近年來，電梯故障和事故時有發生。據國家質檢總局統計，2018年全年，全國共發生電梯事故32起，死亡23人，電梯安全問題仍不容小覷。
目前電梯所用的超速保護裝置主要有限速器、制動器和安全鉗。雖然電梯安全規程規定，制動器和安全鉗必須由限速器以機械聯動的方式來操縱，禁止使用由電氣、液壓或氣壓裝置來操作安全鉗。但限速器的速度檢測功能仍由電信號控制，依舊存在限速功能失靈的可能。且隨著電梯的使用和老化，限速器輪槽的磨損、限速器夾繩鉗動力不足、安全鉗鉗口異物等問題都會導致限速器失效，而限速器能否正常動作對安全鉗的制動起著至關重要的作用。
當電梯由于牽引力不足、控制失靈或制動失靈發生轎廂墩底時，緩沖器將吸收轎廂的動能，提供最后的保護，以保證人員和電梯結構的安全。目前所用的緩沖器對于緩沖行程、適用沖擊速度、緩沖期間減速度有較為嚴苛的規定，僅能對超越極限位置的轎廂起沖頂及墩底保護，面對電梯高速下墜時幾無緩沖救生作用。一旦發生電梯墜落事故，現有的電梯緩沖器所能起的作用極為有限。
針對如上電梯安全問題，西安交通大學劉馬寶教授從革新緩沖器及監測電梯健康狀態兩方面入手，在電梯物聯網、安全等方向開展了多項研究工作，取得了諸多成果，其中“機械式電梯墜落減速緩沖救生裝置”項目獲得了2016年全國科技工作者創新創業大賽金獎，后續研究成果也都申請有專利。
1.基于剪切增稠液的電梯墜落減速救生裝置
本減速救生裝置是基于剪切增稠液在沖擊過程中的吸能機理而開發，其運行不依靠任何控制裝置，完全由預先設計的剪切增稠液及減速活塞等機械裝置來完成電梯超速時的減速工作。
本裝置包括固定在電梯坑底兩側的剪切增稠液缸體，滑動設置在剪切增稠液缸體內的減速活塞。其中，減速活塞上開有多個用于剪切增稠液流過的通孔，減速活塞通過鋼絲繩繞過電梯轎廂頂部的滑輪與電梯轎廂相連接；剪切增稠液缸體的頂部設置有密封缸蓋，密封缸蓋上預留一部分空間用于儲存由于鋼絲繩及減速活塞的運動溢出的剪切增稠液，并使儲存的剪切增稠液自行回流至剪切增稠液缸體中；剪切增稠液以納米二氧化硅/聚乙二醇（SiO?/PEG）為分散體系。
電梯下行時，帶動鋼絲繩與減速活塞，自剪切增稠液缸體的底部沿剪切增稠液缸體向上運動；電梯上行時，在減速活塞的自重作用下，減速活塞連同鋼絲繩一起沿剪切增稠液缸體向下運動；正常運行時，剪切增稠液呈液態，在減速活塞上分布的通孔中自由流動；當電梯超速運行達到額定速度的115％或相關設定超限速度時，剪切增稠液的剪切應力隨剪切速率的增大而增大，減速活塞在剪切增稠液中運動的阻尼增大，起到減速的作用；同時，電梯正常運行時，減速活塞會在剪切增稠液缸體中隨電梯一起運動，起到防止剪切增稠液長期靜置出現分層的作用，從而達到使用效果。
本減速救生裝置，結構簡單，與現有的限速器和安全鉗的安全裝置相比，能夠做到不依靠任何電氣化控制設備，完全利用減速增稠液的特殊性質以及該裝置的特點，實現電梯意外墜落時的減速緩沖作用；同時，本發明所用剪切增稠液制備簡單，成本較低，且該裝置中減速活塞的往復運動，可以起到對剪切增稠液缸體內的剪切增稠液的攪拌作用，防止長時間靜置而出現分層，從而影響剪切增稠液的實際使用效果。
2.基于固體剪切吸能的電梯緩沖器
本緩沖器基于固體剪切吸能原理，利用剪切框架內壁上各層剪切棒逐層發生剪切變形和斷裂吸收能量，輔之以蓄能型或耗能型電梯緩沖器受壓縮吸能，并使電梯在緩沖階段的減速度控制在人體可承受過載的范圍以內，以實現電梯墜落時的緩沖保護作用。
該電梯墜落緩沖救生裝置安裝在電梯井道底部的基坑內，包括剪切框架，安裝在剪切框架內壁的剪切棒，用螺栓、銷釘或其他形式固定在剪切棒上方的蓄能型或耗能型電梯緩沖器及其底板。
當電梯控制設備失靈，安全鉗無法制動導致電梯轎廂高速墜落到緩沖救生裝置上半部的電梯緩沖器時，電梯緩沖器行程壓縮使沖擊能量轉換為彈性勢能或熱能；轎廂繼續壓縮其行程的過程中，緩沖器底板與剪切框架的螺栓或銷釘聯接失效，遂帶動電梯緩沖器及其底板一同向下運動，其中底板與剪切框架內側剪切棒發生剪切，由于剪切棒受到沖擊，發生剪切變形甚至斷裂，將沖擊能量吸收并轉換為變形能；電梯緩沖器受到壓縮，加之各層剪切棒從上到下依次被剪斷，電梯墜落時的沖擊動能逐層減小，從而防止了電梯高速墜落到坑底時對人體造成的傷害。
