安全链

从 2018 年芝加哥事件看现代高层电梯的安全系统

虽然经验丰富的电梯专业人士可能熟悉以下信息，但对于外行和行业新手来说尤其有用

2018 年底，芝加哥摩天大楼中的快速电梯从 95 层下行至大堂时意外停靠在了一个平台上。 调查人员发现，电梯的七根悬索中的一根断​​了，很可能是电梯经过20层时。 汽车减速到第 12 层和第 11 层之间安全、可控的停车点。 里面的六名乘客没有受伤。

该事件立即引发了轰动的媒体头条，各种声称位于北密歇根大道 875 号（原约翰汉考克中心）的电梯坠落、坠落或坠落 84 层。 它没有。

与所有现代高层电梯系统一样，大楼的电梯配备了多重冗余安全系统，以确保乘客安全。

悬索断裂是极为罕见的事件。 在这种情况下，安全系统完全按照设计工作方式工作——并且符合适用规范的要求。 本文用简单的术语解释了这些系统的工作原理，因此人们可以理解为什么在当今的超高层建筑之一中乘坐维护良好的电梯应该感到安全。

安全历史

希腊数学家阿基米德通常被认为在公元前 3 世纪创造了第一个类似电梯的设备，数千年来，起重机主要用于提升建筑材料等重物。 直到 1852 年 Elisha Graves Otis 发明了电梯安全制动器，电梯才成为人们安全、可靠的交通工具。 他的发明使现代摩天大楼成为可能，并永远改变了我们的生活方式。

奥的斯的安全制动器是一项受到启发的工程，如果起重绳断裂，则可以防止电梯坠落。 如果绳索松弛，释放张力就会触发安全制动器——一个大的板簧卡入槽口，切入导轨，在电梯轿厢的相对两侧支撑电梯。

奥蒂斯对他的设备的可靠性非常有信心，以至于他在 1854 年纽约万国工业展览会期间进行了公开演示。 站在升降平台上的人群上方，奥蒂斯下令切断固定绳索。 平台下降了几英寸； 安全制动器保持住，停止了平台的下降。 “一切平安，先生们，一切平安，”奥蒂斯戏剧性地宣布。

现代高层电梯的安全系统比奥的斯最初的安全制动器先进得多，融合了先进计算、传感器技术和材料科学等领域工程师几代人精炼的尖端技术。 一个很好的例子是由用于喷气发动机喷嘴的相同合金制成的升降舵安全制动器 - 由于其高耐热特性，因此非常适合这两种应用。

安全链

在描述当今高层电梯的安全系统时，工程师谈论的是“安全链”。 这是一个将熟悉的谚语颠倒过来的隐喻。 链条中断，电梯停止，直到问题解决。 它的实力就在于此。

例如，如果传感器检测到门锁没有锁上，控制器会阻止电梯移动，直到问题得到解决。 也无需担心停电。 如果机器断电，机器制动器自动接合，电梯停止。 乘客可能会感到不便，但他们会很安全。

现代电梯有两组基本的安全组件：电气和机械。 电气组件包括电梯控制器、传感器和软件系统。 控制器充当系统的大脑。 传感器监控与安全相关的功能，如汽车速度和位置、门锁状态或检修面板位置，并将数据发送回控制器。 软件系统提供独立评估以验证冗余传感器系统。

机械部件包括电梯机器本身、机器制动器、限速器、安全制动器（也称为轿厢安全装置）以及井道底部的缓冲器。 悬索本身也是安全系统的重要组成部分。 今天的高层电梯在许多电缆上上下移动，远远超过支撑满载汽车所需的数量。

示例场景

假设电梯超过其额定速度一定百分比：安全链中的一个环节已经打开，触发控制系统安全停止电梯。

电梯机器

在这种情况下，电梯的传感器将加速度传达给控制器，控制器最初会修改机器的电流以减慢电梯的速度。 此时，尚未应用机器制动器。 机器本身正在减慢电梯的速度。 该过程类似于手动变速器汽车的降档，而不是踩刹车。

机器刹车

如果修改机器的电流不足以降低电梯的速度，则控制器会切断机器的所有电源并应用机器制动器，进一步降低电梯的速度。 安全系统旨在（根据适用规范）使电梯受控停止。

州长和汽车安全

如果电梯继续加速——或者用工程术语来说是“超速”——调速器是安全等级中下一个要激活的组件。 调速器是一种安装在机房内的速度感应装置。 它有自己的滑轮，由连接在电梯轿厢上的钢缆（限速器绳索）移动——这意味着它以与电梯相同的速度移动。 如果调速器旋转得太快，内部的飞锤会向外弹起，从而使抓住调速器绳索的装置跳闸。

现在静止的调速器绳拉动安全装置——本质上是汽车本身的紧急刹车——并使它们接合。

安全装置夹在井道导轨上，使电梯安全停止。 这些安全装置是奥的斯安全制动器的现代版本。

缓冲区

缓冲器位于井道底部，可以吸收和消散电梯下降的能量。 在高层电梯系统中，缓冲器是液压活塞，看起来有点像汽车机械师用来提升汽车的起重机，以便它们可以在起落架上工作。

如果其他制动部件在电梯到达井道底部时没有足够的时间使电梯完全停止，缓冲器就会发挥作用。 它们使汽车减速停止，就像巨大的汽车减震器一样。

安全进展

与这些安全系统一样可靠，研究工程师不断开发新技术以不断提高性能。 一个相对较新的创新是电梯安全相关应用中的可编程电子系统 (PESSRAL)。

随着可编程电子系统的进步，控制系统变得更加智能。 他们不仅知道安全链中的某个环节是开放的，还可以识别哪个环节是开放的，并根据情况定制响应。 控制系统的反应变得更像是人们在汽车方向盘后面的反应：有时，他们选择变道； 其他时候，他们决定完全停止。

使用 PESSRAL，控制器变得更加智能，并对问题做出自定义响应，而不是只有一种选择：停止电梯并阻止其运行。

结语

自从 Elisha Graves Otis 的安全制动器的灵感发明以来，现代高层电梯的安全功能已经演变成完全集成的系统，包括机械组件、智能控制器和内置多个安全冗余的先进电子设备。

有了所有这些措施，电梯提供了一种安全、可靠和方便的交通方式。

不仅如此，电梯在创造当今互联的城市世界方面发挥了不可或缺的作用。 据联合国统计，占世界人口的 55%，即约 4.4。 亿人，生活在城市。 预计到70年这一数字将达到近2050%。无法想象这个没有电梯的世界。