自动扶梯制动性能安全分析.doc

自动扶梯制动性能安全分析
在自动扶梯制定、制造、安装、运行、安全性能检验中，制动系统的重要性是不容忽视的；自动扶梯制动性能在确保自动扶梯安全运行中起着重要的作用。近年来国内发生的多起自动扶梯在接近满载状态下，因下滑故障造成的人身伤亡事故；也对自动扶梯制动性能的安全问题敲响了警钟。本文将通过自动扶梯制动系统制定的结构原理分析，结合GB16899-1997《自动扶梯和自动人行道制造与安装安全规范》〔以下简称GB16899〕关于自动扶梯制动性能的有关安全要求；针对国内市场上自动扶梯制动系统制定的常见结构和发展趋势，分析其与GB16899中有关自动扶梯制动性能的制定安全要求的矛盾；并就其影响提出一些看法，与业内同行探讨。

一、自动扶梯制动系统制定的安全要求

有关自动扶梯工作制动器系统性能制定的安全要求，在GB16899中于12.4.4.1、12.4.4.2条分别规定了自动扶梯制动载荷和自动扶梯的制停距离。其原文表述为;

 自动扶梯制动载荷

每个梯级的制动载荷按其名义宽度z1来确定：

z1≤              为60kg；

0.6m ＜z1≤           为90kg；

0.8m ＜z1≤           为120kg。

受载的梯级数量“由提升高度除以最大可见梯级踢板高度〞〔见图3中x1〕求得。

在试验时同意将总制动载荷分布在所求得的 的梯级上。

 自动扶梯的制停距离

空载和有载向下运行自动扶梯〔见12.4.4.1〕的制停距离应在以下范围之间：

额定速度                   制停距离范围

假设速度在上述数值之间，制停距离用插入法计算。

制停距离应从电气制动装置动作时开始测量。

在GB16899中12.6.5条还规定：“如果电源发生故障或安全电路失电，同意附加制动器和工作制动器同时动作，但应使制停距离符合12.4.4.2和12.4.4.4的要求。否则，两只制动器只同意在12.6.4规定的状况下同步动作。〞12.6.4规定的状况是超速和非操纵逆转；由此可知，无论自动扶梯制动系统的配置制定如何，正常状况下的制动减速度安全限制是明确的。

由上述要求可知，自动扶梯工作制动器的制动能力应能满足空载和有载向下运行两种工况。为此就要求自动扶梯的制动能力同时与运动系统空载、满载时的制动总质量相匹配。现行的自动扶梯制动器结构制定能否达到规定的安全要求，可通过计算分析来确定。

二、自动扶梯的制动能力分析

GB16899中12.4.4.2条对应的制动距离最小、最大值，分别对应着自动扶梯的空载、满载制动工况。由自动扶梯的空载制停距离的安全标准要求可知，为满足最小制动距离要求；有运动学公式：

                                                 〔1〕

式中： — 制动减速度值，m/s2；

V — 额定速度，m/s；

S — 制动距离，m。

按照式〔1〕的参数关系，以及GB16899中12.4.4.2条要求可得下表1：

表1              最小制停距离要求对应的最大平均减速度

1

额定速度V〔m/s〕
最小制动距离S1〔m〕
最大平均减速度 1 (m/s2)

在了解了自动扶梯的最小制停距离要求对应的最大平均减速度 1后，就能依据物理公式求得自动扶梯所必需的制定制动力：

                                            〔2〕

式中：Fmax — 自动扶梯的制定制动力，N；

m — 自动扶梯运动件计算总质量，kg；

1 — 最大平均减速度，m/s2。

从式〔2〕可知在安全标准的减速度限制条件下，自动扶梯的制定制动力主要取决于自动扶梯运动件制定总质量。由自动扶梯的传动结构可知，自动扶梯运动部件计算总质量主要是由梯级、梯级轮轴、梯级链、扶手带质量和梯级驱动轮转动惯量组成；依据不同的驱动方式还可包括驱动链、减速装置、电动机的转动惯量。

目前国内市场上的自动扶梯机械制动系统，制动时制动力一般不能调节控制。关于同一台自动扶梯，在同向运行制动时其制动器的额定制动力是基本恒定的；在满足最小制动距离要求的制定制动力确定以后，其能否同时满足额定载荷条件下的最大制动距离要求呢？我们可以先分析一下最大制动距离要求时的最小平均减速度；同时依据由式〔2〕确定的制动力，确定能否满足安全标准要求。

同样由式〔1〕的参数关系，以及GB16899中12.4.4.2条要求可得下表2：

表2               最大制停距离要求对应的最小平均减速度

2

额定速度V〔m/s〕
最大制动距离S2〔m〕
最小平均减速度2(m/s2)

由表2可知满足最大制动距离要求时的最小平均减速度 2。由于在确保空载制动自动扶梯的最大平均减速度时，制定制动力已经基本确定；此时在额定载荷条件下制动时，机械制动力必必需在克服载荷重力下滑分力的状况下，对运动机构和额定载荷的总和质量产生减速度；这时最小平均减速度 2由下式确定：

                                    〔3〕

式中： 2 — 最小平均减速度，m/s2；

Q — 自动扶梯的额定总载荷，kg；

gn — 重力加速度，9.8m/s2；

α — 自动扶梯的倾角，Deg；

由式〔2〕、式〔3〕变幻后可得：

               〔4〕

式〔4〕变幻后可得：

                                       〔5〕

式〔5〕表达了在最大、最小平均减速度确定后，在设定的倾角和忽略摩擦阻力条件下，额定总载荷与自动扶梯运动机构计算总质量的比值就已确定。设自动扶梯的倾角为30°，取表1中空载最大平均减速度，表2中满载最小平均减速度，按式〔5〕可得满足GB16899中12.4.4.2条安全要求的制停距离范围时，额定载荷与自动扶梯运动件计算总质量之比为0.133。也就意味着在GB16899规范12.4.4.2条要求的安全制停距离范围内，倾角30°自动扶梯制动的额定总载荷值只能是自动扶梯运动件计算总质量的七分之一多。