格的距离要求，但仍会造成危险情况，无法禁止在门和门之间存在被困人员。

满足间隙但不满足挠度要求的一个极端理论示例是使用网筛，就像您在露台门上看到的那样。 虽然这种布置方式可能满足间隙要求，但显然屏幕不够坚固，无法真正避免安全隐患。 通过对此进行编码，新代码明确了要求是什么，并希望避免过于灵活的门配置。 这种挠度要求以及收紧允许的空间是避免私人住宅电梯入口区域出现危险情况的重要措施。

有几个因素会严重影响闸门的挠度，包括物理几何形状、主要结构元件的弹性模量、总惯性矩（物理几何形状的结果）、支撑点之间的跨度以及施加的载荷和施加该载荷的点。

在许多情况下，门由几块或几块板组成。 这会使手工计算的分析练习变得具有挑战性。 在考虑更改材料的要求、满足表面处理要求或扩展产品以满足客户要求（例如，加长的车厢）时，了解不同的材料和物理形式如何影响挠度可能至关重要。 事实上，在产品制造中有很多例子，随着时间的推移，小的变化或扩展会将设计推向一个不再按预期运行且未经测试的领域。 这通常被称为“产品漂移”，即使是最勤奋的组织也可能发生这种情况。

面板挠度计算示例

让我们从单个面板开始，它是一个实心矩形横截面，尺寸为 8 英寸宽 X 1-1/4 英寸厚 X 79 英寸。 高。 私人住宅最常见的车厢高度是 80 英寸，因此使用 79 英寸将覆盖开口并留出一些间隙。 我们还假设我们试图抵抗的负载是安全规范规定的 75 磅负载。

为了计算挠度，我们首先计算施加载荷方向上横截面的转动惯量。 我们将假设载荷施加在 1 英寸厚的方向上，因为这是典型的。 使用以下公式计算实心矩形的转动惯量：

I = 1/12 X 底座 X 厚度 X 厚度 X 厚度

在这种情况下，底座 = 8 英寸； 厚度 = 1-1/4 英寸； 并且，对于此面板几何形状，转动惯量 (I) 为 1.3 英寸 4。

接下来，我们需要使用以下公式计算挠度。 请注意，此公式是一般梁弯曲和偏转的更通用公式的简化版本。 此处仅用于示例目的，以说明更改的影响。 使用此公式的挠度仅适用于施加在面板跨度 (79 英寸) 中点的载荷。

偏转 = (FXHXHXH)/(48 XEXI)

其中 F = 负载（75 磅）； H = 支撑点之间的面板高度（在本例中为 79 英寸）； E = 弹性模量（取决于材料）； I = 转动惯量（如上计算）。

假设此示例的面板是实心钢，则弹性模量是 29,000 ksi。 因此，我们在面板中点处得到的最大挠度等于 0.02 英寸。这远低于安全规范要求的 0.75 英寸，但一组 1.25 英寸厚的实心钢板不太可能将用作电梯车厢门。

表 2 说明了与不同关键机械配置参数相关的几个关键点。 第一个参数是，由于弹性模量的变化，材料选择可能会产生重大影响。 例如，钢的弹性模量是 29,000 ksi，而铝的弹性模量是 11,000 ksi。 对于常用的中密度纤维 (MDF) 板或亚克力板，其弹性模量约为 580 ksi。

值得注意的第二个参数是面板形状的潜在变化。 在载荷方向上厚度的任何变化都将是非线性的。 这显示在厚度乘以三倍（立方）的公式中。 因此，如表 2 所示，如果我们保持所有其他参数相同，但将面板厚度减半，我们将看到惯性矩和合成挠度的变化为 XNUMX 倍。

最后一个参数是注意高度变化的非线性特性，因为它们与偏转有关。 这也是面板高度的三次函数，如挠度方程所示。 因此，如表中所示，如果您稍微增加电梯车厢的高度，这会对您将观察到的偏转量产生重大影响。

我们没有在本文中介绍材料的应力和失效。 这些也是任何产品设计中的考虑因素，但超出了本文的范围。 对于任何产品设计，请获得合格工程师的服务并使用测试来确认计算。

结论

虽然私人住宅电梯贸易的这方面存在严重的安全问题和担忧，但我们遵循的安全规范最近向前迈出了重要的一步。 这些变化应该受到欢迎，并且确实存在确保这些设备所有者和用户安全的产品。 但是，我们专业和供应商群体需要保持警惕，即使安全规范没有跟上，我们在评估采取哪些做法时也应该考虑对人员和我们作为专业人士的诚信的影响。 最后，从道德的角度来看，如果要安装电梯，作为一个行业和人类，我们所有人不都希望它是安全的吗？

学习强化问题

使用以下学习强化问题来学习继续教育评估
在线考试可在 www.elevatorbooks.com 或在第本期第135期。
♦ 私人住宅电梯轿门相关安全守则的主要更新有哪些？
♦ 私人住宅马车门相关代码的制定和变更有哪些主要历史点？
♦ 平开门和马车门之间的间隙/间隙过大会带来哪些风险？
♦ 为什么门的偏转是马车门安全规范的重要补充？
♦ 市场上存在哪些主要选项？它们如何满足修订后的规范？

案例
[1] Safety Research and Strategies Inc.（www.safetyresearch.net/blog/articles/elevator-design-hazard-'s-been-killing-children-decades）。
[2] 美国消费品安全委员会 (www.cpsc.gov/s3fs-public/pdfs/Petition-CP-15-1-Residential-Elevators.pdf)。
[3] 公平警告 (www.fairwarning.com)。
[4] 顶点 Home 电梯（www.acmehe.com）。
[5] TL Shield and Associates (www.tlshield.com)。
[6] ASME A17.1/CSA B44-2016 电梯和自动扶梯安全规范。
[7] Good Gate Inc. (www.goodgate.ca)。