自動(dòng)扶梯防逆轉(zhuǎn)保護(hù)分析與檢驗(yàn)方法探討

陳宏意

(福建省勞安設(shè)備技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，福建 福州 350003）

1 引言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，自動(dòng)扶梯扮演著越來(lái)越重要的角色，人們對(duì)其運(yùn)行的安全性、可靠性也越來(lái)越關(guān)注。自動(dòng)扶梯工作環(huán)境比較開(kāi)放，以機(jī)械和電氣控制工作特性為主，在人流量密集的商場(chǎng)和軌道交通系統(tǒng)中容易造成扶梯故障，從而引發(fā)安全事故。其中的逆轉(zhuǎn)事故是指自動(dòng)扶梯牽引力方向改變或者牽引鏈條的牽引力喪失，這種非人為改變?cè)O(shè)定運(yùn)行方向的現(xiàn)象，不論其是在向下運(yùn)行工況還是向上運(yùn)行工況過(guò)程中，都有可能發(fā)生非人為的操縱逆轉(zhuǎn)事故。特別是自動(dòng)扶梯滿載或超載上行的情況（即工作制動(dòng)器處于開(kāi)閘狀態(tài)）而引發(fā)的概率最高；逆轉(zhuǎn)事故將會(huì)造成擠壓、墜落、踩踏、碰撞、滾落、剪切等安全事件，危害群體乘客安全，更為甚者將導(dǎo)致重、特大事故。

2 自動(dòng)扶梯工作系統(tǒng)及原理分析

自動(dòng)扶梯用來(lái)傳輸人員，是由梯級(jí)系統(tǒng)和兩邊的扶手裝置組合而成的一種連續(xù)輸送機(jī)器，主要由桁架系統(tǒng)、梯路系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、梯路張緊裝置、扶手系統(tǒng)、梳齒板、電氣系統(tǒng)和安全保護(hù)裝置等組成[1]，如圖1所示。扶手系統(tǒng)是特殊的帶式輸送機(jī)。梯路的結(jié)構(gòu)形式是特殊的板式輸送機(jī)，是一種特殊的四輪小車(chē)，主要由兩只輔輪和兩只主輪構(gòu)成。輔輪主要支撐著梯級(jí)上的客人，沿著預(yù)設(shè)的軌道運(yùn)行；主輪的輪軸和牽引鏈條鉸接從而保證梯級(jí)也按照預(yù)設(shè)的軌道運(yùn)行以防止跑偏。鏈條式自動(dòng)扶梯的驅(qū)動(dòng)裝置以牽引鏈條為牽引件，安裝在扶梯的端部。這種結(jié)構(gòu)工藝比較成熟，維護(hù)保養(yǎng)方便，應(yīng)用最為普遍，常應(yīng)用于提升高度較小的建筑物；齒條式自動(dòng)扶梯的牽引件主要以牽引齒條為主，此類(lèi)型結(jié)構(gòu)較為緊湊，驅(qū)動(dòng)裝置直接安裝在扶梯的中部，能耗低且無(wú)需內(nèi)外機(jī)房，用于大提升高度或有特殊要求建筑結(jié)構(gòu)上，且視必要可進(jìn)行多級(jí)驅(qū)動(dòng)。文中以鏈條式自動(dòng)扶梯為研究對(duì)象。

圖1 自動(dòng)扶梯傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及原理簡(jiǎn)圖

由自動(dòng)扶梯的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及原理分析可知，運(yùn)送乘客上下的梯級(jí)主要是靠鏈條牽引來(lái)運(yùn)行的，所以只要扶梯牽引力方向改變或者牽引鏈條牽引力喪失、導(dǎo)致運(yùn)行工況方向改變，就發(fā)生了所謂的非操縱逆轉(zhuǎn)。

