自動扶梯防逆轉保護分析與檢驗方法探討

陳宏意

(福建省勞安設備技術開發中心，福建 福州 350003）

1 引言

隨著城市建設的發展，自動扶梯扮演著越來越重要的角色，人們對其運行的安全性、可靠性也越來越關注。自動扶梯工作環境比較開放，以機械和電氣控制工作特性為主，在人流量密集的商場和軌道交通系統中容易造成扶梯故障，從而引發安全事故。其中的逆轉事故是指自動扶梯牽引力方向改變或者牽引鏈條的牽引力喪失，這種非人為改變設定運行方向的現象，不論其是在向下運行工況還是向上運行工況過程中，都有可能發生非人為的操縱逆轉事故。特別是自動扶梯滿載或超載上行的情況（即工作制動器處于開閘狀態）而引發的概率最高；逆轉事故將會造成擠壓、墜落、踩踏、碰撞、滾落、剪切等安全事件，危害群體乘客安全，更為甚者將導致重、特大事故。

2 自動扶梯工作系統及原理分析

自動扶梯用來傳輸人員，是由梯級系統和兩邊的扶手裝置組合而成的一種連續輸送機器，主要由桁架系統、梯路系統、動力系統、梯路張緊裝置、扶手系統、梳齒板、電氣系統和安全保護裝置等組成[1]，如圖1所示。扶手系統是特殊的帶式輸送機。梯路的結構形式是特殊的板式輸送機，是一種特殊的四輪小車，主要由兩只輔輪和兩只主輪構成。輔輪主要支撐著梯級上的客人，沿著預設的軌道運行；主輪的輪軸和牽引鏈條鉸接從而保證梯級也按照預設的軌道運行以防止跑偏。鏈條式自動扶梯的驅動裝置以牽引鏈條為牽引件，安裝在扶梯的端部。這種結構工藝比較成熟，維護保養方便，應用最為普遍，常應用于提升高度較小的建筑物；齒條式自動扶梯的牽引件主要以牽引齒條為主，此類型結構較為緊湊，驅動裝置直接安裝在扶梯的中部，能耗低且無需內外機房，用于大提升高度或有特殊要求建筑結構上，且視必要可進行多級驅動。文中以鏈條式自動扶梯為研究對象。

圖1 自動扶梯傳動結構及原理簡圖

由自動扶梯的傳動結構及原理分析可知，運送乘客上下的梯級主要是靠鏈條牽引來運行的，所以只要扶梯牽引力方向改變或者牽引鏈條牽引力喪失、導致運行工況方向改變，就發生了所謂的非操縱逆轉。

3 自動扶梯逆轉原因分析及防護要求和措施

3.1 自動扶梯逆轉原因分析

導致扶梯逆轉有很多原因，主要包括扶梯的逆轉保護設計缺陷、檢驗檢測、安裝維保、使用管理等方面[2]。筆者通過對扶梯日常的檢驗檢測及扶梯逆轉事故的分析，從機械和電氣兩方面總結歸納出其產生故障的原因。

3.1.1 由機械方面原因引發的逆轉事故

（1）零部件磨損老化損壞、制動器動作不可靠：驅動鏈條或梯級鏈條脫落斷鏈、減速箱傳動部件磨損、聯軸器損壞等；制動器動作元件的磨損、安裝精度的誤差、制動間隙調整不均等導致的工作制動器和附加制動器動作不可靠。

（2）因超滿載使用工況造成電動機力矩不足、工作制動器無法可靠制停。

（3）鏈傳動失效：在工作和使用過程中，驅動鏈或梯級鏈突發故障，由于斷鏈、鏈條過分伸長、鏈條松動及打滑等導致的牽引力缺失或不足。

3.1.2 由電氣方面原因引發的逆轉事故

首先是動力電源故障引起的驅動電動機反轉或驅動力矩不足：尤其在扶梯重載上行運行工況，若電網失壓或者斷錯相故障，將導致嚴重的逆轉事故。

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

3.2 制造安裝規范對防逆轉裝置防護要求和措施

GB 16899—2011《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規范》從扶梯的出廠到安裝整個過程對可能發生的逆轉風險，提出了具體要求及相對應的防護措施[3]。

