CN110294385A - 电梯耗能减震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电梯耗能减震装置，包括：挡风板，所述挡风板的第一端延伸至电梯井道，位于电梯井道壁与电梯轿厢之间的孔隙中，所述挡风板的第二端与固定在电梯井道墙体内的钢制安全装置相连，所述挡风板的第二端与墙体内的钢制安全装置的连接处具有撕裂口；减速片的第一端与安装在电梯井道内的钢制安全装置内侧下方的滚轴相连，滚轴为不锈钢材质，可使减速片在转动时所受的摩擦力尽可能小，减速片的第二端与所述挡风板的第二端相接触，减速片的中部通过经过设计的弹簧与所述槽体内壁连接；所述减速片下方的墙体外壁上设置有消能曲环。本发明的电梯耗能减震装置高了电梯的安全性，保护了乘客生命安全。
Description
技术领域
本发明涉及电梯安全技术领域，特别是指一种电梯耗能减震装置。
背景技术
电梯作为楼房中的垂直交通工具，其安全性能至为重要，目前用于保护电梯安全的装置主要有：限速器及安全钳、缓冲器以及终端超越保护装置。
限速器及安全钳：限速器能够反映轿厢或对重的实际运行速度，当电梯运行速度达到或超过限制速度时(一般为正常运行速度的115％)，限速器即会停止运行，并提起安装在轿厢上的连杆机构，通过机械运动发出信号，切断控制电路，迫使安全钳动作，强制迫停电梯轿厢。如安全钳不复位，则电梯不能正常运行，所以限速器是在电梯超速时起检测作用的。
缓冲器：缓冲器是电梯下坠的最后一道安全装置，当所有保护措施失效时，带有较大速度与能量的轿厢便会冲向底层，造成严重的后果。设置缓冲器的作用就是吸收和耗散电梯下坠的能量，一般在对重侧和轿厢侧都安装有缓冲器。
终端超越保护装置：该装置作用在于防止电梯的电气系统失灵，轿厢越过上下端后仍继续运行，继而发生冲顶或撞底事故，而在轿厢导轨上下终端支架上安装的装置。电梯失控时，电梯上打板与强迫减速开关按触，迫使电梯停驶。
由此可见，电梯的安全由上述三个装置分工负责，当电梯下坠时，由限速器作用迫使电梯停下，而当限速器失效，且绳索断裂时，则只有缓冲器能够起到一定的缓冲消能作用，由诸多文献可知，缓冲器的安全保护功能只有当电梯下坠高度(距离电梯基坑底部缓冲器)只有一到三层时才能发挥功效，而现代楼房高度多在十几层乃至上百层，如限速器在较高的楼层失效，电梯下落，则电梯中的人员必然遭遇不测。而终端超越保护装置只是限制电梯不超过端部，其在该种情况下不能发挥安全功能。
在相关研究中，采用多级模糊综合评判方法对南京市102台使用超过10年的老旧住宅电梯进行安全综合评判，发现94％的老旧电梯处于中间的异常(IV级)和较危险(III级)等级，问题过于严重处于危险(V级)和较安全(II级)的电梯均屈指可数，基本没有电梯处于安全级别，其指标不合格率最高的为制动器机械部件、使用频繁情况和载荷状况，分别为97.1％和94.1％，而其维保质量不合格率为72.5％，可见对于使用多年的电梯，是无法保证其维修保养安全到位的，所以，在电梯自身的安全设备之外，仍有增设不依赖于电力的被动式安全装置的必要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种电梯耗能减震装置，用以解决相关技术中电梯安全性下降的问题。