3 自動(dòng)扶梯逆轉(zhuǎn)原因分析及防護(hù)要求和措施

3.1 自動(dòng)扶梯逆轉(zhuǎn)原因分析

導(dǎo)致扶梯逆轉(zhuǎn)有很多原因，主要包括扶梯的逆轉(zhuǎn)保護(hù)設(shè)計(jì)缺陷、檢驗(yàn)檢測(cè)、安裝維保、使用管理等方面[2]。筆者通過(guò)對(duì)扶梯日常的檢驗(yàn)檢測(cè)及扶梯逆轉(zhuǎn)事故的分析，從機(jī)械和電氣兩方面總結(jié)歸納出其產(chǎn)生故障的原因。

3.1.1 由機(jī)械方面原因引發(fā)的逆轉(zhuǎn)事故

（1）零部件磨損老化損壞、制動(dòng)器動(dòng)作不可靠：驅(qū)動(dòng)鏈條或梯級(jí)鏈條脫落斷鏈、減速箱傳動(dòng)部件磨損、聯(lián)軸器損壞等；制動(dòng)器動(dòng)作元件的磨損、安裝精度的誤差、制動(dòng)間隙調(diào)整不均等導(dǎo)致的工作制動(dòng)器和附加制動(dòng)器動(dòng)作不可靠。

（2）因超滿載使用工況造成電動(dòng)機(jī)力矩不足、工作制動(dòng)器無(wú)法可靠制停。

（3）鏈傳動(dòng)失效：在工作和使用過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)鏈或梯級(jí)鏈突發(fā)故障，由于斷鏈、鏈條過(guò)分伸長(zhǎng)、鏈條松動(dòng)及打滑等導(dǎo)致的牽引力缺失或不足。

3.1.2 由電氣方面原因引發(fā)的逆轉(zhuǎn)事故

首先是動(dòng)力電源故障引起的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)或驅(qū)動(dòng)力矩不足：尤其在扶梯重載上行運(yùn)行工況，若電網(wǎng)失壓或者斷錯(cuò)相故障，將導(dǎo)致嚴(yán)重的逆轉(zhuǎn)事故。

其次是低壓元件在工作過(guò)程中發(fā)生短路、斷路或粘連等電氣故障，或安全電路、抽動(dòng)器控制回路等發(fā)生線路故障，不能起到安全保護(hù)、有效控制、可靠制停等作用。

3.2 制造安裝規(guī)范對(duì)防逆轉(zhuǎn)裝置防護(hù)要求和措施

GB 16899—2011《自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的制造與安裝安全規(guī)范》從扶梯的出廠到安裝整個(gè)過(guò)程對(duì)可能發(fā)生的逆轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)，提出了具體要求及相對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施[3]。

3.2.1 扶梯在正常工作情況下每小時(shí)最大輸送能力應(yīng)符合要求

每個(gè)規(guī)格梯級(jí)或踏板寬度與其名義速度相對(duì)應(yīng)的每小時(shí)輸送能力應(yīng)小于最大輸送能力，如表1所示；如果超過(guò)最大輸送能力，扶梯則因滿載或超載工況下運(yùn)行容易導(dǎo)致逆轉(zhuǎn)事故的發(fā)生。

表1 自動(dòng)扶梯相對(duì)應(yīng)最大輸送能力一覽表

3.2.2 扶梯傾斜角度和相對(duì)應(yīng)名義速度的要求及措施

3.2.3 對(duì)工作制動(dòng)器及附加制動(dòng)器的要求及措施

對(duì)工作制動(dòng)器的要求及措施：自動(dòng)扶梯應(yīng)按照規(guī)范要求設(shè)置工作制動(dòng)器，在控制回路或動(dòng)力電源失電情況下應(yīng)可靠制動(dòng)。在正常使用工作過(guò)程中，應(yīng)動(dòng)作自如無(wú)延遲遲滯現(xiàn)象，在制動(dòng)過(guò)程中應(yīng)接近勻減速的制停過(guò)程直至停止?fàn)顟B(tài)。

