常见的电梯限速器的结构、工作原理、性能特点及适用场景

作者：杨德明（日立电梯(中国)有限公司） ｜ 《中国电梯》2025年第8期

限速器是电梯的主要安全部件之一，在电梯超速时起到关键的保护作用。目前，电梯限速器种类多样，不同厂家、不同型号的电梯所采用的限速器结构存在一定差异。常见的限速器有3种类型：棘轮靴式、棘轮块式和摆臂曳引式。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11121.html

下面，笔者分析这3种限速器的结构、工作原理和性能特点，并对比它们的优缺点及适用场景，为限速器的正确选型、限速器-安全钳系统匹配优化、电梯新产品开发工作提供参考。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11121.html

1 3种限速器的结构和工作原理

1.1 棘轮靴式限速器的结构和工作原理

棘轮靴式限速器是中低速电梯中应用最广泛的限速器种类，其典型结构如图1所示。该种限速器具有结构简单、动作精度高、钢丝绳夹持可靠等显著优点。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11121.html

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这种限速器的工作原理为：在电梯正常运行时，离心锤所受离心力小于调速弹簧的压缩力，离心锤保持闭合状态，限速器正常运转。当电梯超速时，离心锤的离心力大于调速弹簧的预紧力，离心锤向外甩开，首先触发超速开关断开，使电梯驱动主机抱闸，制动轿厢。如果此时轿厢继续加速，则离心锤进一步张开，下压棘爪与棘轮啮合，绳轮驱动棘轮旋转，驱动制动座下压，使制动靴与绳轮共同夹持钢丝绳，提拉安全钳实现轿厢制停。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11121.html

当需要复位限速器时，只需使轿厢上行，促使限速器反转，即可解除夹持状态。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11121.html

1.2 棘轮块式限速器的结构和工作原理

棘轮块式限速器是专为高速电梯设计的限速装置，其核心特征是将电梯速度检测机构与钢丝绳夹持机构分离。这种设计使制动块独立承担高速冲击载荷，有效保护绳轮免受高速冲击损伤。如图2所示的结构已在高速电梯领域获得广泛应用。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11121.html

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这种限速器的工作原理为：在电梯正常运行时，工作状态与棘轮靴式限速器基本一致，离心锤保持闭合状态，限速器正常运转。当电梯超速时，限速器超速运转，离心锤的离心力大于调速弹簧的预紧力，离心锤向外甩开，触碰超速开关的打板，切断安全回路，制动器失电抱闸。如果此时轿厢继续加速，则离心锤继续向外甩开，下压棘爪与棘轮啮合，绳轮带动棘轮旋转，制动块下落夹持钢丝绳，与安全钳联动实施紧急制停。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11121.html

当需要复位限速器时，将制动块撬起，使制动块与钢丝绳脱离接触，即可解除夹持状态。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11121.html

1.3 摆臂曳引式限速器的结构和工作原理

摆臂曳引式限速器采用摩擦传动原理，其核心特征是通过绳轮轮槽与钢丝绳的摩擦力实现动力传递。该设计适用于提拉力需求较小的中低速电梯场景，具有结构紧凑、响应灵敏的特点。

这种限速器的结构如图3所示，其工作原理为：绳轮、凸轮、棘轮为同轴装配，当电梯轿厢下行时，限速器钢丝绳驱动绳轮旋转，此时触发轮会紧贴凸轮的轮廓线运动，而摆臂的另一端装有调速弹簧，凸轮轮廓线的变化会带动摆臂摆动。当电梯为额定速度时，触发轮始终与凸轮保持紧贴，摆臂上的棘爪与棘轮不能接触。当电梯超速时，绳轮带动凸轮转速加快，摆臂因摆动频率升高而惯性力加大，摆动角度也随之增大，直至使超速开关断开，导致制动器失电和抱闸制动。如果此时限速器的速度仍继续上升，摆臂的摆动幅度就会进一步增加，摆臂上的棘爪将摆动至与棘轮啮合，迫使限速器绳轮停止转动。此时，限速器绳轮与钢丝绳之间的摩擦力会使钢丝绳减速并产生夹持力，钢丝绳提拉安全钳动作，使轿厢停止运行。

当需要复位限速器时，只需使轿厢上行，促使限速器反转，即可完成解锁复位。

2 3种限速器的性能特点

下面从夹持性能、响应时间、动作速度精准度3个方面对比3种限速器的性能特点。

2.1 夹持性能

3种限速器分别对应3种不同的钢丝绳夹持方式。当限速器因超速发生机械动作时，需满足以下要求：1)限速器要对钢丝绳产生足够的夹持力，以确保能通过钢丝绳提拉安全钳，进而实现制动。同时，考虑到限速器自身的强度，限速器对钢丝绳产生的夹持力不能过大。2)当限速器动作并触发安全钳动作后，安全钳(尤其是渐进式安全钳)在制停轿厢的过程中，会在导轨上滑移一段距离，这段距离在安全钳及限速器设计时已有所考虑。但在实际运行中，受环境因素(如导轨和安全钳制动元件表面状态)影响，安全钳动作时的滑移距离可能会超过设计预期。即使出现这种情况，限速器钢丝绳及其附件也必须保持完好无损。这一要求包含两方面含义：一方面，限速器钢丝绳及其附件应具备足够的强度，在承受较大拉力时不会损坏；另一方面，钢丝绳在限速器动作后不应被完全卡死，而应能在一定程度上随轿厢的滑移而滑移，避免被拉断或表面受损。