根据本发明的第一个方面，提供了一种电梯耗能减震装置，包括：挡风板，所述挡风板设置于电梯轿厢与电梯井道之间的缝隙处，所述挡风板的第一端延伸至电梯井道，所述挡风板的第二端连接于所述电梯耗能减震装置的外壁，所述挡风板的第二端与所述墙体外壁的连接处具有撕裂口，在所述挡风板受到的外力大于阈值时，所述挡风板沿所述撕裂口撕裂，与所述墙体外壁分离；减速片，所述减速片的第一端与电梯井道墙体上开设的槽体的内壁相连，所述减速片的第二端与所述挡风板的第二端相接触，所述减速片的中部通过弹性部件与所述槽体内壁连接；所述减速片下方的墙体外壁上设置有消能曲环，当所述减速片的第二端被下降的电梯减速撞角撞击时，所述减速片的第二端沿受力方向运动，受所述弹性部件推动，当所述减速片被撞击至与所述消能曲环外的竖板的上端接触时，所述竖板向下运动，所述消能曲环在所述竖板的带动下受力屈服。
可选的，所述竖板为刚性板，所述刚性板以及所述消能曲环通过螺栓贯穿固定于墙体上，所述刚性板的高度高于所述消能曲环在所述墙壁上的高度。
可选的，所述减速片为软钢材质。
可选的，所述电梯包括刚性外骨架，所述刚性外骨架包裹所述电梯轿厢。
可选的，所述装置还包括：设置在所述电梯轿厢与电梯刚性外骨架之间的弹性限位结构，在所述电梯轿厢相对所述电梯刚性外骨架向下运动时，所述弹性限位结构中的弹性部件被压缩。
可选的，所述电梯轿厢与电梯刚性外骨架之间为弱连接。
可选的，所述装置还包括：设置于所述槽体内壁的钢制壳体，所述钢制壳体背面设置有加劲板。
可选的，所述消能曲环通过螺栓固定于墙体外壁。
可选的，所述装置安装于电梯井道中的钢筋混凝土梁上。
可选的，四个所述装置安装于电梯井道两侧的混凝土梁上，四个所述装置的标高一致。
从上面所述可以看出，本发明的电梯耗能减震装置利用减速片以及消能曲环屈服后的弯曲变形来消耗电梯下降过程中能量，有效缓冲了电梯下降产生的冲击力以及延长了电梯下坠时的冲击时间，提高了电梯的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种电梯耗能减震装置的示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的减速片受电梯减速刚性撞角撞击产生形变的示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的耗能减震装置安装的平面示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的电梯轿厢与电梯耗能减震装置接触时的初始位置示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的耗能减震装置的正立面的示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的耗能减震装置安装于墙体上的平面示意图；
图7是根据一示例性实施例示出的挡风板示意图；
图8是根据一示例性实施例示出的挡风板在3-3面的截面示意图；
图9是根据一示例性实施例示出的电梯轿厢内筒在冲击作用下与电梯外骨架分离的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
图1是根据一示例性实施例示出的一种电梯耗能减震装置的示意图，如图1所示，该装置包括：
挡风板(6)，所述挡风板(6)设置于电梯轿厢与电梯井道之间的缝隙处，所述挡风板(6)的第一端延伸至电梯井道，所述挡风板(6)的第二端连接于所述电梯耗能减震装置的外壁，例如，如图1所示，该挡风板(6)与所述电梯耗能减震装置右下角内壁通过不锈钢滚轴连接，所述挡风板的第二端与所述墙体外壁的连接处具有撕裂口，在所述挡风板(6)受到的外力大于阈值时，所述挡风板(6)沿所述撕裂口撕裂，与所述墙体外壁分离；
