電梯轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的匹配性計(jì)算

江海濱，洪 永，胡曉雯，王 葵，劉文文，佘 昆

（1.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院，廣州 510655；2.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院中山檢測(cè)院，廣東中山 528403）

0 引言

近年來(lái)，隨著生活水平日益提高，城市化進(jìn)程的推進(jìn)，各地建設(shè)的高樓越來(lái)越多，電梯的使用量也越來(lái)越多，電梯已成為人們不可缺少的交通工具，其安全性能也越來(lái)越被人們關(guān)注。電梯轎廂發(fā)生意外移動(dòng)，可能對(duì)出入轎廂的乘客產(chǎn)生剪切或擠壓的風(fēng)險(xiǎn)［1］。因此，2015 年7 月16 日國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式公布GB7588－2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》第1 號(hào)修改單，提出電梯應(yīng)具有防止轎廂發(fā)生意外移動(dòng)或者使意外移動(dòng)停止的裝置。這個(gè)裝置常稱為轎廂發(fā)生意外移動(dòng)時(shí)的保護(hù)裝置，成為電梯的主要安全保護(hù)裝置之一。緊接著2016 年6 月6 日公布了《電梯型式試驗(yàn)規(guī)則》（TSG T7007－2016）對(duì)電梯轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置（UCMP裝置，下同）的型式試驗(yàn)進(jìn)行了規(guī)定。隨著UCMP裝置的型式試驗(yàn)開(kāi)展，其工作原理、理論計(jì)算和關(guān)鍵參數(shù)選擇問(wèn)題值得關(guān)注。由于參數(shù)的選擇不合理，容易導(dǎo)致轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的匹配性計(jì)算無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。從目前的轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的相關(guān)研究來(lái)看［2－10］，針對(duì)轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置匹配性計(jì)算及相關(guān)參數(shù)的研究比較少，轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的匹配性計(jì)算是驗(yàn)證UCMP 裝置的匹配性和適用性的重要工作，本文結(jié)合UCMP裝置的型式試驗(yàn)，提出了影響UCMP裝置的匹配性計(jì)算的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)選擇問(wèn)題，分析了問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并提出行之有效的解決方案，供業(yè)內(nèi)同行探討。

1 UCMP裝置的組成

UCMP裝置的種類很多，比較常見(jiàn)的UCMP 裝置是由檢測(cè)子系統(tǒng)、制停子系統(tǒng)和自監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)組成；也有采用檢測(cè)子系統(tǒng)和制停子系統(tǒng)組成的UCMP裝置（如檢測(cè)子系統(tǒng)＋鋼絲繩制動(dòng)器）；還有采用制停子系統(tǒng)和自監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)組成的UCMP 裝置，可適用于不具有開(kāi)門情況下的平層、再平層和預(yù)備操作的曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯。其中，制停子系統(tǒng)根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)型式主要分為：有冗余的曳引機(jī)制動(dòng)器、雙向鋼絲繩制動(dòng)器、雙向安全鉗制動(dòng)器、輪式制動(dòng)器、夾軌器等［11］。

2 UCMP裝置的基本原理、理論計(jì)算和判定原則

2.1 基本原理

在層門未被鎖住且轎門未被關(guān)閉的情況下，由于轎廂安全運(yùn)行所依賴的驅(qū)動(dòng)主機(jī)或驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)任何單一元件失效引起轎廂離開(kāi)層站的意外移動(dòng)，此時(shí)，轎廂先加速運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行到一定距離，UCMP裝置中的檢測(cè)子系統(tǒng)檢測(cè)到轎廂的意外移動(dòng)，并發(fā)出制停信號(hào)，轎廂仍然加速移動(dòng)，UCMP 裝置中的制停子系統(tǒng)收到制停信號(hào)后，開(kāi)始制停，轎廂達(dá)到意外移動(dòng)的最高速度便開(kāi)始減速下降，直到轎廂被制停。UCMP 裝置的主要功能是在門開(kāi)著的情況下，檢測(cè)到轎廂發(fā)生意外移動(dòng)，并可靠制停轎廂。

2.2 理論計(jì)算

圖1 所示為轎廂發(fā)生意外移動(dòng)到檢測(cè)并觸發(fā)保護(hù)裝置制停轎廂的過(guò)程曲線。整個(gè)過(guò)程可分為3 個(gè)部分，即意外移動(dòng)發(fā)生階段、檢測(cè)并響應(yīng)觸發(fā)階段和制停階段。

圖1 電梯轎廂意外移動(dòng)時(shí)的過(guò)程曲線

為了更加精準(zhǔn)地描述和計(jì)算轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的檢測(cè)、觸發(fā)和制停的過(guò)程，根據(jù)各個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的具體情況，分別得出如下公式。

