自动扶梯制动性能安全分析

自动扶梯制动性能安全分析在自动扶梯设计、制造、安装、运行、平安性能检验中，制动系统的重要性是不容忽视的；自动扶梯制动性能在保障自动扶梯平安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平安问题敲响了警钟。本文将通过自动扶梯制动系统设计的结构原理分析，结合GB16899-1997《自动扶梯和自动人行道制造与安装平安规范》（以下简称GB16899）关于自动扶梯制动性能的有关平安要求；针对国内市场上自动扶梯制动系统设计的常见结构和进展趋势，分析其与GB16899中有关自动扶梯制动性能的设计平安要求的冲突；并就其影响提出一些看法，与业内同行探讨。

一、自动扶梯制动系统设计的平安要求

有关自动扶梯工作制动器系统性能设计的平安要求，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;

12.4.4.1

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≤0.6m时

为60kg；

0.6m＜z1≤0.8m时

为90kg；

0.8m＜z1≤1.1m时

为120kg。

受载的梯级数量“由提上升度除以最大可见梯级踢板高度”（见图3中x1）求得。

在试验时允许将总制动载荷分布在所求得的的梯级上。

12.4.4.2

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）的制停距离应在下列范围之间：

额定速度

制停距离范围

0.50m/s

0.20m～1.00m

0.65m/s

0.30m～1.30m

0.75m/s

0.35m～1.50m

若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头测量。

在GB16899中12.6.5条还规定：“假如电源发生故障或平安电路失电，允许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，两只制动器只允许在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设计如何，正常状况下的制动减速度平安限制是明确的。

由上述要求可知，自动扶梯工作制动器的制动力量应能满意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力量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设计能否达到规定的平安要求，可通过计算分析来确定。

二、自动扶梯的制动力量分析

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平安标准要求可知，为满意最小制动距离要求；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。

根据式（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)0.500.200.630.650.300.700.750.350.80

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需的设计制动力：

（2）

式中：Fmax—自动扶梯的设计制动力，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）可知在平安标准的减速度限制条件下，自动扶梯的设计制动力主要取决于自动扶梯运动件设计总质量。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整掌握。对于同一台自动扶梯，在同向运行制动时其制动器的额定制动力是基本恒定的；在满意最小制动距离要求的设计制动力确定以后，其能否同时满意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，确定能否满意平安标准要求。

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)0.501.000.130.651.300.160.751.500.19

由表2可知满意最大制动距离要求时的最小平均减速度2。由于在保证空载制动自动扶梯的最大平均减速度时，设计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）变换后可得：

（4）

式（4）变换后可得：

（5）

式（5）表达了在最大、最小平均减速度确定后，在设定的倾角和忽视摩擦阻力条件下，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