一种减小自动扶梯夹人事故伤害程度的安全保护装置的设计研究

王 进

(湖南省特种设备检验检测研究院 长沙 410117)

随着社会文明的高速发展，自动扶梯已成为商场、车站、机场等公共场所必不可少的交通工具，给人们的日常生活带来了极大的便利，不过也面临着由于乘用者的不安全状态或者自动扶梯自身的不安全因素带来的安全风险，美国曾对几万台自动扶梯的事故进行抽样调查表明[1]，一台自动扶梯涉及事故的可能性是1∶18.8，这一数据表明自动扶梯上已经发生了大量的安全事故，作为发展中国家的中国，事故的可能性可能更大，而据近年来国内自动扶梯安全事故的统计[2]，自动扶梯机械零部件之间间隙的挤压事故占扶梯事故总数的43%，而挤压事故中，自动扶梯的梯级与围裙板之间间隙夹人事故最为常见。

自动扶梯的梯级是运动的，而围裙板是静止的，并且两者之间存在间隙，动静结合处是夹人事故多发的危险区域，而现今对于这个危险区域的安全防范措施有以下几种：1）毛刷或橡胶条防夹装置；2）围裙板微动开关；3）不锈钢围裙板上涂抹低摩擦系数的表面涂层；4）在梯级两侧间隙加设填充装置。第三种和第四种措施由于其缺点基本很少采用，详细情况在文献[3]中已讨论。现在国内的自动扶梯都必须装设毛刷或橡胶条防夹装置，对预防夹人事故的发生起到了很好的效果，但由于有些乘客对自动扶梯不熟悉以及安全意识不强，特别是好奇心强而自我约束能力不够的儿童，防夹装置并不能完全阻止其接触到危险区域，夹人事故仍然时有发生。围裙板微动开关并不能算严格意义的防夹保护装置，现行的安全技术规范对其也没有要求，原理是当梯级与围裙板之间有异物夹持，围裙板受到挤压变形触动开关而使电梯停止，防止伤害程度增加，开关动作的灵敏性取决于围裙板的刚度，而围裙板的刚度在现行标准中对其有明确的要求，当刚度符合标准要求时，电气开关的可靠性不够，在用的很多自动扶梯都取消了这个保护装置。通过上述分析可知，现阶段的防夹保护措施并不能完全避免夹人事故的发生，而在夹人事故中，如果伤者被梯级拖行至过渡区段以及水平区段，如图1所示，梯级运行在直线段时，前后梯级之间没有相对的运动，而在过渡区域，前后梯级之间会相对运动，这就导致在过渡区段中前后梯级的相对运动会对身体进行附加的挤压和剪切，水平区段中更是会被梳齿板剪切，而这由此造成伤害的程度会严重很多，本文研究设计一种防止夹人事故发展到过渡区段及水平区段的安全保护装置，最大限度地降低此种夹人事故的伤害程度。

图1 自动扶梯运行区域分布图

1 新型安全保护装置的设计

1.1 安全保护装置的设计原理

当自动扶梯梯级与围裙板之间夹持异物时，异物对围裙板有一个正向的压力，由于运动的梯级会带动异物一起运动，所以异物对围裙板也会施加一个沿运动方向的摩擦力，并且由于围裙板摩擦力对异物的阻滞作用，异物受夹的尺寸会越来越大，直观的感觉就是异物被拖进去，异物受到的压力和摩擦力也会越大，异物如果是受伤者的鞋子，鞋子连带脚会被逐渐拖进去，感觉越夹越紧，前面讨论过，虽然异物施加给围裙板的正压力越来越大，但围裙板的刚度有严格的标准，受力变形量很难保证围裙板微动保护开关动作的可靠性，既然正压力变形不方便利用，能否利用异物施加给围裙板的摩擦力来动作保护装置，图2为本文设计的安全保护装置的原理图。

图2 安全保护装置原理图

图2原理图表示保护装置是一个典型的平行四边形连杆机构，图2（a）表示保护装置在自动扶梯梯级与围裙板之间未夹持异物时的状态，靠调节弹簧的顶压保证机构的稳定状态，图2（b）表示的是当自动扶梯梯级与围裙板之间夹持异物时，围裙板受到了正压力和摩擦力，当摩擦力大于调节弹簧调定的顶压力时，连杆机构动作，触发安全开关，电梯停止运行。