對(duì)附加制動(dòng)器的要求及措施：因建筑結(jié)構(gòu)需要，扶梯的提升高度超過(guò)6m；因連接設(shè)計(jì)不同，工作制動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)裝置之間未采用多排鏈條、齒輪、軸等非摩擦傳動(dòng)元件連接；因結(jié)構(gòu)形式不一樣，工作制動(dòng)器不是采用機(jī)電式制動(dòng)器；因使用場(chǎng)所要求，用于公共場(chǎng)所的交通型扶梯；以上所有情況均應(yīng)設(shè)置至少一個(gè)附加制動(dòng)器，在特殊要求及使用場(chǎng)所還可以設(shè)置多個(gè)附加制動(dòng)器。

附加制動(dòng)器結(jié)構(gòu)為機(jī)械式并可靠動(dòng)作，當(dāng)扶梯正常運(yùn)行速度異常，超過(guò)名義速度1.4倍之前和踏板、梯級(jí)或膠帶改變其規(guī)定運(yùn)行方向時(shí)候都應(yīng)動(dòng)作，強(qiáng)制斷開(kāi)控制電路，并且能夠使裝有載荷正常向下運(yùn)行的扶梯有效地制停。

3.2.4 電氣故障的防護(hù)要求及措施

如果無(wú)法排除以下任何一種電氣故障，則本身不應(yīng)成為自動(dòng)扶梯危險(xiǎn)狀態(tài)的原因。

（1）在動(dòng)力電源方面故障：無(wú)電壓或者電壓降低；

（2）由于觸點(diǎn)不斷開(kāi)、不閉合引起；

（3）對(duì)地或?qū)饘贅?gòu)件的絕緣損壞以及導(dǎo)線的中斷；

（4）電容器、電阻器、晶體管等電氣元件發(fā)生短路或斷路故障以及性能參數(shù)發(fā)生改變；

（5）繼電器或者接觸器的可動(dòng)銜鐵不吸合、不釋放或吸合不完整。

3.2.5 對(duì)主要裝置的要求及措施

扶梯應(yīng)設(shè)置非操作逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置是國(guó)標(biāo)強(qiáng)制性的要求，主要為了防止逆轉(zhuǎn)事故保護(hù)乘客。對(duì)非操作逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置的要求及措施：當(dāng)膠帶、梯級(jí)或踏板發(fā)生異常改變規(guī)定運(yùn)行方向時(shí)，非操作逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置動(dòng)作使自動(dòng)停止運(yùn)行。

對(duì)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置的要求及措施：驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置與工作制動(dòng)器之間應(yīng)采用多排鏈條、齒輪、軸等非摩擦傳動(dòng)元件連接；如果采用摩擦元件連接（如三角傳動(dòng)皮帶）時(shí)，應(yīng)設(shè)置至少一個(gè)附加制動(dòng)器。

對(duì)工作零部件的要求及措施：所有機(jī)械電氣工作零部件的材質(zhì)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)無(wú)缺陷，符合制造規(guī)范的要求。日常應(yīng)及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)，使工作零部件保持良好的工作性能，對(duì)于易損零部件應(yīng)及時(shí)關(guān)注其磨損程度，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行更換。

4 自動(dòng)扶梯防逆轉(zhuǎn)裝置的檢驗(yàn)方法

4.1 國(guó)家檢驗(yàn)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求

GB 16899—2011《自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的制造與安裝安全規(guī)范》和 TSG T7005—2012《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則—自動(dòng)扶梯與自動(dòng)人行道》及第1、2號(hào)修改單對(duì)扶梯非操縱逆轉(zhuǎn)保護(hù)的檢驗(yàn)條款列為B類(lèi)項(xiàng)即重要項(xiàng)[4]。在監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)時(shí)，如果該項(xiàng)檢驗(yàn)不合格，則整機(jī)判定不合格?？梢?jiàn)防逆轉(zhuǎn)裝置是一項(xiàng)非常重要的國(guó)家強(qiáng)制要求裝設(shè)的安全保護(hù)裝置。根據(jù)規(guī)范該裝置應(yīng)滿足如下要求：

（1）防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置能使自動(dòng)扶梯在梯級(jí)、踏板或者膠帶在非人為操縱情況下改變規(guī)定運(yùn)行方向時(shí)，自動(dòng)停止運(yùn)行。

