一種自動扶梯安全裝置的研究

馮雙昌，陳杰，牛曠野

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院，上海 200062）

0 引言

自動扶梯由于具有運輸效率高、可持續運行等特點，已經在商場、車站、地鐵等公共場所得到了廣泛應用。制動器是自動扶梯重要的安全保護裝置，當自動扶梯運行時，制動器處于打開狀態；當自動扶梯停止時，制動器處于閉合狀態[1]。

自動扶梯大多采用端部驅動的方式，把驅動主機的輸出轉矩傳遞至梯級鏈輪的鏈條。一般驅動主機的輸出軸上安裝有小鏈輪；在梯級驅動鏈輪軸上安裝有大鏈輪，經驅動鏈把兩者連接起來。目前，按照現行標準制造的自動扶梯一般采用雙排鏈作為驅動鏈，以提高其安全系數[2]。但是，1997年之前從日本進口的自動扶梯許多采用單排鏈作為驅動鏈, 該類自動扶梯在上部桁架內設置了驅動鏈安全裝置，當驅動鏈斷裂時，靴桿在自重的作用下向下擺動，帶動轉軸旋轉，使棘桿頭部的電氣開關動作切斷控制回路，制動器動作,同時棘桿卡入棘輪，使自動扶梯制停并防止下滑。

李俊林等[3]基于附加制動器棘爪斷裂開展分析，對棘爪承受靜載荷和動載荷兩種工況進行強度校核，得出棘爪斷裂的具體原因；何祖恩[4]在詳細分析了空載、制動載荷兩種額定速度和超速工況下的附加制動器的制動性能，確保電梯安全運行；陳洪國[5]分析了速度監測與非操作逆轉之間的聯系，以速度監測為基礎介紹了附加制動器的工作原理。本文主要通過分析附加制動器保護裝置的功能特性，針對單排鏈作為驅動鏈的自動扶梯，提出一種性價比高、實用性強、結構簡單、用于輔助制動的安全裝置，有效地提高自動扶梯安全性，防范重大安全風險，并在解決自動扶梯單排鏈的問題中開展實際的應用。

1 附加制動器的功能要求

1.1 附加制動器的檢驗要求

根據TSG T7005-2012《電梯監督檢驗和定期檢驗規則——自動扶梯與自動人行道》附件A中6.13附加制動器規定：自動扶梯的工作制動器和梯級驅動裝置之間不是用軸、齒輪、多排鏈條、多根單排鏈條連接的，應當設置一個或者多個機械式（利用摩擦原理）附加制動器[6]。GB 16899-2011《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規范》中5.4.2.2附加制動器規定，附加制動器在下列任何一種情況下都應起作用：1）在速度超過名義速度1.4倍之前；2）在梯級改變其規定運行方向時[7]。

可見，附加制動器能起到上述兩種作用，但前述提到的采用單排鏈作為驅動鏈的自動扶梯，驅動鏈安全裝置只能在斷鏈情況下起到保護作用，超速情況下不起作用[8]。針對采用單排鏈作為驅動鏈的自動扶梯，由于空間尺寸和結構的限制，無法加裝附加制動器，因此非常有必要研究一種提高自動扶梯安全性的裝置。

1.2 附加制動器的測試方法

現場檢驗時，不僅需要考慮其動作可靠，同時要滿足功能可靠。使用環境因素對附加制動器的制動性能影響巨大，付春平[9]針對正常工況和非正常工況下的制動力進行測試，為提高維保質量提供了理論基礎；邵衛鋒[10]使用等效轉矩測試方法代替載荷測試方法，大大降低檢驗現場人力、物力，從而實現自動扶梯無載荷的測試方法。自動扶梯帶載試驗時，測試本身會存在一定風險，砝碼擺放在梯路的上半部分，扶梯以額定速度下行，制停距離過小則易造成砝碼下滑，制停距離過大則不易使電梯停止，所以帶載測試常常逐漸增加砝碼數量，同時可以按照產品說明書適當調整附加制動器，但不能更換零部件。

自動扶梯附加制動器測試時，如果電源發生故障或安全回路失電，允許附加制動器和工作制動器同時動作，其制停距離應符合檢規中制停距離的要求，同時附加制動器在開始時應強制地切斷控制電源。當附加制動器單獨動作時，應能使下行方向的自動扶梯有效地停止，其減速度不能大于1 m/s2,并使其保持靜止狀態。

1.3 附加制動器的工作特點

附加制動器動作時，會產生巨大的剛性沖擊力，當采用棘輪、棘爪作為制動部件時，常常會對其造成較大的沖擊。因此，制造企業在設置附加制動器時，根據標準要求僅在超速1.4倍額定速度和梯級發生逆轉時動作，通過可靠的延時繼電器計算好設定值，并符合型式試驗要求，使附加制動器的動作常常在工作制動器動作之后響應，即工作制動器動作后，扶梯可靠制停，通過延遲繼電器實現附加制動器的零速制動，大大降低附加制動器動作對棘輪、棘爪的破壞。

2 安全裝置的設計

如圖1所示，一種提高自動扶梯安全性的裝置，適用于本文的安全裝置以及類似帶有棘輪和棘桿結構的自動扶梯，主要安裝在自動扶梯桁架上的驅動鏈安全裝置，通過增加測速裝置、電磁閥和連桿等部件，在驅動鏈斷鏈、自動扶梯超速或者非操縱逆轉情況下，通過連接線傳輸到控制柜，使電磁閥失電，彈簧彈出，連桿向前伸出，從而棘桿卡入棘輪，達到有效制停自動扶梯的功能。