减速片(1)，所述减速片的第一端与电梯井道墙体上开设的槽体的内壁相连，所述减速片(1)的第二端与所述挡风板(6)的第二端相接触，所述减速片(1)的中部通过弹性部件(7)与所述槽体内壁连接；
所述减速片(1)下方的墙体外壁上设置有消能曲环(2)，当所述减速片(1)的第二端被下降的电梯减速撞角撞击时，所述减速片(1)的第二端沿受力方向运动，受所述弹性部件(7)推动，当所述减速片(1)被撞击至与所述消能曲环(2)外的竖板(5)的上端接触时，竖板(5)向下运动，所述消能曲环(2)在所述竖板(5)的带动下受力屈服。
本发明的电梯耗能减震装置利用减速片以及消能曲环屈服后的弯曲变形来消耗电梯下降过程中能量，有效缓冲了电梯下降产生的冲击力以及延长了电梯下坠时的冲击时间，提高了电梯的安全性。
在一种可实现方式中，如图1所示，所述竖板为刚性板，所述刚性板(5)以及所述消能曲环通过螺栓(8)贯穿固定于墙体上，所述刚性板(5)的高度高于所述消能曲环在所述墙壁上的高度，基于此，所述减速片(1)被电梯减速刚性撞角撞击，其第二端沿撞击方向运动并产生形变后，减速片(1)首先与刚性板(5)相接触，带动刚性板(5)向下运动，与刚性板(5)连接的软钢消能曲环(为上述消能曲环的一个示例)将迅速屈服，且随着刚性板(5)向下运动，其屈服位置将随着刚性板(5)的运动不断移动，从而连续耗能，达到最大限度减小电梯下坠速度的目的，通过合理设计软钢消能曲环的厚度和竖板向下运动的距离，能够使电梯耗能减震装置所消耗的能量大于电梯满载时下坠一层的势能。
在一种可实现方式中，耗能减震装置中的减速片(1)、消能曲环(2)可利用金属屈服后的弯曲变形来耗散能量，例如可采用Q235型钢材。如图2所示，当减速片(1)受到电梯减速刚性撞角11的撞击时(该减速刚性撞角通过弱连接12与电梯外筒相连)，会由于受力而产生形变。需要指出的是，可以在软钢减速片后加设加劲板，利用加劲板的剪切塑性变形来增加软钢减速片的耗能能力和极限屈服承载力(避免在消能曲环屈服前软钢减速片因为冲击力过大而发生剪切变形)。基于此，如图1所示，所述装置还可包括：设置于所述槽体内壁的钢制壳体，所述钢制壳体背面设置有加劲板(4)，钢制外壳通过螺栓3固定。图3是根据一示例性实施例示出的耗能减震装置安装的平面示意图，如图3所示，每层楼层安装四个电梯耗能减震装置30，安装位置可为每层的剪力体墙或钢筋混凝土梁(也称防撞梁)(17)上，四个装置位于同一标高，且需避免导致电梯在冲击屈服耗能过程中发生大角度的旋转，同时要求该钢筋混凝土梁(17)需能够通过冲击荷载的测试，避免钢筋混凝土梁在电梯冲击荷载的作用下屈服破坏，导致房屋结构的破坏。
图4是根据一示例性实施例示出的电梯轿厢与电梯耗能减震装置接触时的初始位置示意图，在图4中，示出了两个耗能减震装置，分别位于电梯轿厢的左右两侧，如图4所示，所述消能曲环(2)通过螺栓(3)固定于墙体外壁，该消能曲环(2)例如可以是错开型软钢曲形环。需要说明的是，在电梯轿厢(16)与电梯耗能减震装置接触时，挡风板(由于挡风板被风吹走，故图4中并未示出挡风板)已经脱离墙体外壁，挡风板可以为塑料材质，其材料应轻便坚固，一则便于被电梯间隙中的风撕裂，另一方面，在挡风板被吹走后，不致对耗能减震装置发挥作用产生影响。在挡风板未脱离墙体外壁之前，其一端伸出到井道中，能够感受到井道中空气流速不同所产生的不同风压力，图4中所示的箭头方向表示挡风板感受到的风的方向。图5是根据一示例性实施例示出的耗能减震装置的正立面的示意图，如图5所示，在挡风板的两侧，有两道经过设计的撕裂口(9)，该处的扭矩远小于挡风板的其他位置，该处能够在挡风板上的风压大于一定限值(同上述阈值)时迅速撕裂，其中，LQ为墙体厚度，B1为挡风板的宽度。图6是耗能减震装置安装于墙体上的平面示意图，图6中所示的(18)为挡风板垂直连接板。