（2）防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，應(yīng)該切斷主電源回路和制動(dòng)器回路，并且只能手動(dòng)復(fù)位故障鎖定（不論電源發(fā)生故障或者恢復(fù)供電，此故障鎖定應(yīng)當(dāng)始終保持有效），操作檢修控制裝置或者開(kāi)關(guān)才能重新啟動(dòng)扶梯。

（3）工作制動(dòng)器應(yīng)可靠制停，制停距離試驗(yàn)應(yīng)滿足安全技術(shù)規(guī)范要求。

（4）附加制動(dòng)器裝置應(yīng)當(dāng)功能有效，在發(fā)生非操縱逆轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)動(dòng)作可靠，剎車(chē)制停。

4.2 防逆轉(zhuǎn)保護(hù)的檢驗(yàn)檢測(cè)方法

對(duì)防逆轉(zhuǎn)保護(hù)的檢驗(yàn)檢測(cè)，除了對(duì)防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置本身進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)外，還應(yīng)對(duì)工作制動(dòng)器制動(dòng)力和附加制動(dòng)器制動(dòng)力進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)。

4.2.1 對(duì)防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置的檢驗(yàn)方法

不同廠家、不同品牌的扶梯，防逆轉(zhuǎn)保護(hù)的設(shè)置型式也各不相同。首先應(yīng)對(duì)它們的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行分析，對(duì)電氣原理圖進(jìn)行核查，判斷它們?cè)谠O(shè)計(jì)和工作方式上是否符合國(guó)家安全技術(shù)規(guī)范要求，再對(duì)其性能進(jìn)行檢測(cè)[5]。針對(duì)不同防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置的設(shè)置型式，總結(jié)歸納出4種不同檢驗(yàn)檢測(cè)方法。

（1）防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置采用工作制動(dòng)器和速度監(jiān)控元件組合型：工作制動(dòng)器作為裝置的機(jī)械保護(hù)元件，速度監(jiān)控元件則作為監(jiān)控裝置的電氣元件，其工作原理是通過(guò)監(jiān)控扶梯運(yùn)行速度的變化來(lái)控制反饋給工作制動(dòng)器，使制動(dòng)器動(dòng)作從而防止逆轉(zhuǎn)運(yùn)行，如圖2所示。對(duì)此類(lèi)型裝置的檢驗(yàn)方法是：使扶梯以額定速度向上運(yùn)行，讓調(diào)試員取消速度檢測(cè)信號(hào)，此時(shí)工作制動(dòng)器應(yīng)可靠動(dòng)作，扶梯減速制停。

圖2 速度監(jiān)控元件和工作制動(dòng)器組合型的防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置自動(dòng)控制原理圖

（2）防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置采用工作制動(dòng)器和電氣安全開(kāi)關(guān)組合型：工作制動(dòng)器作為裝置的機(jī)械保護(hù)元件，電氣安全開(kāi)關(guān)件則作為監(jiān)控裝置的電氣元件，其工作原理是通過(guò)安裝于傳動(dòng)鏈輪軸端、梯級(jí)鏈輪軸端或者減速器軸端的電氣安全開(kāi)關(guān)，監(jiān)控扶梯運(yùn)行速度和方向的變化來(lái)反饋給工作制動(dòng)器，使制動(dòng)器動(dòng)作從而防止逆轉(zhuǎn)運(yùn)行，如圖3所示。對(duì)此類(lèi)型裝置的檢驗(yàn)方法是：使扶梯以額定速度向上運(yùn)行，讓調(diào)試員手動(dòng)動(dòng)作該電氣安全開(kāi)關(guān)，此時(shí)工作制動(dòng)器應(yīng)可靠動(dòng)作，扶梯減速制停。

圖3 電氣安全開(kāi)關(guān)和工作制動(dòng)器組合型的防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置自動(dòng)控制原理圖