轎廂減速前的最高速度v的計(jì)算公式如下：

轎廂意外移動(dòng)的總距離（加速距離與制停距離之和）s 的計(jì)算公式如下：

式中：a1為曳引驅(qū)動(dòng)電梯的轎廂在內(nèi)部控制裝置引起的電氣故障的情況下假定可達(dá)到的加速度，取2.5 m／s2；s1為申請(qǐng)單位設(shè)計(jì)的檢測(cè)到意外移動(dòng)時(shí)轎廂離開(kāi)層站的最大距離，m；t1為申請(qǐng)單位預(yù)期的檢測(cè)子系統(tǒng)最大響應(yīng)時(shí)間（該時(shí)間為平層感應(yīng)器、檢測(cè)電路等響應(yīng)時(shí)間的綜合），s；a2為制停子系統(tǒng)報(bào)告給出的曳引式電梯的自然加速度，取各工況的測(cè)試或計(jì)算值，m／s2；t2為申請(qǐng)單位申請(qǐng)的觸發(fā)裝置最大響應(yīng)時(shí)間（考慮到制動(dòng)接觸器響應(yīng)時(shí)間與主接觸器響應(yīng)時(shí)間近似相等），s；t3為制停子系統(tǒng)報(bào)告中給出的制停子系統(tǒng)最大響應(yīng)時(shí)間，s；a3為制停子系統(tǒng)報(bào)告中給出的平均減速度或理論計(jì)算值，m／s2。

轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置試驗(yàn)速度下的制停距離計(jì)算的目的是：用相同負(fù)載和相同初速度來(lái)衡量制停部件制動(dòng)力是否下降到不可接受的程度。圖2 所示為轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置試驗(yàn)速度下的制停轎廂的過(guò)程曲線。

圖2 UCMP裝置試驗(yàn)速度下的制停過(guò)程曲線

根據(jù)電梯轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置試驗(yàn)速度下的制停過(guò)程可以得到以下公式：

式中：v4為申請(qǐng)單位設(shè)定的試驗(yàn)速度，m／s；v5為轎廂在試驗(yàn)速度下，在t3時(shí)間內(nèi)的最高速度，m／s；s試為試驗(yàn)速度下的制停距離，m。

2.3 判定原則

結(jié)合上述公式，判斷v與s是否符合檢驗(yàn)依據(jù)的條件為：

式中：v0為制停子系統(tǒng)型式試驗(yàn)報(bào)告中給出的所預(yù)期的轎廂減速前最高速度，m／s；s0為所允許的轎廂意外移動(dòng)總距離最大值，取1.2 m。

3 檢測(cè)到轎廂意外移動(dòng)的距離問(wèn)題

常見(jiàn)的UCMP裝置中檢測(cè)子系統(tǒng)是由位置傳感器和信號(hào)處理單元組成的，如圖3 所示，檢測(cè)子系統(tǒng)檢測(cè)到轎廂意外移動(dòng)的距離s1是等于隔磁板長(zhǎng)度的一半減去上下光電開(kāi)關(guān)距離的一半，故隔磁板安裝尺寸決定轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置檢測(cè)轎廂意外移動(dòng)時(shí)的檢測(cè)距離值。然而，在現(xiàn)有的檢規(guī)里，還沒(méi)有針對(duì)安裝在轎頂上的光電開(kāi)關(guān)位置和距離的檢測(cè)要求。

圖3 隔磁板與平層感應(yīng)器安裝

若位于中間的兩光電開(kāi)關(guān)之間的距離變大，UCMP 裝置檢測(cè)轎廂意外移動(dòng)距離值s1變小，甚至在轎廂發(fā)生微小移動(dòng)，也容易檢測(cè)到，并產(chǎn)生觸發(fā)制停的誤動(dòng)作故障。反過(guò)來(lái)，若中間兩光電開(kāi)關(guān)距離變小，那么UCMP裝置的檢測(cè)轎廂意外移動(dòng)距離值s1變大，這種情況無(wú)疑增大了轎廂移動(dòng)的總距離值，按照式（2），有可能使轎廂移動(dòng)的總距離值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求［12］。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，按照GB7588－2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》（含第1 號(hào)修改單）的要求，即轎廂意外移動(dòng)總距離最大值1.2 m。建議：要求制造單位提供光電開(kāi)關(guān)和隔磁板安裝圖紙，并在現(xiàn)有的檢規(guī)中，增加一項(xiàng)對(duì)光電開(kāi)關(guān)安裝距離的檢查的項(xiàng)目，確保轎廂檢測(cè)到意外移動(dòng)值在企業(yè)申請(qǐng)的范圍內(nèi)。

