一种新型自动扶梯梯级

2022-02-10李金泰朱俊臣封高歌

中国科技纵横 2022年23期

李金泰朱俊臣封高歌

（上海市特种设备监督检验技术研究院，上海 200062）

0.引言

根据国家市场监督管理总局发布的《市场监管总局关于2021年全国特种设备安全状况的通告》，2021年全国共有电梯879.98万台，比2020年增加93.43万台，同比增加11.88%。我国已是电梯大国，总体而言电梯的安全值得信任，但是每年也有数十起事故发生，基于我国数量庞大电梯基数，电梯的安全问题不容忽视，尤其是某些共性问题。近年来，随着社会经济的发展，自动扶梯和自动人行道已成为商超、车站、机场等场所运输乘客的主要设备。但是，由于乘客安全意识不足、自动扶梯自身故障、异物卡入运动部件等原因，安全事故时有发生。将自动扶梯和自动人行道进行对比发现，由于自动人行道没有诸如梯级一样的台阶，同时自动人行道与水平面的夹角相对于自动扶梯而言小得多，因此实际上自动人行道比自动扶梯要平稳得多，而且据统计大多数事故均发生在自动扶梯上。

自动扶梯的安全事故不仅造成了较大的损失，也引发了公众对扶梯安全使用的强烈关注和担忧。自动扶梯最常见的事故大概有两种，一种是摔倒，常见于老龄人员，其原因常常为老年人错将自动扶梯出入口的护栏扶手当成扶手带，或者是因为扶手带与梯级的同步性不符合要求即扶手带速度慢于梯级，此时人站在梯级上手握扶手带会有后仰趋势。另外一种常见事故常发生在孩童身上，即孩童的身体部位卡入扶梯中。自动扶梯开启时，其梯级在桁架内做往复运动，与梯级紧密贴合的部件与梯级之间存在相对运动，同时也存在一定的间隙，比如梯级与围裙板的间隙、梯级与梳齿板的间隙等，自动扶梯的相关标准对这些间隙有明确规定，一旦这些间隙超过规定值，便有一定的风险发生安全事故，尤其是当梯级与围裙板之间的间隙超过标准值时，乘客的手部、脚部等部位容易卷入该间隙，严重时可引发人身伤害[1-2]。近年来，孩童因好奇心致使手部或者鞋（尤其是洞洞鞋）卡入梯级与围裙板之间的间隙，引起社会关注，如图1所示。

图1 孩童手部卡入梯级与围裙板间隙之中

1.自动扶梯梯级与围裙板间的间隙存在的问题

自动扶梯是一种高精密的运输设备，其本身存在诸多间隙，如梯级与围裙板的间隙、梯级与梳齿板间隙、围裙板间隙、梯级与梯级间隙等，通过对近几年的自动扶梯安全事故进行分析，自动扶梯的事故大多与梯级相关的间隙紧密相关，上述间隙当中梯级与围裙板的间隙过大会导致乘客的鞋卡入设备中；梯级与梳齿板间隙不符合标准容易导致异物卡入从而破话梳齿板的齿；围裙板之间的间隙如果过大，人的手指容易卡入其中并受到伤害；梯级与梯级间隙的间隙过大会导致异物卡入梯级之间，若梯级行驶至梳齿板前异物仍未排除，那么翘起的梯级很有可能会破坏梳齿板，甚至梯级。据统计，梯级与围裙板的间隙过大是造成人员损伤的重要原因之一，主要表现在于孩童在没有大人的监管下，其鞋或者脚容易卡入其中并随梯级一起运动，从而受到持续伤害。

自动扶梯梯级是与乘客直接接触的部件，一般为铝合金整体铸造，一个完整的梯级主要包含踏板、踢板和梯级轮（梯级轮又分为主轮和辅轮），如图2所示。梯级通过梯级轮、梯级链固定在导轨中，并通过驱动装置在导轨中做往复运动。

