瞬間失電對滿載自動扶梯的影響分析

付春平

（蘇州市職業大學機電工程學院，江蘇 蘇州 215104）

近年來，自動扶梯發生逆轉事故較多，有些是用戶使用不當、維修保養不及時，比如，自動扶梯缺少潤滑，長期磨損后驅動鏈條斷裂，驅動裝置固定底板的螺栓松動導致傾翻等。還有一種情況，就是自動扶梯的驅動能力出現不足，這往往是向上運行的自動扶梯處于滿載甚至超載狀態，電壓的波動會影響電機的功率輸出，如果電壓波動較大乃至失去電壓時，自動扶梯將失去動力源，這時，必將導致自動扶梯的速度發生變化。GB16899-2011《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規范》中規定，自動扶梯和自動人行道應在速度超過額定速度的1.2 倍之前自動停止運行。根據此要求，所有自動扶梯都會配置速度監測裝置，一旦超速達到1.2 倍額定速度時，將由電控系統觸發工作制動器動作，制停扶梯。通過電氣裝置的監測固然可以測得自動扶梯的速度變化，但若能從理論上計算，就能事先得出不同情況下的自動扶梯運行速度的變化，將更加有意義。這里將探討自動扶梯瞬間失電后，在工作制動器抱閘開始工作前自動扶梯速度的變化。研究將借助以動能原理，對自動扶梯滿載上行和滿載下行兩種情況分別進行討論。

1 基本參數的確定

對于常規的自動扶梯，其運行時的額定速度為0.5 米/秒，15kW 單主機所對應最大提升高度為7.25 米左右，下面的分析將分別以滿載上行和滿載下行兩種情況進行展開。無論自動扶梯上行還是下行，當瞬間失電后，自動扶梯的驅動裝置不再提供動力源，相反，會抑制自動扶梯速度的變化，尤其驅動裝置上的飛輪作為儲能裝置，其高速旋轉的速度亦將受到影響。六級異步電機的轉速n 為960 轉/分鐘即16 轉/秒，扶梯額定速度為0.5 米/秒，飛輪的轉動角速度與電機的轉動角速度相同，為ω，ω=2πn，ω 與運行速度V 之間的對應關系為ω=λV，不難算出，ω=200.96V。與計算相關的其他參數，如乘客載荷、梯路質量等如表1 所示。

表1 基本參數表

2 滿載失電時速度計算

2.1 滿載下行失電時速度計算

當滿載下行的自動扶梯突然失去電壓時，自動扶梯上的乘客載荷將在重力作用下做功，同時，要克服梯路的摩擦阻力，由于阻力有限，自動扶梯會有加速趨向，在自動扶梯的電控系統未檢測到超速設定值之前，自動扶梯的工作制動器不會動作，顯然，此時自動扶梯的速度會隨著失電時間的增加而增加，自動扶梯會向下滑行一段距離，同時，乘客載荷將隨之向下移動，假設瞬間失電時間取0.2s，那么，對應的參數關系如表2 所示。

表2 滿載下行時參數表

根據動能定理，可有如下關系式：

將相關參數代入并整理后可得：

解得：V1=0.599 或V1=-0.500（舍去）

以上說明，自動扶梯滿載下行時突然失電0.2s 后，速度將增加到0.599m/s，超速19.8%。如前文所述，此時速度已接近超速20%，控制系統將觸發工作制動器動作以制停自動扶梯。

2.2 滿載上行失電時速度計算

當滿載上行的自動扶梯突然失去電壓時，自動扶梯上的乘客會由于慣性作用繼續向上運行，同時，要克服梯路的摩擦阻力和乘客重力，由于失去了驅動上的動力源，自動扶梯會在摩擦阻力及乘客重力作用下開始減速，當速度減到0 之后便會發生逆轉，在自動扶梯的電控系統未檢測到逆轉之前，自動扶梯的工作制動器不會動作，顯然，此時自動扶梯的速度會隨著失電時間的增加而減小，自動扶梯會向上滑行一段距離，同樣，假設瞬間失電時間取200ms，那么，對應的參數關系如表3 所示。

表3 滿載上行時參數表

根據動能定理，可有如下關系式：

將相關參數代入并整理后可得：

解得：V2=0.391 或V2=-0.520（舍去）

以上說明，自動扶梯滿載上行突然失電0.2 秒后，速度將降到0.391m/s，欠速22%。由于標準沒有明確規定欠速時要制停自動扶梯，且很多自動扶梯都有變頻運行功能，即分為高速、低速運行兩種模式，自動扶梯廠家并不完全會為所謂的欠速而設置停梯功能。因此，此時的自動扶梯工作制動器仍然不會動作，如果電壓很快又恢復到正常數值，那么，自動扶梯將在驅動裝置的驅動下恢復到額定速度繼續向上運行。

2.3 滿載上行發生扭轉時的失電時間

根據前面的討論，當瞬間失電0.2 秒時，扶梯速度會有明顯下降，但仍將繼續向上運行，那么究竟失電多久后，自動扶梯將發生逆轉呢？顯然，上行自動扶梯失電后有一個速度降為0 的過程，之后，便在乘客載荷重力的作用下發生逆轉，即開始向下運行。這個過程所用時間設定為t3，對應的運行速度V3=0，對應的參數表如表4 所示。

表4 滿載上行失電逆轉時參數表

根據動能定理，可有如下關系式：

將相關參數代入并整理后可得：

解得：t3=0.83s

由此可見，自動扶梯滿載上行突然失電0.83 秒后，速度將降到0m/s，之后，自動扶梯將發生逆轉。

3 結語

通過滿載下行和滿載上行自動扶梯瞬間失電后的速度計算模型，可以計算出不同失電時間下的對應速度，通過自動扶梯速度的變化，可以從理論上得知自動扶梯的運行狀態。從計算模型上可以看出，自動扶梯的飛輪慣量對自動扶梯速度的變化有很大影響，在同樣的失電時間條件下，增加飛輪的厚度，即增加飛輪的轉動慣量后可以減少自動扶梯的速度變化。這些可以指導自動扶梯產品的設計以及自動扶梯控制系統程序設計，同時，對自動扶梯使用環境的電壓穩定性評定有一定的參考價值。