3.2.1 扶梯在正常工作情況下每小時最大輸送能力應符合要求

每個規格梯級或踏板寬度與其名義速度相對應的每小時輸送能力應小于最大輸送能力，如表1所示；如果超過最大輸送能力，扶梯則因滿載或超載工況下運行容易導致逆轉事故的發生。

表1 自動扶梯相對應最大輸送能力一覽表

3.2.2 扶梯傾斜角度和相對應名義速度的要求及措施

3.2.3 對工作制動器及附加制動器的要求及措施

對工作制動器的要求及措施：自動扶梯應按照規范要求設置工作制動器，在控制回路或動力電源失電情況下應可靠制動。在正常使用工作過程中，應動作自如無延遲遲滯現象，在制動過程中應接近勻減速的制停過程直至停止狀態。

對附加制動器的要求及措施：因建筑結構需要，扶梯的提升高度超過6m；因連接設計不同，工作制動器與驅動裝置之間未采用多排鏈條、齒輪、軸等非摩擦傳動元件連接；因結構形式不一樣，工作制動器不是采用機電式制動器；因使用場所要求，用于公共場所的交通型扶梯；以上所有情況均應設置至少一個附加制動器，在特殊要求及使用場所還可以設置多個附加制動器。

附加制動器結構為機械式并可靠動作，當扶梯正常運行速度異常，超過名義速度1.4倍之前和踏板、梯級或膠帶改變其規定運行方向時候都應動作，強制斷開控制電路，并且能夠使裝有載荷正常向下運行的扶梯有效地制停。

3.2.4 電氣故障的防護要求及措施

如果無法排除以下任何一種電氣故障，則本身不應成為自動扶梯危險狀態的原因。

（1）在動力電源方面故障：無電壓或者電壓降低；

（2）由于觸點不斷開、不閉合引起；

（3）對地或對金屬構件的絕緣損壞以及導線的中斷；

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

（5）繼電器或者接觸器的可動銜鐵不吸合、不釋放或吸合不完整。

3.2.5 對主要裝置的要求及措施

扶梯應設置非操作逆轉保護裝置是國標強制性的要求，主要為了防止逆轉事故保護乘客。對非操作逆轉保護裝置的要求及措施：當膠帶、梯級或踏板發生異常改變規定運行方向時，非操作逆轉保護裝置動作使自動停止運行。

對驅動傳動裝置的要求及措施：驅動傳動裝置與工作制動器之間應采用多排鏈條、齒輪、軸等非摩擦傳動元件連接；如果采用摩擦元件連接（如三角傳動皮帶）時，應設置至少一個附加制動器。

對工作零部件的要求及措施：所有機械電氣工作零部件的材質應有足夠的強度，設計合理結構無缺陷，符合制造規范的要求。日常應及時維護保養，使工作零部件保持良好的工作性能，對于易損零部件應及時關注其磨損程度，必要時應進行更換。

4 自動扶梯防逆轉裝置的檢驗方法

4.1 國家檢驗相關技術規范要求

GB 16899—2011《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規范》和 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》及第1、2號修改單對扶梯非操縱逆轉保護的檢驗條款列為B類項即重要項[4]。在監督檢驗和定期檢驗時，如果該項檢驗不合格，則整機判定不合格。可見防逆轉裝置是一項非常重要的國家強制要求裝設的安全保護裝置。根據規范該裝置應滿足如下要求：

（1）防逆轉保護裝置能使自動扶梯在梯級、踏板或者膠帶在非人為操縱情況下改變規定運行方向時，自動停止運行。

（2）防逆轉保護裝置動作時，應該切斷主電源回路和制動器回路，并且只能手動復位故障鎖定（不論電源發生故障或者恢復供電，此故障鎖定應當始終保持有效），操作檢修控制裝置或者開關才能重新啟動扶梯。

（3）工作制動器應可靠制停，制停距離試驗應滿足安全技術規范要求。

（4）附加制動器裝置應當功能有效，在發生非操縱逆轉時，應當動作可靠，剎車制停。

4.2 防逆轉保護的檢驗檢測方法

對防逆轉保護的檢驗檢測，除了對防逆轉保護裝置本身進行可靠性檢驗外，還應對工作制動器制動力和附加制動器制動力進行可靠性檢驗。

4.2.1 對防逆轉保護裝置的檢驗方法

不同廠家、不同品牌的扶梯，防逆轉保護的設置型式也各不相同。首先應對它們的設計原理進行分析，對電氣原理圖進行核查，判斷它們在設計和工作方式上是否符合國家安全技術規范要求，再對其性能進行檢測[5]。針對不同防逆轉保護裝置的設置型式，總結歸納出4種不同檢驗檢測方法。

