自動扶梯空載下行制停距離范圍分析

吳常坤

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院無錫分院 無錫 214000）

自動扶梯空載下行制停距離范圍分析

吳常坤

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院無錫分院 無錫 214000）

本文針對自動扶梯維護(hù)保養(yǎng)和定期檢驗工作中無法根據(jù)空載下行制停距離判斷有載下行制停距離是否符合要求的問題，通過分析制停過程中制動力與制動距離的關(guān)系，推理出空載和有載工況下行制停距離之間的關(guān)系，并據(jù)此計算出能夠覆蓋有載下行制停距離范圍要求的空載下行制停距離范圍。此范圍在有載工況下依然具有約束效用，相比國標(biāo)中規(guī)定的空載下行制停距離范圍更具參考意義。通過實(shí)例計算驗證了此范圍在實(shí)際中應(yīng)用的可行性。

自動扶梯 制動力 空載下行制停距離 有載下行制停距離

隨著自動扶梯在地鐵、商場等公共場所的廣泛應(yīng)用，由自動扶梯制停距離過大造成的安全事故時有發(fā)生。自動扶梯的制動性能在其安全運(yùn)行中的作用不容忽視。根據(jù)GB 16899—2011《自動扶梯和自動人行道制造與安裝安全規(guī)范》的規(guī)定，空載和有載向下運(yùn)行自動扶梯的制停距離應(yīng)符合表1的規(guī)定［1］。

由于自動扶梯在進(jìn)行定期檢驗時只測量其空載下行制停距離［2］，而一臺自動扶梯在受載情況下的下行制停距離會大于其空載下行制停距離，因此，即使自動扶梯的空載下行制停距離符合表1的規(guī)定，有載下行制停距離也未必符合。為保證自動扶梯在運(yùn)送乘客時制停距離符合要求，僅驗證空載下行制停距離是不夠的。而在條件受限的情況下，自動扶梯通常在安裝監(jiān)檢之后的維護(hù)保養(yǎng)和定期檢驗工作當(dāng)中就不再測量有載下行制停距離，故而如何確定空載和有載下行制停距離之間的關(guān)系，使得有載下行制停距離范圍要求能夠體現(xiàn)在空載下行制停距離范圍里就顯得尤為關(guān)鍵。

表 1 GB 16899—2011中自動扶梯的下行制停距離范圍

1 空載、有載下行制停距離關(guān)系分析

自動扶梯通過驅(qū)動主機(jī)帶動鏈條、梯級和扶手裝置循環(huán)運(yùn)行，在動力電源或控制電源失電時，依靠驅(qū)動主機(jī)上的工作制動器使自動扶梯制停［3］。本文從能量守恒角度來分析制停距離與制動力之間的關(guān)系。

在理想狀況下，自動扶梯下行制停過程中，其自身的動能和重力勢能損失與負(fù)載的動能和重力勢能損失之和，應(yīng)與制動器提供的制動力做功相等。不過考慮到自動扶梯的機(jī)械效率，則有：

式中：

W空—— 空載下行制停過程中制動力做功；

W載—— 有載下行制停過程中制動力做功；

Ek空—— 空載下行制停過程中動能損失總和；

Ek載—— 有載下行制停過程中動能損失總和；

Ep空—— 空載下行制停過程中勢能損失總和；

Ep載—— 有載下行制停過程中勢能損失總和；

η —— 機(jī)械效率。

自動扶梯空載、有載下行制停過程中制動力做功分別為：

式中：

F —— 工作制動器提供的制動力；

S空—— 空載下行制停距離；

S載—— 有載下行制停距離；

C —— 制動力作用距離與制停距離之比。在不考慮打滑、結(jié)構(gòu)變形的情況下，無論自動扶梯的制動器采用何種型式，C都是與自動扶梯自身構(gòu)造有關(guān)的一個常數(shù)。

自動扶梯運(yùn)行過程中自身動能，即自動扶梯空載運(yùn)行動能：由于自動扶梯部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量是確定的，因此，在自動扶梯運(yùn)行速度不變的情況下，直線運(yùn)動部件和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部件動能皆為常數(shù)，也即Ek空為一個常數(shù)。

自動扶梯有載運(yùn)行時的動能除了包含自動扶梯自身動能外，還應(yīng)包括制動載荷的動能，因此：

式中：

v —— 自動扶梯運(yùn)行速度；

m載—— 自動扶梯制動載荷。

根據(jù)GB 16899—2011，自動扶梯制動載荷的確定見表2。受載的梯級數(shù)量由提升高度除以最大可見梯級踢板高度求得。

表2 自動扶梯制動載荷的確定

由于自動扶梯是循環(huán)運(yùn)行的，自動扶梯在運(yùn)行時自身的重力勢能不發(fā)生改變，因此空載下行制停過程中勢能損失Ep空為0。自動扶梯加入制動載荷后，自動扶梯下行制停過程中的重力勢能損失：

