自動扶梯選型故障分析

摘" 要：自動扶梯的運行質量至關重要，該文通過介紹自動扶梯的選型、土建的勘測處理、安裝與維護過程中的故障實例，從技術角度對案例進行分析，保障扶梯的安全可靠運行，提供舒適的乘坐體驗。

關鍵詞：自動扶梯；自動扶梯選型；公共交通型自動扶梯；驅動裝置；故障

中圖分類號：TH236" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）17-0153-04

Abstract： The operation quality of the escalator is very important. Through the selection of the escalator， civil investigation and treatment， installation and maintenance， this paper analyzes the case from a technical point of view to ensure the safe and reliable operation of the escalator， provide a comfortable ride experience.

Keywords： escalator; escalator selection; public transport escalator; driving device; fault

自動扶梯是現(xiàn)代城市中常見的交通工具之一，其是一種能夠將人們從一個地方快速、便捷地運送到另一個地方的設備。扶梯廣泛應用于地鐵、商場、機場等公共場所，為人們提供了便利的出行方式。

1" 選型錯誤導致扶梯使用壽命縮短

1.1" 案例一

故障現(xiàn)象：某知名大型電子商場，扶梯運行過程中異常的響聲，梯級上下抖動，防逆轉安全保護裝置經(jīng)常誤動作，致使扶梯突然停止運行。

故障分析：維修保養(yǎng)人員對扶梯進行檢查，安全裝置運行動作可靠，防逆轉開關安裝符合技術要求，初步排除了電氣裝置故障導致扶梯的急停、抖動和異常噪音。對扶梯機械部件進行檢查，發(fā)現(xiàn)扶梯梯級驅動鏈伸長，有局部的拉伸和變形。對梯級驅動鏈進一步檢測，發(fā)現(xiàn)梯級驅動鏈條節(jié)距與出廠定數(shù)據(jù)偏差超過5 mm，初步判定鏈條被拉長，導致運行時梯級的上下竄動和異常響聲，同時導致了防逆轉保護開關的動作。

該商場扶梯運行頻繁，載重量較大，連續(xù)運行時間長。在選購更換梯級驅動鏈條時，發(fā)現(xiàn)該商場訂購的自動扶梯屬于輕型普通商用扶梯，按照目前的商場客流量分析，遠遠超過了普通商用扶梯的設計承載能力，機械部件也無法承受長期超負荷運行。

在扶梯的選型過程中，需要考慮負載能力和使用維護成本，根據(jù)使用場所的需求，確定扶梯的載荷能力。一般而言，地鐵和車站等高流量地點需要承載更多人員的重型扶梯以及公共交通型扶梯，而寫字樓、醫(yī)院等低流量地點則可以選擇承載能力稍低的輕型扶梯。

處理對策：本次故障處理過程中，物業(yè)管理人員要求更換梯級驅動鏈條，這種處理方式只是短期解決了扶梯的抖動和噪音，并沒有解決引起扶梯抖動的根本原因，所以在扶梯更換驅動鏈條后，很快又出現(xiàn)了抖動和噪音，梯級驅動鏈條節(jié)距超標等問題。

扶梯選型時要考慮扶梯的壽命以及維護成本，需選擇質量可靠、易于維護且壽命較長的扶梯設備，能降低后期的維護成本，并確保扶梯的可靠性。

1.2" 案例二

故障現(xiàn)象：某口岸4臺自動扶梯運行過程中有異常的響聲，乘坐時上下抖動，左右擺動，扶梯故障率很高，每天故障停梯次數(shù)超過2次，需要維保人員駐點保證扶梯的安全運行。

故障分析：經(jīng)維護人員介紹，該扶梯屬于公共交通類，平時進出口岸的人流量非常大，扶梯每天超負荷運行超過8 h，扶梯機械部件磨損較快，需要定時更換。

公共交通型自動扶梯屬高載荷自動扶梯，適用于一般的公共交通場所，如高鐵、城際軌道交通、普通火車站、機場、過街天橋和過街隧道等，該口岸人流密集度過大，屬于重型扶梯中的極端情況。

