陈宏意

(福建省劳安设备技术开发中心，福建 福州 350003）

1 引言

随着城市建设的发展，自动扶梯扮演着越来越重要的角色，人们对其运行的安全性、可靠性也越来越关注。自动扶梯工作环境比较开放，以机械和电气控制工作特性为主，在人流量密集的商场和轨道交通系统中容易造成扶梯故障，从而引发安全事故。其中的逆转事故是指自动扶梯牵引力方向改变或者牵引链条的牵引力丧失，这种非人为改变设定运行方向的现象，不论其是在向下运行工况还是向上运行工况过程中，都有可能发生非人为的操纵逆转事故。特别是自动扶梯满载或超载上行的情况（即工作制动器处于开闸状态）而引发的概率最高；逆转事故将会造成挤压、坠落、踩踏、碰撞、滚落、剪切等安全事件，危害群体乘客安全，更为甚者将导致重、特大事故。

2 自动扶梯工作系统及原理分析

自动扶梯用来传输人员，是由梯级系统和两边的扶手装置组合而成的一种连续输送机器，主要由桁架系统、梯路系统、动力系统、梯路张紧装置、扶手系统、梳齿板、电气系统和安全保护装置等组成[1]，如图1所示。扶手系统是特殊的带式输送机。梯路的结构形式是特殊的板式输送机，是一种特殊的四轮小车，主要由两只辅轮和两只主轮构成。辅轮主要支撑着梯级上的客人，沿着预设的轨道运行；主轮的轮轴和牵引链条铰接从而保证梯级也按照预设的轨道运行以防止跑偏。链条式自动扶梯的驱动装置以牵引链条为牵引件，安装在扶梯的端部。这种结构工艺比较成熟，维护保养方便，应用最为普遍，常应用于提升高度较小的建筑物；齿条式自动扶梯的牵引件主要以牵引齿条为主，此类型结构较为紧凑，驱动装置直接安装在扶梯的中部，能耗低且无需内外机房，用于大提升高度或有特殊要求建筑结构上，且视必要可进行多级驱动。文中以链条式自动扶梯为研究对象。

图1 自动扶梯传动结构及原理简图

由自动扶梯的传动结构及原理分析可知，运送乘客上下的梯级主要是靠链条牵引来运行的，所以只要扶梯牵引力方向改变或者牵引链条牵引力丧失、导致运行工况方向改变，就发生了所谓的非操纵逆转。

3 自动扶梯逆转原因分析及防护要求和措施

3.1 自动扶梯逆转原因分析

导致扶梯逆转有很多原因，主要包括扶梯的逆转保护设计缺陷、检验检测、安装维保、使用管理等方面[2]。笔者通过对扶梯日常的检验检测及扶梯逆转事故的分析，从机械和电气两方面总结归纳出其产生故障的原因。

3.1.1 由机械方面原因引发的逆转事故

（1）零部件磨损老化损坏、制动器动作不可靠：驱动链条或梯级链条脱落断链、减速箱传动部件磨损、联轴器损坏等；制动器动作元件的磨损、安装精度的误差、制动间隙调整不均等导致的工作制动器和附加制动器动作不可靠。

（2）因超满载使用工况造成电动机力矩不足、工作制动器无法可靠制停。

（3）链传动失效：在工作和使用过程中，驱动链或梯级链突发故障，由于断链、链条过分伸长、链条松动及打滑等导致的牵引力缺失或不足。

3.1.2 由电气方面原因引发的逆转事故

首先是动力电源故障引起的驱动电动机反转或驱动力矩不足：尤其在扶梯重载上行运行工况，若电网失压或者断错相故障，将导致严重的逆转事故。

其次是低压元件在工作过程中发生短路、断路或粘连等电气故障，或安全电路、抽动器控制回路等发生线路故障，不能起到安全保护、有效控制、可靠制停等作用。

3.2 制造安装规范对防逆转装置防护要求和措施

GB 16899—2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》从扶梯的出厂到安装整个过程对可能发生的逆转风险，提出了具体要求及相对应的防护措施[3]。