图7是根据一示例性实施例示出的挡风板的示意图，如图7所示，其中，(9)为挡风板撕裂口，(19)是挡风板下部集中撕裂处，(20)为挡风板水平伸出翼板，(18)为挡风板垂直连接板，图8是挡风板在3-3面的截面示意图。
以下对耗能减震装置被触发的过程进行说明。
当电梯正常运行时，各层的电梯门正常关闭的情况下，电梯井道为一个近乎封闭的空间，只有各层的电梯门缝隙处存在极小的空气流动，因此，电梯井道内空气体积可被认为是恒定的。当电梯向下运行或移动时，会对电梯下方井道内的空气产生压缩，根据空气体积恒定的假定，空气将从电梯轿厢与电梯井道之间的空隙向上流动。对于中低速电梯而言，电梯正常运行的速度在一定的区间范围之内，其在挡风板上产生的风压也是在一定区间范围内变化的，即存在电梯正常运行所对应的风速的上限值。因此通过对挡风板进行合理设计，例如，调整伸出长度、挡风面积、撕裂口连接面积和位置，可使电梯正常运行时的风压力小于挡风板的极限承载力。需要说明的是，为了具备合理的安全系数，可以参考现行建筑钢结构设计规范中有关安全系数的规定，要求挡风板的撕裂口的极限承载能力在电梯正常运行时风速上限值所产生的作用力的2倍以上，且应当能够在正常使用条件下经受10万次以上的反复加载(保证耗能减震装置的使用寿命足够长，减少因老化而导致的更换)。
当电梯自身所附带的安全装置失效，电梯失速坠落时，其下坠速度超过正常运行速度一定限值后，电梯通过安装有耗能减震装置的某个楼层时，电梯轿厢与井道之间的间隙中增大的风力将迅速撕裂挡风板的限定撕裂口(9)，挡风板被风吹向井道上方，软钢减速片(1)(为上述减速片的一个示例)将在弹簧(7)(为上述弹性部件的一个示例)的作用下迅速落下，其必须早于电梯轿厢减速撞角到达冲击位置(冲击位置为软钢减速片转动一定角度后，其边缘能够与电梯撞角相撞的位置)，电梯轿厢上方的减速撞角随后落下撞击软钢减速片，软钢减速片受到电梯下坠冲击后，迅速到达消能曲环(2)外的刚性板(5)上，带动刚性板(5)向下运动，与刚性板(5)连接的软钢消能曲环(2)将迅速屈服，且随着刚性板(5)向下运动，其屈服位置将不断移动，从而起到连续耗能的作用，达到最大限度减小电梯下坠速度的目的，通过合理设计软钢消能环(2)的厚度和刚性板(5)向下运动的距离，能够使耗能减震装置所消耗的能量大于电梯满载时下坠一层的势能。
图9是根据一示例性实施例示出的电梯轿厢内筒在冲击作用下与电梯外骨架分离的示意图，如图9所示，所述电梯还可包括刚性外骨架(11)，所述刚性外骨架(11)包裹所述电梯轿厢(16)。所述装置还包括：设置在所述电梯轿厢(16)与电梯刚性外骨架(11)之间的弹性限位结构(14)，在所述电梯轿厢(16)相对所述电梯刚性外骨架(11)向下运动时，所述弹性限位结构(14)中的弹性部件(13)被压缩。所述电梯轿厢(16)与电梯刚性外骨架(11)之间可为弱连接，以使电梯轿厢在受到的一定外力的作用下，该弱连接屈服至完全撕裂后电梯轿厢与电梯刚性外骨架之间分离。在图9中，电梯减速撞角(10)与减速片(1)撞击，减速片(1)的第二端与刚性板(5)接触，电梯轿厢(16)下坠高度大于1.5层楼层，电梯轿厢(16)内筒与电梯刚性外骨架(11)分离，电梯轿厢(16)与电梯刚性外骨架(11)之间的弱连接屈服，使得电梯轿厢内筒压缩弹性限位结构(14)中的弹簧(13)，从而起到延时减震的作用。
