一种自动扶梯安全装置的研究

冯双昌，陈杰，牛旷野

（上海市特种设备监督检验技术研究院，上海 200062）

0 引言

自动扶梯由于具有运输效率高、可持续运行等特点，已经在商场、车站、地铁等公共场所得到了广泛应用。制动器是自动扶梯重要的安全保护装置，当自动扶梯运行时，制动器处于打开状态；当自动扶梯停止时，制动器处于闭合状态[1]。

自动扶梯大多采用端部驱动的方式，把驱动主机的输出转矩传递至梯级链轮的链条。一般驱动主机的输出轴上安装有小链轮；在梯级驱动链轮轴上安装有大链轮，经驱动链把两者连接起来。目前，按照现行标准制造的自动扶梯一般采用双排链作为驱动链，以提高其安全系数[2]。但是，1997年之前从日本进口的自动扶梯许多采用单排链作为驱动链, 该类自动扶梯在上部桁架内设置了驱动链安全装置，当驱动链断裂时，靴杆在自重的作用下向下摆动，带动转轴旋转，使棘杆头部的电气开关动作切断控制回路，制动器动作,同时棘杆卡入棘轮，使自动扶梯制停并防止下滑。

李俊林等[3]基于附加制动器棘爪断裂开展分析，对棘爪承受静载荷和动载荷两种工况进行强度校核，得出棘爪断裂的具体原因；何祖恩[4]在详细分析了空载、制动载荷两种额定速度和超速工况下的附加制动器的制动性能，确保电梯安全运行；陈洪国[5]分析了速度监测与非操作逆转之间的联系，以速度监测为基础介绍了附加制动器的工作原理。本文主要通过分析附加制动器保护装置的功能特性，针对单排链作为驱动链的自动扶梯，提出一种性价比高、实用性强、结构简单、用于辅助制动的安全装置，有效地提高自动扶梯安全性，防范重大安全风险，并在解决自动扶梯单排链的问题中开展实际的应用。

1 附加制动器的功能要求

1.1 附加制动器的检验要求

根据TSG T7005-2012《电梯监督检验和定期检验规则——自动扶梯与自动人行道》附件A中6.13附加制动器规定：自动扶梯的工作制动器和梯级驱动装置之间不是用轴、齿轮、多排链条、多根单排链条连接的，应当设置一个或者多个机械式（利用摩擦原理）附加制动器[6]。GB 16899-2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》中5.4.2.2附加制动器规定，附加制动器在下列任何一种情况下都应起作用：1）在速度超过名义速度1.4倍之前；2）在梯级改变其规定运行方向时[7]。

可见，附加制动器能起到上述两种作用，但前述提到的采用单排链作为驱动链的自动扶梯，驱动链安全装置只能在断链情况下起到保护作用，超速情况下不起作用[8]。针对采用单排链作为驱动链的自动扶梯，由于空间尺寸和结构的限制，无法加装附加制动器，因此非常有必要研究一种提高自动扶梯安全性的装置。

1.2 附加制动器的测试方法

现场检验时，不仅需要考虑其动作可靠，同时要满足功能可靠。使用环境因素对附加制动器的制动性能影响巨大，付春平[9]针对正常工况和非正常工况下的制动力进行测试，为提高维保质量提供了理论基础；邵卫锋[10]使用等效转矩测试方法代替载荷测试方法，大大降低检验现场人力、物力，从而实现自动扶梯无载荷的测试方法。自动扶梯带载试验时，测试本身会存在一定风险，砝码摆放在梯路的上半部分，扶梯以额定速度下行，制停距离过小则易造成砝码下滑，制停距离过大则不易使电梯停止，所以带载测试常常逐渐增加砝码数量，同时可以按照产品说明书适当调整附加制动器，但不能更换零部件。

自动扶梯附加制动器测试时，如果电源发生故障或安全回路失电，允许附加制动器和工作制动器同时动作，其制停距离应符合检规中制停距离的要求，同时附加制动器在开始时应强制地切断控制电源。当附加制动器单独动作时，应能使下行方向的自动扶梯有效地停止，其减速度不能大于1 m/s2,并使其保持静止状态。

1.3 附加制动器的工作特点

附加制动器动作时，会产生巨大的刚性冲击力，当采用棘轮、棘爪作为制动部件时，常常会对其造成较大的冲击。因此，制造企业在设置附加制动器时，根据标准要求仅在超速1.4倍额定速度和梯级发生逆转时动作，通过可靠的延时继电器计算好设定值，并符合型式试验要求，使附加制动器的动作常常在工作制动器动作之后响应，即工作制动器动作后，扶梯可靠制停，通过延迟继电器实现附加制动器的零速制动，大大降低附加制动器动作对棘轮、棘爪的破坏。