3.2.1 扶梯在正常工作情况下每小时最大输送能力应符合要求

每个规格梯级或踏板宽度与其名义速度相对应的每小时输送能力应小于最大输送能力，如表1所示；如果超过最大输送能力，扶梯则因满载或超载工况下运行容易导致逆转事故的发生。

表1 自动扶梯相对应最大输送能力一览表

3.2.2 扶梯倾斜角度和相对应名义速度的要求及措施

3.2.3 对工作制动器及附加制动器的要求及措施

对工作制动器的要求及措施：自动扶梯应按照规范要求设置工作制动器，在控制回路或动力电源失电情况下应可靠制动。在正常使用工作过程中，应动作自如无延迟迟滞现象，在制动过程中应接近匀减速的制停过程直至停止状态。

对附加制动器的要求及措施：因建筑结构需要，扶梯的提升高度超过6m；因连接设计不同，工作制动器与驱动装置之间未采用多排链条、齿轮、轴等非摩擦传动元件连接；因结构形式不一样，工作制动器不是采用机电式制动器；因使用场所要求，用于公共场所的交通型扶梯；以上所有情况均应设置至少一个附加制动器，在特殊要求及使用场所还可以设置多个附加制动器。

附加制动器结构为机械式并可靠动作，当扶梯正常运行速度异常，超过名义速度1.4倍之前和踏板、梯级或胶带改变其规定运行方向时候都应动作，强制断开控制电路，并且能够使装有载荷正常向下运行的扶梯有效地制停。

3.2.4 电气故障的防护要求及措施

如果无法排除以下任何一种电气故障，则本身不应成为自动扶梯危险状态的原因。

（1）在动力电源方面故障：无电压或者电压降低；

（2）由于触点不断开、不闭合引起；

（3）对地或对金属构件的绝缘损坏以及导线的中断；

（4）电容器、电阻器、晶体管等电气元件发生短路或断路故障以及性能参数发生改变；

（5）继电器或者接触器的可动衔铁不吸合、不释放或吸合不完整。

3.2.5 对主要装置的要求及措施

扶梯应设置非操作逆转保护装置是国标强制性的要求，主要为了防止逆转事故保护乘客。对非操作逆转保护装置的要求及措施：当胶带、梯级或踏板发生异常改变规定运行方向时，非操作逆转保护装置动作使自动停止运行。

对驱动传动装置的要求及措施：驱动传动装置与工作制动器之间应采用多排链条、齿轮、轴等非摩擦传动元件连接；如果采用摩擦元件连接（如三角传动皮带）时，应设置至少一个附加制动器。

对工作零部件的要求及措施：所有机械电气工作零部件的材质应有足够的强度，设计合理结构无缺陷，符合制造规范的要求。日常应及时维护保养，使工作零部件保持良好的工作性能，对于易损零部件应及时关注其磨损程度，必要时应进行更换。

4 自动扶梯防逆转装置的检验方法

4.1 国家检验相关技术规范要求

GB 16899—2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》和 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》及第1、2号修改单对扶梯非操纵逆转保护的检验条款列为B类项即重要项[4]。在监督检验和定期检验时，如果该项检验不合格，则整机判定不合格。可见防逆转装置是一项非常重要的国家强制要求装设的安全保护装置。根据规范该装置应满足如下要求：

（1）防逆转保护装置能使自动扶梯在梯级、踏板或者胶带在非人为操纵情况下改变规定运行方向时，自动停止运行。

（2）防逆转保护装置动作时，应该切断主电源回路和制动器回路，并且只能手动复位故障锁定（不论电源发生故障或者恢复供电，此故障锁定应当始终保持有效），操作检修控制装置或者开关才能重新启动扶梯。

（3）工作制动器应可靠制停，制停距离试验应满足安全技术规范要求。

（4）附加制动器装置应当功能有效，在发生非操纵逆转时，应当动作可靠，刹车制停。

4.2 防逆转保护的检验检测方法

对防逆转保护的检验检测，除了对防逆转保护装置本身进行可靠性检验外，还应对工作制动器制动力和附加制动器制动力进行可靠性检验。

4.2.1 对防逆转保护装置的检验方法

不同厂家、不同品牌的扶梯，防逆转保护的设置型式也各不相同。首先应对它们的设计原理进行分析，对电气原理图进行核查，判断它们在设计和工作方式上是否符合国家安全技术规范要求，再对其性能进行检测[5]。针对不同防逆转保护装置的设置型式，总结归纳出4种不同检验检测方法。