本緩沖救生裝置為純機械式裝置，能夠做到不依靠任何電氣化控制設備，可靠性高。當電梯發生墜落時，通過電梯緩沖器的壓縮和剪切棒的剪切變形實現吸收電梯墜落的沖擊動能的作用。與現行的緩沖器設計相比，本裝置增加了剪切框架與剪切棒，此改進使得墜落電梯能以多次短時間高過載的減速方式將墜落速度減至安全速度，且墜落期間最大減速度低于人體過載的耐受極限。本緩沖救生裝置制造成本低，結構簡單，且符合現行《電梯制造與安裝安全規范》，可根據電梯坑底的實際狀況進行相應的設計。同時，若剪切棒與剪切框架通過螺紋連接，當裝置起作用后，已變形或斷裂的剪切棒也將易于更換。
3.基于物聯網的電梯健康實時監測系統
本系統采用獨立于電梯電氣系統的三向加速度傳感器采集電梯運行時的相關數據，實時監測、提前診斷并解決異?；蚬收?。其具體實現方式如下：整套電梯健康實時監測系統，通過三向加速度傳感器和電梯控制系統互相連接實現。
三向加速度傳感器安裝在轎廂上，與轎廂一起上下運動獲取轎廂運行狀態數據。可獲取電梯轎廂三個方向的加速度數據。
電梯控制系統包括數據轉換模塊、數據融合模塊、判斷模塊、異常分析模塊、異常/故障消除模塊和異常/故障信息發送模塊。
（1）數據轉換模塊在接收到傳感器發送的數據后，通過時域-頻域轉換算法對數據進行時域到頻域的轉換，得到當前電梯狀態的頻域特征值或特征曲線。
（2）數據融合模塊是通過智能融合算法，不斷對采集到的頻域特征值或特征曲線進行自學習，并縮小頻域特征值或特征曲線的偏差范圍，然后將優化后的頻域特征值或特征曲線進行組合或集合，得到當前電梯運行狀態值或狀態曲線。
（3）判斷模塊可通過判斷當前電梯運行狀態值或狀態曲線是否產生設定范圍外的變化，判斷出當前電梯是否有異?；蚬收袭a生，實現故障的自診斷功能。
（4）異常分析模塊，用于在判斷出當前電梯有異常產生時，分析異常是否有導致故障的風險，從而實現故障的預診斷功能，若分析結果為可能導致故障，則會通知維保人員解決故障。
（5）異常/故障消除模塊，用于在異常有導致故障的風險，或有故障產生時，調整或修改運行狀態值或狀態曲線，從而控制電梯消除異常或故障。
（6）異常/故障信息發送模塊，用于在異常有導致故障的風險，或有故障產生時，將異?；蚬收闲畔l送到移動設備或云端，并通知到相關人員或相關部門，由相關人員或相關部門消除異?；蚬收?。
其中轎廂上安裝有判斷模塊，直接判斷傳感器所監測數據是否異常，以檢測突發故障，并將數據比對后所得出的故障代碼經平臺發送給維保人員。
全過程的監測數據保存在數據處理終端的存儲器內，監測數據經處理后，一方面作為監測結果可視化后在物聯網平臺進行展示；另一方面，代入自診斷及預診斷系統進行健康診斷，并將診斷結果（健康狀況及趨勢）反饋至物聯網可視化平臺及維保人員。
4.基于固體剪切吸能的安全智能型電梯轎廂
此系統集成了固體剪切吸能式電梯緩沖器及電梯健康實時監測系統。
首先，轎廂基本形式與現有電梯轎廂相同，區別在于轎廂四周安裝有剪切吸能式緩沖裝置，包括剪切板，剪切單元。其中剪切板平行于井道壁布置于電梯轎廂的四周，并與轎廂一起運動，通過剪切單元與電梯轎廂的承重框架連在一起，剪切板長度超出轎廂底部一定距離。當電梯發生墜落及蹲底時，剪切板首先與地面接觸，使剪切單元發生剪切破壞；當電梯發生沖頂時，最上兩層剪切單元發生剪切破壞；此過程不依靠控制裝置，完全由預設計的剪切單元與剪切板的作用來吸收能量，實現電梯墜落時的緩沖作用。
其次，轎廂上安裝有三向加速度傳感器，與轎廂一起上下運動獲取轎廂運行狀態數據?？色@取電梯轎廂三個方向的加速度數據。采用獨立于電梯電氣系統的三向加速度傳感器采集電梯運行時的相關數據，可實時監測、提前診斷并解決異?；蚬收稀＾I廂上還可安裝其他種類傳感器，諸如紅外線傳感器，以實現對轎廂內乘員生命體征的實時監測，防止出現需救助乘員在電梯內
其中轎廂上安裝有判斷模塊，直接判斷傳感器所監測數據是否異常，以檢測突發故障，并將數據比對后所得出的故障代碼經平臺發送給維保人員。
全過程的監測數據保存在數據處理終端的存儲器內，監測數據經處理后，一方面作為監測結果可視化后在物聯網平臺進行展示；另一方面，代入自診斷及預診斷系統進行健康診斷，并將診斷結果（健康狀況及趨勢）反饋至物聯網可視化平臺及維保人員。
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