（3）防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置采用附加制動(dòng)器和電氣安全開(kāi)關(guān)（或速度監(jiān)控元件）與組合：工作制動(dòng)器和附加制動(dòng)器作為裝置的機(jī)械保護(hù)元件，電氣安全開(kāi)關(guān)件（或速度監(jiān)控元件）則作為監(jiān)控裝置的電氣元件，其工作原理是通過(guò)速度監(jiān)控元件或者安裝于傳動(dòng)鏈輪軸端、梯級(jí)鏈輪軸端或者減速器軸端的電氣安全開(kāi)關(guān)，監(jiān)控扶梯運(yùn)行速度和方向的變化來(lái)反饋給工作制動(dòng)器和附加制動(dòng)器，使附加制動(dòng)器電磁接觸器失電觸發(fā)機(jī)械部件動(dòng)作，防止逆轉(zhuǎn)運(yùn)行，如圖4所示。對(duì)此類(lèi)型裝置的檢驗(yàn)方法是：使扶梯以額定速度向上運(yùn)行，讓調(diào)試員手動(dòng)動(dòng)作電氣安全開(kāi)關(guān)（或取消速度監(jiān)控信號(hào)），工作制動(dòng)器動(dòng)作，同時(shí)附加制動(dòng)器機(jī)械部件卡在梯級(jí)鏈輪上，扶梯減速制停。

圖4 電氣開(kāi)關(guān)和附加制動(dòng)器組合型的防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置自動(dòng)控制原理圖

（4）防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置檢驗(yàn)除了以上正常3種方法之外，根據(jù)自動(dòng)扶梯的控制特點(diǎn)還可以參考使用如下檢驗(yàn)方法[6]：讓調(diào)試人員斷開(kāi)主電源開(kāi)關(guān)，用絕緣螺絲刀將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)線端的三相電源線拆除掉，用絕緣電工膠布包扎好線頭，將控制柜主電源開(kāi)關(guān)合上并開(kāi)始通電，現(xiàn)場(chǎng)人員用鑰匙將開(kāi)關(guān)打到上行方向即給定扶梯一個(gè)運(yùn)行信號(hào)，與此同時(shí)工作制動(dòng)器抱閘打開(kāi)，梯級(jí)處于停止?fàn)顟B(tài)，10s之后手動(dòng)快速向下行方向盤(pán)車(chē)，此時(shí)接觸器動(dòng)作，防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置切斷工作制動(dòng)器電源，工作制動(dòng)器動(dòng)作使扶梯減速制停。

4.2.2 對(duì)工作制動(dòng)器制動(dòng)力檢驗(yàn)方法

首先，應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行空載試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)自動(dòng)扶梯以額定速度向下制停測(cè)試，應(yīng)可靠制停且制停距離應(yīng)近最小值。如果測(cè)量數(shù)據(jù)接近最大值，當(dāng)扶梯進(jìn)行有載試驗(yàn)向下制停時(shí)，其制動(dòng)力存在不可靠的風(fēng)險(xiǎn)。

其次，應(yīng)按照規(guī)范要求對(duì)工作制動(dòng)器進(jìn)行滿載下行時(shí)的制停距離測(cè)試，其制停距離應(yīng)該小于最大值。

4.2.3 對(duì)附加制動(dòng)器制動(dòng)力檢驗(yàn)方法

在檢驗(yàn)過(guò)程中先將工作制動(dòng)器人為設(shè)置失效，將總制動(dòng)載荷砝碼均勻搬布在自動(dòng)扶梯上部2/3的梯級(jí)上，然后向下運(yùn)行自動(dòng)扶梯，待扶梯達(dá)到額定速度時(shí)，人為動(dòng)作附加制動(dòng)器，自動(dòng)扶梯應(yīng)能有效減速至停止下來(lái)。

5 結(jié)語(yǔ)

文章分析了自動(dòng)扶梯產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)的原因，提出對(duì)扶梯防逆轉(zhuǎn)保護(hù)的安全要求和具體防護(hù)措施，探討不同防逆轉(zhuǎn)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的不同檢驗(yàn)方法，對(duì)分析逆轉(zhuǎn)事故、加強(qiáng)防逆轉(zhuǎn)裝置維護(hù)保養(yǎng)檢驗(yàn)及預(yù)防事故的發(fā)生有實(shí)際參考價(jià)值。