本发明的耗能减震装置，利用梯次屈服以及梯次耗能减震的方式，为电梯提供了多重防线的保护，同时通过软钢耗能时间和电梯弱连接屈服后弹簧压缩冲程两个时段，有效延长了电梯下坠时的冲击时间，减少了对电梯中乘客身体的损害。
以下对本发明的电梯耗能减震装置在电梯下降过程中所起到的耗能减震作用进行分析。
在电梯冲击作用下，根据电梯下坠位置及速度(假定电梯从下坠位置处处于自由落体)，软钢减速片在电梯撞角冲击下有两种可能的状态：
1、电梯下坠位置离发挥作用的耗能减震装置的高度在0.6层-1.5层楼层高度(满载)时，软钢减速片不屈服，消能曲环在软钢减速片带动下耗能，电梯的重力势能经过消能曲环耗能后消散，电梯停留在该层的耗能减震装置上。
2、电梯下坠位置离发挥作用的耗能减震装置的高度在1.5层楼层高度以上(可能是上一层耗能减震装置失效或未达到撕裂挡风板撕裂口的风速)，消能曲环未能完全耗散电梯下坠的重力势能，软钢减速片随后屈服并耗能，其累计耗散的能量仍然小于电梯轿厢下坠的重力势能(满载)，此时，电梯轿厢将继续向下一层坠落，但本层耗能减震装置的耗能有效的减小了电梯下坠的速度(通过本耗能减震装置后的下坠速度小于到达本耗能减震装置前的下坠速度)，此时，当电梯初始下坠高度离发挥作用的耗能减震装置小于2.5层楼层高度时，将在下一道发挥作用的耗能减震装置上耗能后被制动。
如电梯初始下坠高度大于2.5层楼层高度时，电梯有可能通过下坠方向上每一层的耗能减震装置的屈服耗能，保证电梯的重力势能能够逐次耗散，从而使其可能在下方的某一层被该层的耗能减震装置所遏止，或者按逐次耗能后减小的速度下落，为电梯井底部缓冲器发挥安全减速作用提供可能，起到有效保护电梯中人员安全的作用。
综上可知，本发明的电梯耗能减震装置在电梯自身安全装置失灵的情况下，提供了三重防线对电梯进行防护。
第一重防线：电梯失速高度在本层耗能减震装置上方0.6层-1.5层楼层高度范围内时，本层耗能减震装置可通过耗能迫使其停止。
第二重防线：电梯失速高度在本层耗能减震装置上方1.5层-2.5层楼层高度范围内时，本层耗能减震装置耗散的能量为1.5层楼层高度的重力势能，其将在下一层耗能减震装置处耗能并被迫使停住。
第三重防线：当各层的耗能减震装置均未能通过耗能迫使电梯停止坠落时，电梯将在各层发挥作用的耗能减震装置处耗散重力势能，从而避免其自由落体，维持其下坠速度不至于过大，从而使其有可能在底部缓冲器的缓冲下不至于发生过大的冲击，避免使电梯内的乘客免受伤害(此重防线)。
基于上述第二重和第三重防护基础上，本发明对电梯自身进行了改进，增设了外筒(即上述刚性外骨架的一个示例)，为应对电梯下坠遇到减速片时所产生的巨大冲击力，外筒应坚固可靠，外筒可以为一骨架，包裹覆盖电梯轿厢外筒骨架与电梯轿厢间有一弱连接，当电梯失速处于第一重防线内时，弱连接不屈服，电梯轿厢可正常运行，当电梯失速处于第二重、第三重防线时，弱连接屈服，轿厢与骨架间的弹簧发挥缓冲作用，可防止硬碰撞对电梯轿厢内的乘客产生的危害。
在一种可实现方式中，电梯轿厢及其刚性外骨架应设计为受到冲击时足够坚固不发生变形，电梯轿厢的减速撞角与电梯轿厢骨架通过焊接方式牢固相连，要求减速撞角在下落撞击软钢减速片驱使消能曲环屈服耗能的过程中不变形不脱落。