在GB 16899—2011《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規(guī)范》中，對公共交通型自動扶梯定義為適用于下列情況之一的自動扶梯。

1）公共交通系統(tǒng)（包括出、入口處）的組成部分。

2）高強度的使用，即每周運行時間約140 h，且在任何3 h的時間間隔內，其載荷達100%制動載荷的持續(xù)時間不少于0.5 h。

該扶梯在100%符負荷情況下，連續(xù)使用時常已經(jīng)超過5 h，一天出現(xiàn)6次以上客流高峰。GB 16899—2011對公共交通型扶梯的專門要求見表1。

根據(jù)GB 16899—2011對輸送能力/額定載荷的定義，理論輸送能力（the oretical capacity）為自動扶梯或自動人行道每小時理論輸送的人數(shù)。

理論輸送能力ct按公式計算

ct=v×3 600×k/0.4，

式中：v為額定速度，m/s；k為系數(shù)。

對于常用的寬度，其k值為：當z1=0.6 m時，k=1.0；當z1=0.8 m時，k=1.5；當z1=1.0 m時，k=2.0，z1為梯級的名義寬度，在公共交通型自動扶梯上，z1一般選用1.0 m。

最大輸送能力（maximum capacity）為在運行條件下，可達到的最大人員流量。

額定載荷（rated load）為設備的設計輸送載荷，即最大輸送能力。

理論輸送能力的計算公式實際上就是梯級上站滿人時的輸送能力，實際上在擁擠的情況下也不會出現(xiàn)全部滿人的情況，人們處于安全的本能，總會留出一定的空間。另外，由于受人們反應時間的限制，速度越快，前后梯級間留下的間隙越大，因此理論輸送能力并沒有很大的意義。

最大輸送能力與理論輸送能力不同，不能通過簡單的公式進行計算，而是采用理論分析及經(jīng)驗值，其數(shù)據(jù)比較難記，可以進行估算。該口岸4臺自動扶梯1、2和3 h的乘坐人員數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表2。

從表2的數(shù)值統(tǒng)計，可以分析出4臺自動扶梯的實際輸送人數(shù)，已經(jīng)完全超過了設計的最大輸送能力6 000人/h，超過最大輸送能力110%。

輸送能力是自動扶梯最重要的性能指標之一。其決定了自動扶梯在單位時間內可以移動的乘客數(shù)量。在選擇自動扶梯時，需要考慮以下幾個因素。

1）最大乘客流量：確定高峰期單位時間內需要通過自動扶梯的乘客數(shù)量。這有助于確定所需的最大輸送能力。

2）承載能力：考慮自動扶梯的承載能力是否符合需求。對于公共交通系統(tǒng)，通常需要選擇具有更高承載能力的自動扶梯。

3）均勻負載分布：自動扶梯應能夠在整個運行時間內均勻地分布負載，以避免過度磨損和潛在的安全問題。

處理對策：由于口岸扶梯的實際輸送人數(shù)已經(jīng)完全超過了扶梯的最大輸送能力，在高峰期應該采用分流策略，引導一部分人員采用垂直電梯上下交通。在建筑條件許可的情況下，根據(jù)口岸人流的分析數(shù)據(jù)，增加多臺平行運行的自動扶梯，對人員進行分流。根據(jù)口岸人流數(shù)據(jù)分析，更換對應型號的扶梯。

由于公共交通型自動扶梯需要適應高強度的運行和復雜的工作環(huán)境，并保證良好的工作壽命，公共交通型自動扶梯與普通自動扶梯在設計上的區(qū)別，不應只是桁架撓度和簡單安裝附加制動器，一般應在載荷條件的設定、動力的配置、桁架的強度、安全性和工作壽命等方面加以專門的設計。

2" 室外半室外自動扶梯

故障現(xiàn)象：某知名景點扶梯，地處較低，在臺風、暴雨的情況下，扶梯大量進水，導致了梯級設備的損壞，元器件燒毀，由于設備頻繁大修，維修成本高居不下，也縮短了設備的使用壽命。