4 UCMP裝置的響應(yīng)時(shí)間問(wèn)題

UCMP裝置的響應(yīng)時(shí)間主要由3 個(gè)部分組成，檢測(cè)子系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間t1、觸發(fā)裝置的響應(yīng)時(shí)間t2和制停子系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間t3。檢測(cè)子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間t1是位置傳感器和信號(hào)處理單元響應(yīng)時(shí)間的總和，常見(jiàn)的檢測(cè)子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間t1≤30 ms。常見(jiàn)的觸發(fā)裝置一般就是接觸器，由于企業(yè)選擇的接觸器品牌和功率不一樣，有可能存在實(shí)際使用的接觸器的響應(yīng)時(shí)間要比申請(qǐng)做匹配性計(jì)算時(shí)接觸器響應(yīng)時(shí)間大，這種情況下，在匹配性計(jì)算時(shí)能夠滿足要求，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于響應(yīng)時(shí)間選取過(guò)大，惡劣工況下有可能超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

制停子系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間一般是制造單位在設(shè)計(jì)該產(chǎn)品時(shí)就確定下來(lái)的，由式（2）可知，制停子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過(guò)大，有可能使轎廂意外移動(dòng)的總距離不超過(guò)1.2 m。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，建議制造單位選用響應(yīng)時(shí)間較小的接觸器，在進(jìn)行匹配性計(jì)算時(shí)，適當(dāng)留有一定的余量。比如選用的接觸器響應(yīng)時(shí)間為25 ms，在進(jìn)行匹配性計(jì)算時(shí)可申請(qǐng)接觸器響應(yīng)時(shí)間小于或等于40 ms，這樣既能通過(guò)匹配性的計(jì)算，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，又可以避免后期維保時(shí)更換其他接觸器后，其響應(yīng)時(shí)間可能高于匹配性計(jì)算時(shí)的接觸器響應(yīng)時(shí)間情況。制停子系統(tǒng)制造廠家應(yīng)該優(yōu)化設(shè)計(jì)，生產(chǎn)響應(yīng)時(shí)間較小的制停子系統(tǒng)，為了滿足轎廂意外移動(dòng)的總距離不超過(guò)1.2 m的要求，一般設(shè)計(jì)的制停子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間控制在300 ms內(nèi)。

5 預(yù)期的轎廂最大制停距離問(wèn)題

制停距離是指在制停子系統(tǒng)（即制停部件）制停過(guò)程中，轎廂從開(kāi)始減速到完全停止的距離。對(duì)于一款全新的制停子系統(tǒng)，剛開(kāi)始其制動(dòng)性能應(yīng)該是最好的，但隨著使用時(shí)間的過(guò)長(zhǎng)，制動(dòng)次數(shù)的增多，其制動(dòng)力相應(yīng)下降，制動(dòng)減速度也減小，制停距離就變長(zhǎng)。若制停距離過(guò)長(zhǎng)，根據(jù)式（2），可能在某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，選擇和確定預(yù)期的轎廂最大制停距離成為UCMP裝置計(jì)算時(shí)的必要工作。目前，各個(gè)制造單位選擇和確定的方法不一致，有的采用最小減速度的方式來(lái)確定；有的采用最大制停距離的方式；還有的參考實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)等情況。

針對(duì)這種情況，建議統(tǒng)一采用轎廂最大制停距離這個(gè)參數(shù)，按照GB7588－2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》（含第1 號(hào)修改單）的要求，即轎廂意外移動(dòng)總距離最大值為1.2 m，可見(jiàn)匹配性計(jì)算最后是通過(guò)距離來(lái)進(jìn)行判定的。因此，建議制造單位設(shè)計(jì)制停子系統(tǒng)時(shí)，依據(jù)式（1）～（4），按照最惡劣工況選擇基本參數(shù)得到減速前轎廂移動(dòng)的總距離s1＋s2＋s3，然后用1.2 m減去轎廂減速前的總距離s1＋s2＋3，即為轎廂意外移動(dòng)運(yùn)行的最大制停距離。計(jì)算最小制停減速度時(shí)，可用轎廂減速前的最高速度v的平方除以2 倍的最大制停距離得到。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了UCMP裝置匹配性計(jì)算的結(jié)構(gòu)組成和原理，給出了UCMP裝置匹配性計(jì)算公式和判定原則。針對(duì)UCMP 裝置進(jìn)行匹配性計(jì)算時(shí)，由于參數(shù)選擇不合理，容易造成合成計(jì)算無(wú)法滿足要求的問(wèn)題，分析了幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)匹配性計(jì)算的影響，并提出了幾個(gè)參數(shù)選擇的可行方案，供業(yè)內(nèi)同行參考。

經(jīng)過(guò)分析得出：制造單位應(yīng)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，在對(duì)檢測(cè)子系統(tǒng)檢測(cè)距離、接觸器響應(yīng)時(shí)間、制停子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、預(yù)期轎廂最大制停距離等關(guān)鍵參數(shù)選取時(shí)，進(jìn)行充分考量，關(guān)鍵參數(shù)的選擇上，既要保證一定余量，方便使用，又要考慮不能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的限值。