在一种可实现方式中，耗能减震装置的触发条件，需要挡风板在下坠时活塞风的作用下不会被撕裂，而在间隙风的作用下，迅速被撕裂，这可以通过调整电梯轿厢截面积和电梯井道截面积的相对大小或挡风板尺寸大小或厚度来实现。
在电梯正常运行时，电梯间隙中的风速存在一个上限值，因此将不足以损坏挡风板，也不足以使得挡风板上的撕裂口被撕裂，挡风板面积为S1＝B1L3，风速为v时，作用在挡风板上的力为：F＝ρgv’S1；
假定电梯自身各安全装置失灵，电梯进行自由落体运动，层高为住宅建筑中常见的3m层高(对于其他层高，也可按同理进行推论)。
由此可算得电梯轿厢在不同高度坠落到软钢减速片上时的速度值如下表1中所示。
表1
由上表1可见，当电梯坠落高度大于0.3层楼层高度时，其坠落到本层软钢减速片上时的运行速度已经较大，远大于1～2m/s的正常运行速度，此时意味着作用在挡风板上的风压力也远远大于正常风压力，足以撕裂挡风板上预设的撕裂口。
由此可算得电梯由不同坠落高度自由落体到达软钢减速片时所需的时间如下表2所示：
表2
由上表2可见，电梯轿厢的坠落时间很短，假定电梯轿厢从发挥作用的本层的耗能减震装置上方0.5层楼层高度下坠，当其轿厢下方到达本耗能减震装置的挡风板处时，挡风板撕裂，软钢减速片弹出，用时0.55s，而当轿厢顶部减速撞角到达挡风板原安装位置处时(此时相当于坠落1.5层楼层高度)，只有0.96s的时间，这要求软钢减速片在不到0.4s的时间内及时弹出，并迅速到位，卡住减速撞角。由附图1中的软钢减速片尺寸关系图可知，当给定软钢减速片伸出部分长度L1和总长度L后，可以推导得其支在挡风板上时的角度θ：
当电梯下坠到耗能减震装置处，软钢减速片落下，刚好卡在减速撞角下的位置，此时软钢减速片与水平向的夹角θ1，可以由撞角与水平放置时软钢减速片的重叠长度L2和软钢减速片的总长度L推导出。
要使软钢减速片能够及时卡位，则需软钢减速片在重力作用下转动角度：
Δθ＝θ-θ1 (3)
转动角度△θ所需的时间为：
假定软钢减速片总长度L为230mm，挡风板水平布置时，伸出部分长度L1为80mm，而减速撞角与软钢减速片水平布置时的重叠长度L2为20mm，则可计算得θ的角度为49.3度，θ1的角度为24.1度。
此时转动加速度α为41.67s-2，所需时间为：
这个时间t是在假定转矩T恒定情况下计算得到的，实际上，在软钢减速片落下的过程中，该转矩T将不断增大，但考虑到挡风板所受向上风力的阻碍作用(软钢减速片较厚，风力的阻碍作用不大)，实际所需时间将比较接近该计算值，由上述表2可知，电梯从0.5层楼层高度下坠，耗能减震装置完全能够在挡风板撕裂后，电梯减速撞角到达挡风板位置前卡住减速撞角。
如下表3是电梯在不同坠落高度梯身完全通过耗能减震装置的时间间隔表。
表3
由上述表3可知，只要电梯坠落高度(距离发挥作用的耗能减震装置的高度)不大于2.5层楼层高度，本发明的耗能减震装置完全可以及时被触发，如果通过附加在减震片后的弹簧施加附加作用力，反应时间还可以进一步被缩短。
为了保证本发明的耗能减震装置的第三道防线可以成功实现，要求每层所布置的软钢减速片及消能曲环所能够耗散的能量要至少大于电梯满载时坠落1.5层楼层所产生的重力势能E0。
即四个耗能减震装置消耗的能量之和至少应大于电梯轿厢满载时下落1.5层楼层的重力势能。
其中，四个耗能曲环所耗散的能量可以被设置为相当于电梯轿厢满载时坠落1层楼层高度左右的重力势能。
假定M为电梯轿厢自重，M1为电梯最大载重量，h为单层楼层层高，则电梯轿厢满载时坠落1.5层楼层高度的重力势能为：
E0＝1.5(M+M1)gh (5)
即至少需要4E≥E0 (6)