3种限速器的夹持方式如图4所示，夹持性能对比如下：1)棘轮靴式。这种限速器通过制动座带动制动靴下压，与绳轮共同夹紧钢丝绳以产生夹持力。市场上此种限速器通常采用70°绳槽角，较大的开口角度便于制动靴压入绳槽内；同时，绳槽两侧边能对制动靴起到导向作用，即便制动靴与绳槽未完全对中，也可在绳轮的导向下压紧钢丝绳。2)棘轮块式。这种限速器的绳轮与制动块相互独立：绳轮负责检测速度，制动块则通过夹持钢丝绳提供夹持力。这种分离设计能避免绳轮在制动时因遭受高速冲击而损坏；同时，采用制动块夹持钢丝绳的方式，夹持力更为稳定，提供的夹持力也较大。3)摆臂曳引式。这种限速器不依靠制动靴或制动块夹紧钢丝绳，而是利用绳轮与钢丝绳之间的摩擦力作为夹持力。为获取足够大的夹持力，绳槽通常采用 V 形缺口槽；同时，为确保使用一段时间后仍能在动作时提供足够夹持力，槽口需经过硬化处理或附带下切口，以避免因磨损导致当量摩擦因数降低。不过，这种方式存在明显局限：只能提供较小的夹持力，且运行过程中对钢丝绳的磨损较大。

2.2 响应时间

限速器的响应时间主要由两方面决定：1)限速器能否及时检测到超速情况；2)检测到超速后能否及时制停钢丝绳。其中，限速器从达到动作速度到制停钢丝绳的这段响应时间应尽可能缩短，绝不允许在安全钳动作前轿厢就已达到危险速度。对于非连续捕捉速度型的限速器，绳轮节径与每个圆周上速度捕捉点的数量之间的关系至关重要：绳轮节径越大，每个圆周上的速度捕捉点数量越少，限速器动作的离散性就越大，响应时间也越长。当采用钢丝绳与绳轮轮槽摩擦的方式制停钢丝绳时，需着重考虑绳轮槽口的当量摩擦因数和钢丝绳的张紧力。只有设计出合适的槽口当量摩擦因数及钢丝绳张紧力，才能实现对钢丝绳的正确夹持与制停。此外，限速器本身的结构设计也会对响应时间产生影响。

3种限速器的响应时间对比如下：1)棘轮靴式。当限速器检测到超速后，棘轮与棘爪啮合，此时需先带动制动座下压，直至制动靴压紧钢丝绳才能使钢丝绳减速并最终制停，同时提供夹持力。这一过程存在一定的时间差，即从限速器动作到实际产生夹持力会有一定的滞后性。2)棘轮块式。当限速器检测到超速时，棘轮棘爪会先啮合，随后需驱动棘轮旋转以释放制动块；制动块在重力作用下落下后，才会夹持钢丝绳并提供夹持力。这一过程耗时较长，导致限速器产生夹持力存在较大的滞后性。3)摆臂曳引式。这种限速器直接借助绳轮轮槽与钢丝绳之间的摩擦力提供制停钢丝绳所需的夹持力。在限速器完成机械动作后能立即产生夹持力，不存在中间传递环节，因此滞后性小、响应迅速。

2.3 动作速度精准度

限速器动作速度精准度是衡量限速器可靠性的重要指标之一。若动作速度波动较大，则表明限速器性能不够稳定。根据TSG T7007—2022《电梯型式试验规则》要求，检验时需至少连续测试 20 次动作速度，且其波动值需控制在规定范围内。

限速器的动作速度精准度首先与限速器的结构和工作原理相关：1)棘轮靴式和棘轮块式均通过离心锤的张开来触发限速器动作，由于离心锤运行较为稳定，因此这两种限速器的动作速度精准度较高。2)摆臂式则依靠摆臂随凸轮轮廓线摆动来触发动作，其晃动幅度较大，易产生较大误差，理论上动作速度波动较大。

除此之外，还有两个因素会影响限速器的动作速度精准度：1)棘轮、棘爪啮合部设计不合理。这会导致啮合不顺畅，进而造成动作速度精准度偏差。例如，若棘轮齿尖部与棘爪啮合部均有较大圆角，会使两者在啮合过程中出现圆角间相互刮碰却无法立即啮合的情况，这直接导致啮合动作滞后，降低动作速度精准度。2)棘轮、棘爪的材料选择不合理。若材料选择不当，棘轮和棘爪在初始几次啮合动作的碰撞后就会产生明显磨损，这会导致后续动作速度测试数值不断衰减，最终可能无法满足测试20次动作速度的精准度的要求。因此，制作棘轮、棘爪需选用耐磨损、耐冲击的材料。

3 3种限速器的适用场景

由以上分析可见，3种限速器在性能上各有优缺点，各自的性能特点决定了自身的适用场景，如表1所示。1)棘轮靴式体积较小，通过制动靴与绳轮共同夹持钢丝绳，在动作过程中的冲击力会直接作用于绳轮装配，对高速冲击的承受能力较低，因此适用于中低速、对钢丝绳夹持力要求中等的电梯。2)棘轮块式体积较大，速度检测与钢丝绳夹持为相互独立的两部分，能够承受高速冲击工况，因此适用于高速、提升高度大且对钢丝绳夹持力要求较大的电梯。3)摆臂曳引式体积小巧，借助绳槽表面与钢丝绳的摩擦力提供夹持力。为保证足够的夹持力，对张紧装置的重量要求较大。此外，由于没有制动靴或制动块对钢丝绳进行夹持，所能提供的夹持力较小。因此，适用于中低速、响应速度快且对钢丝绳夹持力要求较小的电梯。

4 结语

电梯的安全性、可靠性取决于各组成部件的协调配合。限速器是电梯的主要安全部件，在选型上必须与电梯的整体性能相匹配。在本文中，笔者分析了常见的3种限速器的结构、工作原理、性能特点及适用场景，供电梯设计人员参考。