圖1 整體結構圖

端部驅動的自動扶梯，驅動端一側為驅動輪，另一側為棘輪，驅動輪通過驅動鏈與驅動主機相連，靴襯緊貼驅動鏈，與靴桿通過螺栓連接在一起，靴桿與棘桿通過轉軸連接在一起，同時在棘桿側上端與轉軸連接處安裝電氣開關，電磁閥安裝在支架上，連桿帶有螺紋穿過復位彈簧。

如圖2所示，在自動扶梯驅動輪安全裝置的基礎上，拆除棘桿和轉軸的彈性銷，使棘桿可圍繞轉軸轉動，在棘桿側上端的轉軸處安裝電氣開關，當轉軸轉動時，電氣開關動作。自動扶梯運行時，電磁閥得電，使棘桿向右動作，并保持動作狀態。靴桿上的靴襯緊貼驅動鏈，當驅動鏈斷鏈時，靴桿在重力作用下下沉，進而帶動轉軸動作，使電氣開關動作，控制柜接到電氣開關斷開的信號后發出使電磁閥失電的指令，使棘桿卡住棘輪。位于驅動主機梯級鏈處安裝的測速裝置檢測到超速或非操縱逆轉時，通過控制柜也會發出指令，使電磁閥失電，復位彈簧彈出，進而推動連桿使棘桿轉動卡入棘輪。

圖2 裝置側視圖

如圖3所示，電磁閥通過第一螺栓和第二螺栓固定在支架上，連桿一端與電磁閥閥芯連接，另一端和棘桿通過螺母連接在棘桿上，連桿穿過支架，在連桿中部安裝一個復位彈簧和調節螺母，此行程距離內連桿上應有螺紋，使彈簧右側頂住支架并固定牢固，左側被調節螺母壓緊，調節螺母可以與此連桿上的螺紋配合，調節其壓縮量，且當動作時，復位彈簧處于壓縮狀態。電氣開關通過第一固定孔、第二固定孔固定在扶梯支架上，觸發塊與轉軸連接。當自動扶梯在驅動鏈斷鏈時，電氣開關通過連接線傳輸到控制柜，從而使電磁閥失電，通過復位彈簧使棘桿插入棘輪，從而使自動扶梯停止運行。

圖3 安全裝置安裝示意圖

3 安全裝置在實際中的應用

二十世紀八九十年代，上海大部分重要商業場所使用的電梯主要進口日系、德系、歐美系等品牌，國內的代理商對這些進口設備進行銷售、安裝、維保，在此背景下，上海到目前為止，還存在很多運行狀態良好的進口自動扶梯，在這部分自動扶梯里，日系自動扶梯驅動輪主要采用單排鏈的形式驅動，單排鏈不能滿足TSG T7005-2012《電梯監督檢驗和定期檢驗規則——自動扶梯與自動人行道》的要求，需要對其進行必要的安全升級。

自動扶梯的主要驅動方式是通過驅動主機的輸出轉矩傳遞至梯級鏈輪的鏈條，一般在輸出軸上安裝有小鏈輪，在梯級驅動鏈輪軸上安裝有大鏈輪，經驅動鏈把兩者連接起來。電磁鐵是利用電流的磁效應，使鐵芯磁化而對鋼鐵等物質具有吸力，這類裝置廣泛應用在電鈴、電磁開關、電磁起重機等設備上。

如圖4所示，機械改裝：1）增加一個鐵架，用于安裝電磁鐵。2）增加一根連桿，連桿一端和電磁閥閥芯連接，另一端和棘桿通過螺母連接。連桿中部有一個彈簧和調節螺母。彈簧左側頂住鐵架，右側被調節螺母壓緊，彈簧處于壓縮狀態。3）拆除棘桿和轉軸的彈性銷，使得棘桿可圍繞轉軸轉動。4）在棘桿上部位置安裝一限位開關，當棘桿轉動時，限位開關動作。電氣改裝:1）靴桿處限位開關動作，制動器失電制動，同時，電磁閥失電動作。2）位于驅動主機高速端的測速裝置檢測到超速時，控制柜也會發出指令，使電磁閥失電，壓縮彈簧彈出，進而推動連桿使棘桿轉動卡入棘輪。

圖4 實際應用圖

4 結語

本文介紹了一種提高自動扶梯安全性的裝置，針對帶有棘輪或類似結構的自動扶梯，有效利用有限的驅動端站空間，結構簡單、適用范圍廣、通用性高，能夠有效防止自動扶梯因工作制動器老化等制動力不足引起的扶梯溜梯事故，避免發生傷亡事故。調節螺母可調節復位彈簧的壓縮量，隨時調節動作力矩，在電磁閥斷電后，調節連桿對棘桿的推力。電磁閥能夠快速響應，無延遲時間，電磁閥得電，復位彈簧處于壓縮狀態，不會影響扶梯的正常運行,當電磁閥失電，壓縮著的復位彈簧使棘桿能夠快速、有效地卡入棘輪，制停自動扶梯,從而提高自動扶梯的整體安全性能。