2 安全装置的设计

如图1所示，一种提高自动扶梯安全性的装置，适用于本文的安全装置以及类似带有棘轮和棘杆结构的自动扶梯，主要安装在自动扶梯桁架上的驱动链安全装置，通过增加测速装置、电磁阀和连杆等部件，在驱动链断链、自动扶梯超速或者非操纵逆转情况下，通过连接线传输到控制柜，使电磁阀失电，弹簧弹出，连杆向前伸出，从而棘杆卡入棘轮，达到有效制停自动扶梯的功能。

图1 整体结构图

端部驱动的自动扶梯，驱动端一侧为驱动轮，另一侧为棘轮，驱动轮通过驱动链与驱动主机相连，靴衬紧贴驱动链，与靴杆通过螺栓连接在一起，靴杆与棘杆通过转轴连接在一起，同时在棘杆侧上端与转轴连接处安装电气开关，电磁阀安装在支架上，连杆带有螺纹穿过复位弹簧。

如图2所示，在自动扶梯驱动轮安全装置的基础上，拆除棘杆和转轴的弹性销，使棘杆可围绕转轴转动，在棘杆侧上端的转轴处安装电气开关，当转轴转动时，电气开关动作。自动扶梯运行时，电磁阀得电，使棘杆向右动作，并保持动作状态。靴杆上的靴衬紧贴驱动链，当驱动链断链时，靴杆在重力作用下下沉，进而带动转轴动作，使电气开关动作，控制柜接到电气开关断开的信号后发出使电磁阀失电的指令，使棘杆卡住棘轮。位于驱动主机梯级链处安装的测速装置检测到超速或非操纵逆转时，通过控制柜也会发出指令，使电磁阀失电，复位弹簧弹出，进而推动连杆使棘杆转动卡入棘轮。

图2 装置侧视图

如图3所示，电磁阀通过第一螺栓和第二螺栓固定在支架上，连杆一端与电磁阀阀芯连接，另一端和棘杆通过螺母连接在棘杆上，连杆穿过支架，在连杆中部安装一个复位弹簧和调节螺母，此行程距离内连杆上应有螺纹，使弹簧右侧顶住支架并固定牢固，左侧被调节螺母压紧，调节螺母可以与此连杆上的螺纹配合，调节其压缩量，且当动作时，复位弹簧处于压缩状态。电气开关通过第一固定孔、第二固定孔固定在扶梯支架上，触发块与转轴连接。当自动扶梯在驱动链断链时，电气开关通过连接线传输到控制柜，从而使电磁阀失电，通过复位弹簧使棘杆插入棘轮，从而使自动扶梯停止运行。

图3 安全装置安装示意图

3 安全装置在实际中的应用

二十世纪八九十年代，上海大部分重要商业场所使用的电梯主要进口日系、德系、欧美系等品牌，国内的代理商对这些进口设备进行销售、安装、维保，在此背景下，上海到目前为止，还存在很多运行状态良好的进口自动扶梯，在这部分自动扶梯里，日系自动扶梯驱动轮主要采用单排链的形式驱动，单排链不能满足TSG T7005-2012《电梯监督检验和定期检验规则——自动扶梯与自动人行道》的要求，需要对其进行必要的安全升级。

自动扶梯的主要驱动方式是通过驱动主机的输出转矩传递至梯级链轮的链条，一般在输出轴上安装有小链轮，在梯级驱动链轮轴上安装有大链轮，经驱动链把两者连接起来。电磁铁是利用电流的磁效应，使铁芯磁化而对钢铁等物质具有吸力，这类装置广泛应用在电铃、电磁开关、电磁起重机等设备上。

如图4所示，机械改装：1）增加一个铁架，用于安装电磁铁。2）增加一根连杆，连杆一端和电磁阀阀芯连接，另一端和棘杆通过螺母连接。连杆中部有一个弹簧和调节螺母。弹簧左侧顶住铁架，右侧被调节螺母压紧，弹簧处于压缩状态。3）拆除棘杆和转轴的弹性销，使得棘杆可围绕转轴转动。4）在棘杆上部位置安装一限位开关，当棘杆转动时，限位开关动作。电气改装:1）靴杆处限位开关动作，制动器失电制动，同时，电磁阀失电动作。2）位于驱动主机高速端的测速装置检测到超速时，控制柜也会发出指令，使电磁阀失电，压缩弹簧弹出，进而推动连杆使棘杆转动卡入棘轮。

图4 实际应用图

4 结语

本文介绍了一种提高自动扶梯安全性的装置，针对带有棘轮或类似结构的自动扶梯，有效利用有限的驱动端站空间，结构简单、适用范围广、通用性高，能够有效防止自动扶梯因工作制动器老化等制动力不足引起的扶梯溜梯事故，避免发生伤亡事故。调节螺母可调节复位弹簧的压缩量，随时调节动作力矩，在电磁阀断电后，调节连杆对棘杆的推力。电磁阀能够快速响应，无延迟时间，电磁阀得电，复位弹簧处于压缩状态，不会影响扶梯的正常运行,当电磁阀失电，压缩着的复位弹簧使棘杆能够快速、有效地卡入棘轮，制停自动扶梯,从而提高自动扶梯的整体安全性能。