基于机械锁定装置的电梯轿厢意外移动保护设计分析

2022-01-04周光涛

现代制造技术与装备 2021年11期

周光涛

（佛山市三水三洋电梯有限公司，佛山 528138）

随着高层建筑数量不断增加，电梯使用日益频繁。日常生活中，因电梯设计不合理、违规操作等引发的安全事故频频发生，尤其是轿厢意外移动引起的事故更是十分严重。当电梯门处于开启或关闭的过程中，电梯应为停运状态，但机械部件或者系统故障等问题，可能会导致轿厢意外移动而脱离平层区，从而造成进出轿厢的乘客被剪切致死的事故。对此，应在机械锁定装置的基础上进行保护设计，将制停距离始终控制在安全范围内，以保障乘客的人身安全，促进电梯的正常运行。

1 轿厢意外移动的原因

电梯系统由机械系统与电气系统两部分构成，轿厢意外移动主要是由这两种系统异常运行所致，主要原因包括电气、机械与人为3个方面[1-2]。在电气方面，受使用环境因素影响，会导致轿门、层门的连锁保护失效，并使控制系统外部电磁受到干扰，从而引发意外移动。在机械方面，其原因可能有制动器调整不当、部件老化、轮机油污过多等，从而导致制动功能异常，还可能因曳引轮存在缺陷、与钢丝绳之间搭配不合理、同步主机中轮轴断裂以及减速器的轮齿、联轴器断裂等，使驱动主机发生异常动作而引发意外移动。在人为方面，检修期间主要针对轿门门锁、层门门锁进行短接处理，但在检修后未将其恢复，以及减速器轮齿和联轴器断裂未及时更换，只是采取焊补等均可引发轿厢意外移动。

2 轿厢意外移动保护装置设计标准

目前，电梯意外伤亡事故逐年增加，根据《电梯制造与安装安全规范》（GB 7588—2003）对轿厢意外移动保护装置提出的要求，在层门未锁紧、轿门未关闭的状态下应设置保护装置，避免轿厢因控制系统失效而发生意外动作[3]。该装置应可检测到轿厢离开层增加的意外移动情况和距离，且将其制停后应始终处于停止状态，制停部件一般作用在曳引轮、钢丝绳或者轿厢等部件上，可与超速保护装置一同发挥作用，其设计要求如下。

2.1 制动器自检测

根据《电梯制造与安装安全规范》（GB 7588—2003）标准[4]，自检测的主要情况为：在对制动器制动力检测时，应确保检测周期低于15天；在不检测制动力情况下，应在定期维护保养期间检测制动力；在不检测制动动作的情况下，应确保制动力检测时间间隔小于24 h。同时，根据《电梯曳引机》（GB/T 24478—2009），制动器动作检验应超过200万次，期间禁止开展任何维护操作，从而保障制动器安全可靠运行[5]。

2.2 制停距离与位置

为确保轿厢意外移动时拥有安全空间，设计标准中要对制停距离提出明确要求，在离开当前层朝着上方或者下方移动时，从制停部件发挥相应作用到有效制停，其下行距离不得超过1.2 m，且层门槛与门楣间的垂直距离应超过1.0 m；上行移动距离与护脚板最低处的垂直距离应控制在0.2 m以内，电梯地坎与门楣间的距离要超过1.0 m。

2.3 制停减速度

在轿厢制停期间，轿厢减速度应符合以下要求：在空载运行中，向上意外移动时减速度为1g，向下意外移动时减速度应与自由坠落保护装置动作要求相符合。根据电梯轿厢的可操作性，渐进式安全钳制动减速度平均值应设定在0.2g～1.0g之间[6]。

3 电梯轿厢意外移动保护设计方法

3.1 常用保护装置

该保护装置结构简单，布设与调试便利，可对轿厢意外移动起到良好的保护作用，与《电梯制造与安装安全规范》（GB 7588—2003）设计规定相符合，能够满足意外移动保护的相关设计要求。然而，该装置尚处于初级阶段，还存在一些问题需要优化与改善。例如：该装置通过检测轿厢平层与实际位置判断当前状态，在意外移动情况下启动保护装置后，夹绳器能够实现轿厢制停，从而避免进一步意外移动，进而减少意外事故的发生。另外，该装置只有轿厢发生意外移动后，主控系统才可接收信息并利用限速器进行制动，未能从根本上避免意外移动发生。

3.2 装置优化设计

3.2.1 装置结构

通常情况下，适用于电梯中防止意外移动的机械锁定装置包括电气开关、机械插销与插销孔3个部分，其结构设计图如图1所示。其中：插销孔代表锁定装置的运行位置，机械插销处于轿厢停放位置，二者分别与意外移动保护装置的运行和停放位置相对应。该装置应用期间，要先根据电梯安全部件冗余设计原则，将机械部分拆分为独立的两套结构，然后再应用到左右两侧轿厢导轨中。为了在意外移动中能够发挥自动保护控制的作用，还要加入一个电磁铁控制插销动作，使其能够自动复位。插销作为意外移动保护装置的执行元件，具有独立作用的插销可用于限制电梯意外移动。在电磁铁的控制下，电磁铁得电吸合期间，机械插销位于停放处，由复位弹簧使其处于蓄能状态，在失电释放后，插销可在复位弹簧的势能作用下伸入插销孔内。与机械锁定装置不同，该装置不但可用电磁铁自动控制插销，还可采用信号集成装置以采集触发信息，并依据所得信息发布吸合或者释放的命令。该装置可安装在控制柜内部，或者独立设置在顶部，从而为后期维修调试提供便利。此外，为确保电梯顺畅运行，还要求装置内电气安全开关能够自动复位[7]。