（1）防逆轉保護裝置采用工作制動器和速度監控元件組合型：工作制動器作為裝置的機械保護元件，速度監控元件則作為監控裝置的電氣元件，其工作原理是通過監控扶梯運行速度的變化來控制反饋給工作制動器，使制動器動作從而防止逆轉運行，如圖2所示。對此類型裝置的檢驗方法是：使扶梯以額定速度向上運行，讓調試員取消速度檢測信號，此時工作制動器應可靠動作，扶梯減速制停。

圖2 速度監控元件和工作制動器組合型的防逆轉保護裝置自動控制原理圖

（2）防逆轉保護裝置采用工作制動器和電氣安全開關組合型：工作制動器作為裝置的機械保護元件，電氣安全開關件則作為監控裝置的電氣元件，其工作原理是通過安裝于傳動鏈輪軸端、梯級鏈輪軸端或者減速器軸端的電氣安全開關，監控扶梯運行速度和方向的變化來反饋給工作制動器，使制動器動作從而防止逆轉運行，如圖3所示。對此類型裝置的檢驗方法是：使扶梯以額定速度向上運行，讓調試員手動動作該電氣安全開關，此時工作制動器應可靠動作，扶梯減速制停。

圖3 電氣安全開關和工作制動器組合型的防逆轉保護裝置自動控制原理圖

（3）防逆轉保護裝置采用附加制動器和電氣安全開關（或速度監控元件）與組合：工作制動器和附加制動器作為裝置的機械保護元件，電氣安全開關件（或速度監控元件）則作為監控裝置的電氣元件，其工作原理是通過速度監控元件或者安裝于傳動鏈輪軸端、梯級鏈輪軸端或者減速器軸端的電氣安全開關，監控扶梯運行速度和方向的變化來反饋給工作制動器和附加制動器，使附加制動器電磁接觸器失電觸發機械部件動作，防止逆轉運行，如圖4所示。對此類型裝置的檢驗方法是：使扶梯以額定速度向上運行，讓調試員手動動作電氣安全開關（或取消速度監控信號），工作制動器動作，同時附加制動器機械部件卡在梯級鏈輪上，扶梯減速制停。

圖4 電氣開關和附加制動器組合型的防逆轉保護裝置自動控制原理圖

（4）防逆轉保護裝置檢驗除了以上正常3種方法之外，根據自動扶梯的控制特點還可以參考使用如下檢驗方法[6]：讓調試人員斷開主電源開關，用絕緣螺絲刀將驅動電動機進線端的三相電源線拆除掉，用絕緣電工膠布包扎好線頭，將控制柜主電源開關合上并開始通電，現場人員用鑰匙將開關打到上行方向即給定扶梯一個運行信號，與此同時工作制動器抱閘打開，梯級處于停止狀態，10s之后手動快速向下行方向盤車，此時接觸器動作，防逆轉保護裝置切斷工作制動器電源，工作制動器動作使扶梯減速制停。

4.2.2 對工作制動器制動力檢驗方法

首先，應按照規范要求進行空載試驗。試驗時自動扶梯以額定速度向下制停測試，應可靠制停且制停距離應近最小值。如果測量數據接近最大值，當扶梯進行有載試驗向下制停時，其制動力存在不可靠的風險。

其次，應按照規范要求對工作制動器進行滿載下行時的制停距離測試，其制停距離應該小于最大值。

4.2.3 對附加制動器制動力檢驗方法

在檢驗過程中先將工作制動器人為設置失效，將總制動載荷砝碼均勻搬布在自動扶梯上部2/3的梯級上，然后向下運行自動扶梯，待扶梯達到額定速度時，人為動作附加制動器，自動扶梯應能有效減速至停止下來。

5 結語

文章分析了自動扶梯產生逆轉的原因，提出對扶梯防逆轉保護的安全要求和具體防護措施，探討不同防逆轉保護裝置結構的不同檢驗方法，對分析逆轉事故、加強防逆轉裝置維護保養檢驗及預防事故的發生有實際參考價值。