1.2 安全保护装置的结构设计

根据原理对安全保护装置进行简单的三维结构设计见图3，安全保护装置触动板在一段区域内起到围裙板的作用，当梯级与围裙板之间夹持异物并进入触动板区域时，当异物施加于触动板的摩擦力大于弹簧的顶压力时，触动板动作触发安全开关，电梯停止运行。

图3 安全保护装置三维结构设计图

图4是安全保护装置动作前后各零部件的状态图。保护装置未触发时，触动板与后围裙板是紧连的，触动板与前围裙板的结合区域采用如图4（a）、图4（c）所示的结构，这是既为了满足平行四边形连杆机构动作时无干涉，也为了满足两围裙板之间的对接要求，电气开关触头与触动板之间有几毫米的动作间隙。保护装置因为触动板受到足够的摩擦力而触发动作时，触动板平行移动而与后围裙板脱离产生间隙，同时触发电气开关，电梯停止运行，触动板与前围裙板结合区的情况如图4（b）所示，分析可知触动板动作的幅度受到前围裙板的限制，这个特性保证了如果电气开关失效，触动板与前围裙板结合处也不会产生危险的剪切口。

图4 安全保护装置动作形态图

1.3 安全保护装置的功能探讨

安全保护装置应设置安装在向下和向上前后梯级发生相对运动位置之前，如图5中所示的触动板位置（红色方形），且每边的围裙板上都需设置，当自动扶梯向下运行时，如果乘客在下位触动板以上的位置意外被夹，拖行至下位触动板位置时，触发安全保护装置停止电梯运行以阻止其进一步被拖入到过渡区段及水平区段，当自动扶梯向上运行时，如果乘客在上位触动板以下的位置意外被夹，拖行至上位触动板位置时，触发安全保护装置停止电梯以阻止其进一步被拖入到过渡区段及水平区段，减小乘客的受伤害程度，据有关统计，自动扶梯向上运行时，围裙板与梯级之间间隙意外夹人的可能性不大，夹人事故主要发生在自动扶梯向下运行时，所以可以只考虑配置下位的安全保护装置。

自动扶梯梯级与围裙板之间夹持的异物给予触动板多大的摩擦力时才能触发安全保护装置，这个触发力的选择决定了调定弹簧的初始压缩程度，触发力选择过小，可能引起频繁的误动作，梯级突然制动反而造成跌倒等其他伤害，触发力选择过大，当乘客的脚部意外被夹而拖入触发区域时，安全装置不能动作，不能停止电梯而阻止受害者被拖入过渡区域及水平区域，造成乘客遭遇更加严重的剪切伤害。触发力的选择需要通过实验数据来确定，触发大小的调定可以通过调定螺杆来实现。

安全电气开关与触发板动作间隙距离的选择也需要合适，太大不能实现保护功能，太小过于灵敏造成误动作，电气开关需要选择常闭动作形式，必要时可以采用双安全开关串联形式，起到双重保险的作用。

2 总结

由于自动扶梯的结构特性以及现今的发展水平，现阶段的防夹保护措施并不能完全避免夹人事故的发生，加强安全使用管理以及提高乘客的安全乘梯意识能够有效降低夹人事故发生率，但通过设计手段改善设备本身的安全性更加不容忽视，本文研究设计了一种安全保护装置能够有效降低夹人事故的伤害程度，建议在标准和安全技术规范中增加此方面的安全设置要求，为自动扶梯的安全运行保驾护航。

[1] David Cooper. Escalator Side of Step Entrapment[J].Elevator World， 1998(03)：81-84.

[2] 周振龙.预防自动扶梯梯级与围裙板夹人[J].中国质量技术监督，2015(08)：64-65.

[3] 朱昌明，洪致育.自动扶梯梯级两侧的安全问题[J].起重运输机械，2000(06)：28-30.

[4] 王锦锋.一起自动扶梯意外伤害事故的分析与技术探讨[J].低碳世界，2016(32)：258-259.

[5] GB 16899—2011 自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范[S].

[6] 濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2001.