电梯轿厢意外移动保护装置的匹配性计算

2021-08-27江海滨胡晓雯刘文文

机电工程技术 2021年7期

江海滨，洪永，胡晓雯，王葵，刘文文，佘昆

（1.广东省特种设备检测研究院，广州 510655；2.广东省特种设备检测研究院中山检测院，广东中山 528403）

0 引言

近年来，随着生活水平日益提高，城市化进程的推进，各地建设的高楼越来越多，电梯的使用量也越来越多，电梯已成为人们不可缺少的交通工具，其安全性能也越来越被人们关注。电梯轿厢发生意外移动，可能对出入轿厢的乘客产生剪切或挤压的风险［1］。因此，2015 年7 月16 日国家标准化管理委员会正式公布GB7588－2003《电梯制造与安装安全规范》第1 号修改单，提出电梯应具有防止轿厢发生意外移动或者使意外移动停止的装置。这个装置常称为轿厢发生意外移动时的保护装置，成为电梯的主要安全保护装置之一。紧接着2016 年6 月6 日公布了《电梯型式试验规则》（TSG T7007－2016）对电梯轿厢意外移动保护装置（UCMP装置，下同）的型式试验进行了规定。随着UCMP装置的型式试验开展，其工作原理、理论计算和关键参数选择问题值得关注。由于参数的选择不合理，容易导致轿厢意外移动保护装置的匹配性计算无法满足标准要求。从目前的轿厢意外移动保护装置的相关研究来看［2－10］，针对轿厢意外移动保护装置匹配性计算及相关参数的研究比较少，轿厢意外移动保护装置的匹配性计算是验证UCMP 装置的匹配性和适用性的重要工作，本文结合UCMP装置的型式试验，提出了影响UCMP装置的匹配性计算的几个关键参数选择问题，分析了问题产生的原因，并提出行之有效的解决方案，供业内同行探讨。

1 UCMP装置的组成

UCMP装置的种类很多，比较常见的UCMP 装置是由检测子系统、制停子系统和自监测子系统组成；也有采用检测子系统和制停子系统组成的UCMP装置（如检测子系统＋钢丝绳制动器）；还有采用制停子系统和自监测子系统组成的UCMP 装置，可适用于不具有开门情况下的平层、再平层和预备操作的曳引与强制驱动电梯。其中，制停子系统根据不同的结构型式主要分为：有冗余的曳引机制动器、双向钢丝绳制动器、双向安全钳制动器、轮式制动器、夹轨器等［11］。

2 UCMP装置的基本原理、理论计算和判定原则

2.1 基本原理

在层门未被锁住且轿门未被关闭的情况下，由于轿厢安全运行所依赖的驱动主机或驱动控制系统任何单一元件失效引起轿厢离开层站的意外移动，此时，轿厢先加速运行，当运行到一定距离，UCMP装置中的检测子系统检测到轿厢的意外移动，并发出制停信号，轿厢仍然加速移动，UCMP 装置中的制停子系统收到制停信号后，开始制停，轿厢达到意外移动的最高速度便开始减速下降，直到轿厢被制停。UCMP 装置的主要功能是在门开着的情况下，检测到轿厢发生意外移动，并可靠制停轿厢。

2.2 理论计算

图1 所示为轿厢发生意外移动到检测并触发保护装置制停轿厢的过程曲线。整个过程可分为3 个部分，即意外移动发生阶段、检测并响应触发阶段和制停阶段。

图1 电梯轿厢意外移动时的过程曲线

为了更加精准地描述和计算轿厢意外移动保护装置的检测、触发和制停的过程，根据各个运动过程的具体情况，分别得出如下公式。

轿厢减速前的最高速度v的计算公式如下：

轿厢意外移动的总距离（加速距离与制停距离之和）s 的计算公式如下：

式中：a1为曳引驱动电梯的轿厢在内部控制装置引起的电气故障的情况下假定可达到的加速度，取2.5 m／s2；s1为申请单位设计的检测到意外移动时轿厢离开层站的最大距离，m；t1为申请单位预期的检测子系统最大响应时间（该时间为平层感应器、检测电路等响应时间的综合），s；a2为制停子系统报告给出的曳引式电梯的自然加速度，取各工况的测试或计算值，m／s2；t2为申请单位申请的触发装置最大响应时间（考虑到制动接触器响应时间与主接触器响应时间近似相等），s；t3为制停子系统报告中给出的制停子系统最大响应时间，s；a3为制停子系统报告中给出的平均减速度或理论计算值，m／s2。

轿厢意外移动保护装置试验速度下的制停距离计算的目的是：用相同负载和相同初速度来衡量制停部件制动力是否下降到不可接受的程度。图2 所示为轿厢意外移动保护装置试验速度下的制停轿厢的过程曲线。