式中：

場所依戀和偏好與自我恢復(fù)感知的關(guān)系如表4所示?？梢钥闯?場所依戀和偏好與自我恢復(fù)感知均表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性,說明場所依戀和偏好對自我恢復(fù)力感知有顯著的影響,這與以往研究的結(jié)論是相同的[26-27],同時,也進(jìn)一步說明了自我恢復(fù)量表的有效性。

g —— 重力加速度；

α —— 自動扶梯傾角。

根據(jù)上述公式推導(dǎo)可得：

式（5）中，為自動扶梯中做直線運(yùn)動部件的動能總和，直線運(yùn)動部件包括部分梯級、鏈條、扶手帶等；為自動扶梯中做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部件的動能總和，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部件包括部分梯級、鏈條、扶手帶以及驅(qū)動輪、傳動輪、驅(qū)動軸、傳動軸、制動輪等。

式（8）、式（9）即為制動力與制停距離關(guān)系公式。兩式相比可得：

由于空載動能Ek空大于0，因此根據(jù)式（10）易知S載＞S空。式（10）中，制動載荷m載、運(yùn)行速度v 、自動扶梯傾角α、空載運(yùn)行動能Ek空皆為不隨自動扶梯使用時間增長而改變的常數(shù)，僅有制停距離在受到制動器磨損、調(diào)整等情況的影響下會發(fā)生改變，因此可知，有載下行制停距離S載與空載下行制停距離S空有著確定性關(guān)系。不過由于Ek空和自動扶梯的運(yùn)行部件有關(guān)，無法直接計算得知，因此在自動扶梯監(jiān)督檢驗時，需測量有載下行制停距離和空載下行制停距離，分別以S載0、S空0來表示，用以計算Ek空值。在之后維護(hù)保養(yǎng)和定期檢驗時測得的空載下行制停距離以S空1來表示，S空1所對應(yīng)的有載下行制停距離以S載1來表示。分別代入式（10）可得：

式中：

式（12）、式（13）即有載下行制停距離與空載下行制停距離的關(guān)系公式。據(jù)此可知，只需在監(jiān)督檢驗時測量并記錄下S載0、S空0的值，便能夠在定期檢驗時，根據(jù)測量的空載下行制停距離S空1來推算有載下行制停距離S載1。

2 定期檢驗時空載下行制停距離范圍確定

由于有載下行制停距離和空載下行制停距離有確定的對應(yīng)關(guān)系，因此有載下行制停距離的范圍可以用空載下行制停距離的范圍來表示。

有載下行制停距離S載1對空載下行制停距離S空1求導(dǎo)可得：

由式（14）易知f′（S空1）大于0，故而f（S空1）為增函數(shù)，其反函數(shù) f-1（S空1）亦為增函數(shù)，S載1隨著S空1增大而增大，S載1取最大值或最小值時S空1也相應(yīng)取最大值和最小值。為方便表達(dá)，令自動扶梯的下行制停距離范圍為［a，b），a和b的值參照表1。若要自動扶梯的空載下行制停距離同時符合GB 16899—2011中空、有載下行制停距離范圍要求，需同時滿足條件：

由S載1和S空1的關(guān)系公式可知：

式（15）等價于：

由于有載下行制停距離S載1大于空載下行制停距離S空1，即S載1＞S空1=f-1（S載1），因此式（15）也等價于：

因此，只要空載下行制停距離S空1的范圍?。踑，f-1（b）），便可同時滿足GB 16899—2011中空、有載下行制停距離范圍的要求。對表1進(jìn)行計算可得出同時考慮有載和空載工況的自動扶梯空載下行制停距離的范圍，見表3。

表 3 覆蓋有載工況的自動扶梯空載下行制停距離范圍

在自動扶梯監(jiān)督檢驗時，只要測量出空載、有載下行制停距離，就能計算出覆蓋有載工況的空載下行制停距離的范圍。如果在維護(hù)保養(yǎng)和定期檢驗時測得空載下行制停距離超出此范圍，可以通過調(diào)整制動力使其符合此范圍要求，而在條件允許的情況下，可以通過測量有載下行制停距離驗證其是否符合有載下行制停距離范圍要求。

3 實(shí)例分析

Analysis of No-load Downward Stopping Distance Range of the Escalator

Wu Changkun
（Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute·Branch of Wuxi Wuxi 214000）

It's unable to determine whether on-load downward stopping distance meet the requirements when only no-load downward stopping distance is measured in the escalator maintenance and periodic inspection. This paper analyzes the relationship between braking force and stopping distance and infers the relationship of downward stopping distance between the no-load and on-load conditions. The no-load downward stopping distance range which can cover the range of on-load downward stopping distance is calculated. The calculated range has more reference value than the range of the national standard. The feasibility is verifed by an instance.

Escalator Braking force No-load downward stopping distance On-load downward stopping distance

X941

B

1673-257X（2016）10-0027-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.10.006

吳常坤（1986～），男，碩士，工程師，從事電梯檢驗技術(shù)研究、電梯物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究工作。

2015-12-28）