其中，E为一个耗能减震装置完全屈服(在消能曲环屈服后，软钢减速片也随之屈服，且其变形不足以限制电梯的坠落)后所耗散的能量。
由上可知，当满足上述式(5)、(6)时，电梯坠落位置位于发挥作用的本楼层的耗能减震装置以上0.5层到1.5层楼层高度时，本发明的耗能减震装置可以有效实现第一道防线所述的制止电梯下坠的功能。
而当满足电梯坠落高度不大于2.5层楼层高度(电梯坠落位置位于发挥作用的本层耗能减震装置以上1.5层到2.5层楼层高度时)，可有效实现第二道防线中所述的在第二层发挥作用的耗能减震装置处制止电梯下坠的功能。
如要求实现第三道防线的层层耗能，可配合合理设计的弹性限位结构中的弹簧，以减小软钢减速片的反应时间。同时，对挡风板撕裂极限弯矩也需要适应进行调整。
关于挡风板撕裂口的问题，作用在挡风板上的作用力包括：
风力：F＝ρgv’S1
挡板重力产生的水平推力：F2＝mg cosθ/2sinθ (7)
假定挡风板在撕裂口产生的弯矩为T1，电梯正常运行时风在撕裂口产生的弯矩为T2，则上升时，撕裂口承受的弯矩为T3＝T2-T1，下降时承受的弯矩为T4＝T1+T2。
当电梯下行时，风力产生的弯矩和挡风板重力产生的弯矩方向相同，而当电梯上行时，风力产生的弯矩和挡风板重力产生的弯矩方向相反，因此，对于同样的撕裂弯矩，电梯正常运行时上升所产生的弯矩小于下行时的弯矩，因此，设计挡风板时，需要考虑在下行风力作用下的反复加载所产生的疲劳问题。
而当电梯失速下坠时，作用在撕裂口的弯矩为T5＝NT1+T2；
其中，N为电梯下坠时电梯井道与电梯轿厢之间间隙中风力与正常运行时最大风力的比值；为实现撕裂口在电梯失速下坠时的快速撕裂，要求撕裂口的极限承载弯矩Tmax远大于T4又远小于T5。
同时，除撕裂口以外的挡风板部分，厚度应该加强，刚度应足够大，其极限破坏弯矩T’max刚应远大于T5。以避免在挡风板的非撕裂口处发生破坏，导致耗能减震装置不能发挥作用。
本发明的耗能减震装置的设计思想是，将安全冲击接触时间分为两个部分，第一部分为减速撞角撞击软钢减速片，带动消能曲环屈服位移；第二部分为在巨大加速度作用下的惯性力撕裂电梯轿厢内筒与刚性外骨架之间的弱连接，电梯内筒在惯性力作用下压缩弹簧发生位移。
本发明设定的第一重防线为0.5-1.5层楼层高度坠落时，能够被第一道耗能减震装置消能并迫使其停留在软钢减速片上。其中，消能曲环应能消耗电梯轿厢满载时1.2层楼层高度的重力势能，此时，电梯轿厢坠落速度从12.2m/s降低到4.4m/s。
在此做两个假定，一是电梯轿厢坠落速度为匀速降低，二是假定消能曲环耗能运动长度为6cm，假定电梯坠落速度为匀速减小(此处为估算)，则电梯轿厢的冲击接触时间可以推算得到，其时长约为7ms。
电梯轿厢在与耗能减震装置冲击过程中，其惯性加速度为16G，只需要弱连接的撕裂屈服加速度在16G以下即可实现轿厢内筒与刚性外骨架之间的相互运动。假定电梯轿厢刚性外骨架在运动了6cm后停在了耗能减震装置的软钢减速片上，而电梯内筒将在弹簧作用下减速运动直至触底反弹。这个冲程需要大于0.05ms，弹簧减震压缩高度需要大于0.5米(电梯轿厢总高度大于2m)，可通过对电梯轿厢自身结构改进来实现。缓冲弹簧的弹性刚度和压缩距离应确保能够在电梯下坠高度小于2层楼层高度时能够起到缓冲的作用，却又不至于因为压缩过大直接冲击到底部发生刚性碰撞。
应当指出的是，挡风板的撕裂风压应当适当大于正常运行时的最大风压，且在电梯投入使用前应进行试运行，同时，耗能减震装置的梁应经过特别设计，能够承受电梯满载时从两层楼层高处下坠所产生的冲击力，并处于弹性范围内。
