瞬间失电对满载自动扶梯的影响分析

付春平

（苏州市职业大学机电工程学院，江苏 苏州 215104）

近年来，自动扶梯发生逆转事故较多，有些是用户使用不当、维修保养不及时，比如，自动扶梯缺少润滑，长期磨损后驱动链条断裂，驱动装置固定底板的螺栓松动导致倾翻等。还有一种情况，就是自动扶梯的驱动能力出现不足，这往往是向上运行的自动扶梯处于满载甚至超载状态，电压的波动会影响电机的功率输出，如果电压波动较大乃至失去电压时，自动扶梯将失去动力源，这时，必将导致自动扶梯的速度发生变化。GB16899-2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》中规定，自动扶梯和自动人行道应在速度超过额定速度的1.2 倍之前自动停止运行。根据此要求，所有自动扶梯都会配置速度监测装置，一旦超速达到1.2 倍额定速度时，将由电控系统触发工作制动器动作，制停扶梯。通过电气装置的监测固然可以测得自动扶梯的速度变化，但若能从理论上计算，就能事先得出不同情况下的自动扶梯运行速度的变化，将更加有意义。这里将探讨自动扶梯瞬间失电后，在工作制动器抱闸开始工作前自动扶梯速度的变化。研究将借助以动能原理，对自动扶梯满载上行和满载下行两种情况分别进行讨论。

1 基本参数的确定

对于常规的自动扶梯，其运行时的额定速度为0.5 米/秒，15kW 单主机所对应最大提升高度为7.25 米左右，下面的分析将分别以满载上行和满载下行两种情况进行展开。无论自动扶梯上行还是下行，当瞬间失电后，自动扶梯的驱动装置不再提供动力源，相反，会抑制自动扶梯速度的变化，尤其驱动装置上的飞轮作为储能装置，其高速旋转的速度亦将受到影响。六级异步电机的转速n 为960 转/分钟即16 转/秒，扶梯额定速度为0.5 米/秒，飞轮的转动角速度与电机的转动角速度相同，为ω，ω=2πn，ω 与运行速度V 之间的对应关系为ω=λV，不难算出，ω=200.96V。与计算相关的其他参数，如乘客载荷、梯路质量等如表1 所示。

表1 基本参数表

2 满载失电时速度计算

2.1 满载下行失电时速度计算

当满载下行的自动扶梯突然失去电压时，自动扶梯上的乘客载荷将在重力作用下做功，同时，要克服梯路的摩擦阻力，由于阻力有限，自动扶梯会有加速趋向，在自动扶梯的电控系统未检测到超速设定值之前，自动扶梯的工作制动器不会动作，显然，此时自动扶梯的速度会随着失电时间的增加而增加，自动扶梯会向下滑行一段距离，同时，乘客载荷将随之向下移动，假设瞬间失电时间取0.2s，那么，对应的参数关系如表2 所示。

表2 满载下行时参数表

根据动能定理，可有如下关系式：

将相关参数代入并整理后可得：

解得：V1=0.599 或V1=-0.500（舍去）

以上说明，自动扶梯满载下行时突然失电0.2s 后，速度将增加到0.599m/s，超速19.8%。如前文所述，此时速度已接近超速20%，控制系统将触发工作制动器动作以制停自动扶梯。

2.2 满载上行失电时速度计算

当满载上行的自动扶梯突然失去电压时，自动扶梯上的乘客会由于惯性作用继续向上运行，同时，要克服梯路的摩擦阻力和乘客重力，由于失去了驱动上的动力源，自动扶梯会在摩擦阻力及乘客重力作用下开始减速，当速度减到0 之后便会发生逆转，在自动扶梯的电控系统未检测到逆转之前，自动扶梯的工作制动器不会动作，显然，此时自动扶梯的速度会随着失电时间的增加而减小，自动扶梯会向上滑行一段距离，同样，假设瞬间失电时间取200ms，那么，对应的参数关系如表3 所示。

表3 满载上行时参数表

根据动能定理，可有如下关系式：

将相关参数代入并整理后可得：

解得：V2=0.391 或V2=-0.520（舍去）

以上说明，自动扶梯满载上行突然失电0.2 秒后，速度将降到0.391m/s，欠速22%。由于标准没有明确规定欠速时要制停自动扶梯，且很多自动扶梯都有变频运行功能，即分为高速、低速运行两种模式，自动扶梯厂家并不完全会为所谓的欠速而设置停梯功能。因此，此时的自动扶梯工作制动器仍然不会动作，如果电压很快又恢复到正常数值，那么，自动扶梯将在驱动装置的驱动下恢复到额定速度继续向上运行。

2.3 满载上行发生扭转时的失电时间

根据前面的讨论，当瞬间失电0.2 秒时，扶梯速度会有明显下降，但仍将继续向上运行，那么究竟失电多久后，自动扶梯将发生逆转呢？显然，上行自动扶梯失电后有一个速度降为0 的过程，之后，便在乘客载荷重力的作用下发生逆转，即开始向下运行。这个过程所用时间设定为t3，对应的运行速度V3=0，对应的参数表如表4 所示。

表4 满载上行失电逆转时参数表

根据动能定理，可有如下关系式：

将相关参数代入并整理后可得：

解得：t3=0.83s

由此可见，自动扶梯满载上行突然失电0.83 秒后，速度将降到0m/s，之后，自动扶梯将发生逆转。

3 结语

通过满载下行和满载上行自动扶梯瞬间失电后的速度计算模型，可以计算出不同失电时间下的对应速度，通过自动扶梯速度的变化，可以从理论上得知自动扶梯的运行状态。从计算模型上可以看出，自动扶梯的飞轮惯量对自动扶梯速度的变化有很大影响，在同样的失电时间条件下，增加飞轮的厚度，即增加飞轮的转动惯量后可以减少自动扶梯的速度变化。这些可以指导自动扶梯产品的设计以及自动扶梯控制系统程序设计，同时，对自动扶梯使用环境的电压稳定性评定有一定的参考价值。