图2 UCMP装置试验速度下的制停过程曲线

根据电梯轿厢意外移动保护装置试验速度下的制停过程可以得到以下公式：

式中：v4为申请单位设定的试验速度，m／s；v5为轿厢在试验速度下，在t3时间内的最高速度，m／s；s试为试验速度下的制停距离，m。

2.3 判定原则

结合上述公式，判断v与s是否符合检验依据的条件为：

式中：v0为制停子系统型式试验报告中给出的所预期的轿厢减速前最高速度，m／s；s0为所允许的轿厢意外移动总距离最大值，取1.2 m。

3 检测到轿厢意外移动的距离问题

常见的UCMP装置中检测子系统是由位置传感器和信号处理单元组成的，如图3 所示，检测子系统检测到轿厢意外移动的距离s1是等于隔磁板长度的一半减去上下光电开关距离的一半，故隔磁板安装尺寸决定轿厢意外移动保护装置检测轿厢意外移动时的检测距离值。然而，在现有的检规里，还没有针对安装在轿顶上的光电开关位置和距离的检测要求。

图3 隔磁板与平层感应器安装

若位于中间的两光电开关之间的距离变大，UCMP 装置检测轿厢意外移动距离值s1变小，甚至在轿厢发生微小移动，也容易检测到，并产生触发制停的误动作故障。反过来，若中间两光电开关距离变小，那么UCMP装置的检测轿厢意外移动距离值s1变大，这种情况无疑增大了轿厢移动的总距离值，按照式（2），有可能使轿厢移动的总距离值超过标准要求［12］。

针对这个问题，按照GB7588－2003《电梯制造与安装安全规范》（含第1 号修改单）的要求，即轿厢意外移动总距离最大值1.2 m。建议：要求制造单位提供光电开关和隔磁板安装图纸，并在现有的检规中，增加一项对光电开关安装距离的检查的项目，确保轿厢检测到意外移动值在企业申请的范围内。

4 UCMP装置的响应时间问题

UCMP装置的响应时间主要由3 个部分组成，检测子系统的响应时间t1、触发装置的响应时间t2和制停子系统的响应时间t3。检测子系统响应时间t1是位置传感器和信号处理单元响应时间的总和，常见的检测子系统响应时间t1≤30 ms。常见的触发装置一般就是接触器，由于企业选择的接触器品牌和功率不一样，有可能存在实际使用的接触器的响应时间要比申请做匹配性计算时接触器响应时间大，这种情况下，在匹配性计算时能够满足要求，但实际应用时，由于响应时间选取过大，恶劣工况下有可能超出标准要求。

制停子系统的响应时间一般是制造单位在设计该产品时就确定下来的，由式（2）可知，制停子系统响应时间过大，有可能使轿厢意外移动的总距离不超过1.2 m。

针对这个问题，建议制造单位选用响应时间较小的接触器，在进行匹配性计算时，适当留有一定的余量。比如选用的接触器响应时间为25 ms，在进行匹配性计算时可申请接触器响应时间小于或等于40 ms，这样既能通过匹配性的计算，满足标准要求，又可以避免后期维保时更换其他接触器后，其响应时间可能高于匹配性计算时的接触器响应时间情况。制停子系统制造厂家应该优化设计，生产响应时间较小的制停子系统，为了满足轿厢意外移动的总距离不超过1.2 m的要求，一般设计的制停子系统响应时间控制在300 ms内。

5 预期的轿厢最大制停距离问题

制停距离是指在制停子系统（即制停部件）制停过程中，轿厢从开始减速到完全停止的距离。对于一款全新的制停子系统，刚开始其制动性能应该是最好的，但随着使用时间的过长，制动次数的增多，其制动力相应下降，制动减速度也减小，制停距离就变长。若制停距离过长，根据式（2），可能在某个时间节点超出标准要求。因此，选择和确定预期的轿厢最大制停距离成为UCMP装置计算时的必要工作。目前，各个制造单位选择和确定的方法不一致，有的采用最小减速度的方式来确定；有的采用最大制停距离的方式；还有的参考实际测试数据等情况。

针对这种情况，建议统一采用轿厢最大制停距离这个参数，按照GB7588－2003《电梯制造与安装安全规范》（含第1 号修改单）的要求，即轿厢意外移动总距离最大值为1.2 m，可见匹配性计算最后是通过距离来进行判定的。因此，建议制造单位设计制停子系统时，依据式（1）～（4），按照最恶劣工况选择基本参数得到减速前轿厢移动的总距离s1＋s2＋s3，然后用1.2 m减去轿厢减速前的总距离s1＋s2＋3，即为轿厢意外移动运行的最大制停距离。计算最小制停减速度时，可用轿厢减速前的最高速度v的平方除以2 倍的最大制停距离得到。