（1）防逆转保护装置采用工作制动器和速度监控元件组合型：工作制动器作为装置的机械保护元件，速度监控元件则作为监控装置的电气元件，其工作原理是通过监控扶梯运行速度的变化来控制反馈给工作制动器，使制动器动作从而防止逆转运行，如图2所示。对此类型装置的检验方法是：使扶梯以额定速度向上运行，让调试员取消速度检测信号，此时工作制动器应可靠动作，扶梯减速制停。

图2 速度监控元件和工作制动器组合型的防逆转保护装置自动控制原理图

（2）防逆转保护装置采用工作制动器和电气安全开关组合型：工作制动器作为装置的机械保护元件，电气安全开关件则作为监控装置的电气元件，其工作原理是通过安装于传动链轮轴端、梯级链轮轴端或者减速器轴端的电气安全开关，监控扶梯运行速度和方向的变化来反馈给工作制动器，使制动器动作从而防止逆转运行，如图3所示。对此类型装置的检验方法是：使扶梯以额定速度向上运行，让调试员手动动作该电气安全开关，此时工作制动器应可靠动作，扶梯减速制停。

图3 电气安全开关和工作制动器组合型的防逆转保护装置自动控制原理图

（3）防逆转保护装置采用附加制动器和电气安全开关（或速度监控元件）与组合：工作制动器和附加制动器作为装置的机械保护元件，电气安全开关件（或速度监控元件）则作为监控装置的电气元件，其工作原理是通过速度监控元件或者安装于传动链轮轴端、梯级链轮轴端或者减速器轴端的电气安全开关，监控扶梯运行速度和方向的变化来反馈给工作制动器和附加制动器，使附加制动器电磁接触器失电触发机械部件动作，防止逆转运行，如图4所示。对此类型装置的检验方法是：使扶梯以额定速度向上运行，让调试员手动动作电气安全开关（或取消速度监控信号），工作制动器动作，同时附加制动器机械部件卡在梯级链轮上，扶梯减速制停。

图4 电气开关和附加制动器组合型的防逆转保护装置自动控制原理图

（4）防逆转保护装置检验除了以上正常3种方法之外，根据自动扶梯的控制特点还可以参考使用如下检验方法[6]：让调试人员断开主电源开关，用绝缘螺丝刀将驱动电动机进线端的三相电源线拆除掉，用绝缘电工胶布包扎好线头，将控制柜主电源开关合上并开始通电，现场人员用钥匙将开关打到上行方向即给定扶梯一个运行信号，与此同时工作制动器抱闸打开，梯级处于停止状态，10s之后手动快速向下行方向盘车，此时接触器动作，防逆转保护装置切断工作制动器电源，工作制动器动作使扶梯减速制停。

4.2.2 对工作制动器制动力检验方法

首先，应按照规范要求进行空载试验。试验时自动扶梯以额定速度向下制停测试，应可靠制停且制停距离应近最小值。如果测量数据接近最大值，当扶梯进行有载试验向下制停时，其制动力存在不可靠的风险。

其次，应按照规范要求对工作制动器进行满载下行时的制停距离测试，其制停距离应该小于最大值。

4.2.3 对附加制动器制动力检验方法

在检验过程中先将工作制动器人为设置失效，将总制动载荷砝码均匀搬布在自动扶梯上部2/3的梯级上，然后向下运行自动扶梯，待扶梯达到额定速度时，人为动作附加制动器，自动扶梯应能有效减速至停止下来。

5 结语

文章分析了自动扶梯产生逆转的原因，提出对扶梯防逆转保护的安全要求和具体防护措施，探讨不同防逆转保护装置结构的不同检验方法，对分析逆转事故、加强防逆转装置维护保养检验及预防事故的发生有实际参考价值。