故障分析：由于地理位置原因，下雨導致扶梯進水浸泡，由于沒有提前做好預防措施，停止扶梯的運行，并切斷電源，導致異物卡入梯路導軌，造成了梯級和導軌的損壞。電器元件長時間被雨水浸泡，導致電器原件損壞。雨水夾帶泥沙，導致桁架、驅動軸承、鏈條的磨損、腐蝕，自動潤滑系統(tǒng)的故障等等。

公共交通系統(tǒng)需要自動扶梯具有高耐用性和可靠性，以確保乘客安全和減少停機時間。在選擇時，應該考慮以下因素。

1）材料質量：選擇優(yōu)質的材料可以增加自動扶梯的耐用性和抗磨損性。例如，不銹鋼或高強度鋼可以提供更好的耐久性。

2）防水要求：對于室外半室外自動扶梯應采用具有一定防水等級的材料和設備，建筑本體和扶梯機倉應有相應的排水設施。

處理對策：公共交通型自動扶梯的桁架一般有較高的耐蝕性，常用的方法是對桁架作整體熱鍍鋅（熱浸鋅）處理，表面鋅層達到80 μm時具有40年以上的耐蝕能力。根據(jù)桁架的腐蝕情況采用不同的處理對策，生銹油漆脫落可以在除銹后進行補漆處理，氧化焊點脫落可以補焊后重新鍍鋅處理。自動扶梯的驅動主軸應配備防塵防沙功能保護裝置，能阻止沙塵的進入。驅動鏈輪組件、梯級主軸、梯路導軌支撐板等部件表面要特殊處理，鍍層薄度起碼為80 μm，同時配有防沙防塵蓋。所有電氣連接件應采用管材，連接端頭作防水處理。

扶梯進水后，在處理時，首先要排干積水，對所有的機械部件進行檢查，并確認工作可靠。同時對相應的電氣部件進行烘干處理，并進行絕緣測試，在沒有短路、線路絕緣達標的情況下，才能恢復扶梯的供電。更換扶梯的潤滑油，并檢查油路是否暢通。

由于地形位置原因，導致大量雨水流過扶梯，首先需要對室外排水結構進行改變，自動扶梯是機電一體的中大型設備，對防水有一定的嚴格的要求，即使如此，扶梯也無法經(jīng)受長期的浸泡。如果實在無法改變扶梯外部的排水情況，可以對扶梯的機房進行改造，采用分離機房模式，曳引主機、控制柜、變頻器等部件可以單獨放在地勢較高的房間，并按照GB 16899—2011標準的規(guī)定設置。

3" 端部驅動與中間驅動自動扶梯對比

3.1" 案例一

故障現(xiàn)象：某地鐵站扶梯在使用過程中梯級驅動鏈條脫落，導致乘坐人員摔傷。

故障分析：該扶梯的提升高度超過15 m，在日常使用過程中，有明顯的咔噠聲，噪音和抖動都比較明顯，該扶梯采用端部驅動方式。

按照驅動裝置所在位置可分為端部驅動裝置和中間驅動裝置。

端部驅動裝置以牽引鏈條為牽引件，又稱鏈條式自動扶梯。這種驅動裝置安裝在自動扶梯金屬結構的上端部，稱作機房。端部驅動結構形式最為普遍，工藝成熟，維修方便。

端部驅動：當驅動裝置通電后，制動器松開，電動機轉動，經(jīng)由減速器減速為自動扶梯提供動力使其正常工作，并由制動器在自動扶梯產(chǎn)生故障或需停止的情況下制停自動扶梯，后通過鏈條帶動驅動主軸停止轉動。驅動主軸上裝有2個牽引鏈輪、2個扶手驅動輪、驅動鏈輪和緊急制動器等。牽引鏈條上裝有一系列梯級，由主軸上的牽引鏈輪帶動。