图1 防移装置结构设计图

3.2.2 装置动作过程

在意外保护装置设计中，要先结合意外移动的概念确定两个必备的触发条件：一是轿厢位于门区，即只有在电梯各个层站的平层时，才可动作，而且要求插销孔上下长度与平层区范围相同，这样不但可使其符合保护范围要求，还可综合分析电梯平层、控制系统信号间的延迟；二是轿门处于开启状态时，平层区域轿门与层门要能够相互联动，且二者门锁均为未闭合状态，这也是该装置触发条件之一。从整体上看，意外保护装置只能位于平层区，并在轿门未关闭的情况下才可触发。

当电梯运行状态正常时，插销位于停放位置，接收选层信号后，电梯逐渐朝着目标层运行，到达目的地并开门后，信号处理器将接收信息并对电磁铁发布相关命令，此时机械插销进入工作位置。在正式进入工作区之前，电气安全开关会做出相应动作并将安全回路切断，电梯无法照常运行，轿厢也被左右插销锁控制在导轨上而无法移动。当轿门与层门闭合后，电梯即将离开目标层时，信号处理器会接收相应信息，在电梯离开平层区之前利用电磁铁将插销重新吸合到停放位置，此时电气安全开关自动复位，使电梯能够恢复运行。信号处理器内采集的信息除平层信号与层门信号之外，还带有一些辅助信号，可使装置的使用过程更加安全，如提前开门信号、抱闸状态信号、轿厢速度等。上述信号均为处理器的输入信号，在输出时可控制左右两侧电磁铁动作，维护电梯运行安全。

以测距装置为例，该装置分别安装在轿门的两侧，其探头的位置分布情况为：左侧轿门上方与顶端相近位置布置发射探头，左侧轿门下方与顶端相近位置布设接收探头，右侧轿门下方与底部相近位置布设接收探头，右侧轿门上方与底端相近位置安装发射探头。该装置与主控板相连，待两侧轿门开启或者关闭时，可通过测距装置将左右两侧轿门的距离信息传递到主控板中。对此，应事先设定安全距离，即1.0 m、1.2 m或1.5 m，一般预设距离要求两个门之间无法容纳一个人，取值范围为0.9～2.0 m，同时，还要将两个测距装置以并联的方式连接，以确保二者间的距离检测准确可靠。此外，一般在轿门上还布设有光幕检测装置，避免人们进出电梯期间因轿门关闭而被夹伤。以往所用的红外发射与接收管只适用于检测两门之间是否存在障碍物，无法预防轿厢意外移动，在本设计中采用激光测距传感器，此装置在判断两门间障碍的同时，还可有效防止轿厢意外移动，从而确保了电梯安全运行。

3.3 应用效果

为了防止电梯发生意外，针对现有意外移动保护装置进行优化和改善，并对插销定位板进行加工优化。加工后的插销定位板为椭圆形，便于定位板固定位置细调，并确保电梯能够可靠固定，其结构如图2所示。图中1～6均为插销定位板固定孔，7为插销栓固定孔，8和9为限位开关固定孔。通过上述装置优化，能够全面检测意外移动发生开始时的状况以及发生过程中的情况，并及时制止意外移动事故的发生，从而实现全过程控制，检验内容如下。

图2 加工后的插销定位板

3.3.1 动作验证

在制动部件动作检验中，主要检验终极环节是否有动作，例如：以钢丝绳制动器为制动部件的制动器动作时，其中一个电气安全装置应动作，但要求验证的电梯轿厢意外移动保护系统（Unintended Car Movement Protection system，UCMP）与检测的轿厢意外移动（Unintended Car Moving，UCM）并非相同的安全装置。此外，任何制动部件的UCMP均要利用电气安全装置对制动动作进行检验。

3.3.2 UCMP驱动能量检测

根据设计规定，若UCMP驱动通过外部能量完成，当能量不足时，电梯应停止不动。因UCMP包含制动与监测两个方面，在监测装置检测到UCM后，可通过触发制动部件的方式使轿厢停止运行。通过以上检验结果可知，改进后的装置将安全钳、限速器、安全检测开关与主控板相连，将轿厢两个门间的距离信息传递给主控板，由主控板朝着限速器传递触发信号，使限速器的棘轮、棘爪啮合，并控制安全检测开关断开，这一方式十分安全可靠。此外，该装置还可充分发挥原有电气、机械结构的作用，只需在现有轿门上布设测距装置，并完善主控板上的控制程序，便可使保护效果事半功倍，且此种结构改动成本较少，成效显著，值得大力推广使用。