图2 梯级的一般结构

梯级两侧与围裙板贴合，正常情况下，梯级与围裙板的间隙单侧不大于4mm，同一块梯级与围裙板两侧间隙值之和不大于7mm[3]。但是由于自动扶梯使用频率高，长时间运行会导致梯级轮磨损、梯级链伸长，梯级运行期间左右碰撞等，导致梯级与围裙板的间隙变大，当单侧大于4mm或者同块梯级两侧间隙之和大于7mm时，便会增大危险性，同时围裙板为一块较薄的金属薄板，在受力情况下容易发生变形，从而导致梯级与围裙板之间的间隙会在有人员手部、脚部等部位卡入的情况下而不断变大，从而导致有乘客的手部、脚部陷入梯级与围裙板的间隙之后，越卡越深从而造成伤害，又由于梯级在不断运动之中，卡入梯级与围裙板间隙的人员手部或者脚部会随梯级同步运动。因此，人员的手部或者脚部还会受到与围裙板之间的摩擦力，由于人员手部或者脚部的受力并不平衡，卡入部位还会受到扭矩的作用。总之，当有人不慎将手或者脚卡入梯级与围裙板之间的间隙时会受到持续伤害，严重时可能致残。

根据《电梯维护保养规则》，自动扶梯梯级与围裙板间隙的保养项目为半月保，即其保养周期为15d，若该间隙在下次维护保养前超标，便存在一定的风险[4]；同时，该间隙为扶梯最长的间隙，运输段的梯级与围裙板之间均存在该间隙，因此自动扶梯上该间隙的风险点较多。理论上对这些风险点都需要及时进行测量。然而该间隙一般由塞尺进行接触式测量，由于涉及间隙较多，且有部分梯级处于桁架内，全面测量有一定的难度，因此造成维保人员在测量时容易疏漏[5]。梯级与围裙板之间的间隙如图3所示。部分研究人员也提出了用一些新型测量装置进行测量，同时部分研究人员也改进了现有测量工具，但是实际上只要测量便有可能会存在一定的误差跟漏测[6-7]。如果有一种梯级是不需要市场进行该间隙的测量，那么自动扶梯的安全性是否会更进一步？基于此，本文对现有梯级进行改进设计，探讨一种梯级与围裙板间隙自动补偿的梯级。

图3 梯级与围裙板间隙

2.一种新型的自动扶梯梯级

为使梯级与围裙板的间隙能自动补偿，需要使梯级与围裙板持续贴合，即使在围裙板发生位移的情况下，也需要梯级尽可能的与围裙板之间的间隙保持在标准范围内。为达到上述目的，本文提出一种新型的梯级结构形式，通过对现有梯级进行结构改进，采用弹簧作为自动补偿的方式，解决上述背景中梯级与围裙板间隙超标的问题。为实现上述功能，需要在梯级两侧各增加一块补偿板，补偿板通过弹簧与梯级装配，当梯级装入自动扶梯时，补偿板与围裙板紧密贴合。若自动扶梯运行过程中发生梯级轮磨损、梯级链伸长等导致梯级与围裙板间隙增大，弹簧推动补偿板与围裙板继续贴合，从而减小间隙，如图4所示。

图4 新型自动扶梯梯级的装配图

本文所述的新型自动扶梯梯级，包括梯级1、弹簧2和4、以及用于补偿梯级与围裙板间隙的补偿板3，5为梯级滚轮。梯级两侧上焊接（或者整体铸造）可以安装补偿板的结构，并在该结构上加工出可以安装弹簧的凸台。补偿板3由铝合金板材制作而成，其内侧焊接有可以安装弹簧的凸台。弹簧2和4两端卡入梯级和补偿板上的凸台。当该梯级装入扶梯时，梯级不直接与围裙板接触，而是通过补偿板与围裙板相贴，当梯级轮磨损、梯级链伸长导致梯级与围裙板的间隙变大时，弹簧推动补偿板继续紧贴围裙板，从而使得梯级与围裙板的间隙始终符合要求。