鏈傳動由2個鏈輪和繞在兩輪上的中間撓性件鏈條所組成，靠鏈條與鏈輪之間的嚙合來傳遞兩平行軸之間的運動和動力，屬于具有嚙合性質的強迫傳動。

與齒輪傳動相比，鏈傳動的主要特點是沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高。傳遞功率大，過載能力強，能在低速重載下較好工作，能適應惡劣環(huán)境如多塵、油污、腐蝕和高強度場合。但鏈傳動也有一些缺點：工作中有沖擊和噪聲，磨損后易發(fā)生跳齒，不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動中應用。

該梯采用的是端部鏈條驅動，雖然鏈條驅動承載能力強，重載下傳遞效果好，但是GB 16899—2011標準沒有對鏈傳動的距離有明確的要求。自動扶梯鏈條驅動，采用的是鏈輪張緊模式，兩軸之間的傾斜角為30°、35°，容易造成鏈條上緊下松的現(xiàn)象，下機倉的張緊軸采用彈性可調節(jié)模式，在受力不均勻、載荷變化較大的情況下，容易造成鏈條的跳動。在沒有充分檢查和維護等情況下，疲勞使用，容易造成鏈條在使用中脫落。扶梯驅動鏈條滑落后，沒有相應的機械部件能制停驅動鏈條的滑落，會對乘坐人員造成傷害。

處理對策：對于提升高度超過15 m，采用鏈條驅動的自動扶梯，日常保養(yǎng)時，應進行充分的清潔與潤滑，在季檢、半年檢、年檢過程中，應對鏈條的節(jié)距、磨損、機械損傷情況進行評估，保證驅動鏈條在最佳的工況下運行，如果磨損嚴重，需要及時進行更換。

3.2" 案例二

故障現(xiàn)象：某地鐵站扶梯在使用過程中導致老人摔倒。

故障分析：據(jù)乘坐該扶梯的老人反應，在使用過程中，扶梯的上下晃動，無法站穩(wěn)，摔倒受傷，該扶梯采用的是齒條傳動的中間驅動方式。

驅動裝置安裝在自動扶梯中部稱作中間驅動裝置，以牽引齒條為牽引件，又稱為齒條式自動扶梯。中間驅動結構形式緊湊、能耗低，特別是大提升高度時，可以進行多級驅動。但由于驅動裝置安裝在梯級下面，因此需要注意驅動裝置所產(chǎn)生的振動和噪聲。采用中間驅動方式，扶梯的提升高度可以超過50 m，目前國內超距離提升自動扶梯都是采用的中間驅動模式。

與鏈條傳動相比，齒輪齒條傳動的特點：傳動效率通常較高，能夠將輸入的動力有效地傳遞到輸出端，實現(xiàn)高效的功率傳輸。這是由于齒輪與齒條之間的嚙合具有較小的滑動，能夠減少傳動損耗。齒輪齒條結構的嚙合具有較高的精度，能夠實現(xiàn)精確的運動控制。齒輪齒條結構的傳動穩(wěn)定性較好，能夠保持較穩(wěn)定的輸出轉矩和轉速。齒輪齒條結構的傳動速度受到一定的限制，由于齒輪與齒條的嚙合關系，高速旋轉時容易產(chǎn)生沖擊和振動，從而限制了其傳動速度。當傳輸距離較長時，相鄰電機之間的驅動速度偏差不能超過2%，如果速度偏差較大，會造成梯級之間的擠壓、震動等。

處理對策：對于采用多級驅動的自動扶梯，應配有監(jiān)測裝置監(jiān)測每臺電機的運行狀況，當個別電機運行異常，或者電梯同步速度偏差超標，檢測裝置應有效地停止扶梯的運行。老人盡量乘坐垂直升降電梯，在有家人陪同的情況下才能乘坐自動扶梯，并遵守自動扶梯乘坐相關規(guī)定，握緊扶手帶。

4" 結束語

在公共交通領域，自動扶梯是常見的設備，用于幫助乘客在高峰期間快速、順暢地移動。正確地選擇自動扶梯對于確保乘客安全和提高運輸效率至關重要。公共交通型自動扶梯選型主要考慮以下方面：輸送能力、尺寸和速度、耐用性和可靠性、安全性能、能耗、維護要求和環(huán)境適應性。

參考文獻：

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