基于本发明实施例的上述电梯耗能减震装置，当电梯失速坠落，挡风板被风力吹走，减速片第二端失去支撑，将在弹簧弹力和重力荷载作用下转动到与消能曲环的竖板相接触的位置，电梯减速撞角随即撞击减速片的第二端，减速片沿受力方向运动，带动消能曲环消耗电梯下坠的重力势能，此时减速片在撞击力作用下未发生弯曲形变，当消能曲环屈服耗能后，减速片转动到水平位置时，减速片施加到电梯外骨架减速撞角上的反作用力超过了电梯轿厢内弱连接位置的屈服力，电梯轿厢与外骨架分离，延时减震弹簧压缩冲程减小电梯轿厢内人所受到的实时冲击力。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电梯耗能减震装置，其特征在于，包括：
挡风板，所述挡风板设置于电梯轿厢与电梯井道之间的缝隙处，所述挡风板的第一端延伸至电梯井道，所述挡风板的第二端连接于所述电梯耗能减震装置的外壁，所述挡风板的第二端与所述墙体外壁的连接处具有撕裂口，在所述挡风板受到的外力大于阈值时，所述挡风板沿所述撕裂口撕裂，与所述墙体外壁分离；
减速片，所述减速片的第一端与电梯井道墙体上开设的槽体的内壁相连，所述减速片的第二端与所述挡风板的第二端相接触，所述减速片的中部通过弹性部件与所述槽体内壁连接；
所述减速片下方的墙体外壁上设置有消能曲环，当所述减速片的第二端被下降的电梯减速撞角撞击时，所述减速片的第二端沿受力方向运动，受所述弹性部件推动，当所述减速片被撞击至与所述消能曲环外的竖板的上端接触时，所述竖板向下运动，所述消能曲环在所述竖板的带动下受力屈服。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述竖板为刚性板，所述刚性板以及所述消能曲环通过螺栓贯穿固定于墙体上，所述刚性板的高度高于所述消能曲环在所述墙壁上的高度。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述减速片为软钢材质。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电梯包括刚性外骨架，所述刚性外骨架包裹所述电梯轿厢。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
设置在所述电梯轿厢与电梯刚性外骨架之间的弹性限位结构，在所述电梯轿厢相对所述电梯刚性外骨架向下运动时，所述弹性限位结构中的弹性部件被压缩。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电梯轿厢与电梯刚性外骨架之间为弱连接。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
设置于所述槽体内壁的钢制壳体，所述钢制壳体背面设置有加劲板。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述消能曲环通过螺栓固定于墙体外壁。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置安装于电梯井道中的钢筋混凝土梁上。
10.根据权利要求1至9任一项所述的装置，其特征在于，四个所述装置安装于电梯井道两侧的混凝土梁上，四个所述装置的标高一致。
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