王 進(jìn)

(湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院 長(zhǎng)沙 410117)

隨著社會(huì)文明的高速發(fā)展，自動(dòng)扶梯已成為商場(chǎng)、車站、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所必不可少的交通工具，給人們的日常生活帶來(lái)了極大的便利，不過(guò)也面臨著由于乘用者的不安全狀態(tài)或者自動(dòng)扶梯自身的不安全因素帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，美國(guó)曾對(duì)幾萬(wàn)臺(tái)自動(dòng)扶梯的事故進(jìn)行抽樣調(diào)查表明[1]，一臺(tái)自動(dòng)扶梯涉及事故的可能性是1∶18.8，這一數(shù)據(jù)表明自動(dòng)扶梯上已經(jīng)發(fā)生了大量的安全事故，作為發(fā)展中國(guó)家的中國(guó)，事故的可能性可能更大，而據(jù)近年來(lái)國(guó)內(nèi)自動(dòng)扶梯安全事故的統(tǒng)計(jì)[2]，自動(dòng)扶梯機(jī)械零部件之間間隙的擠壓事故占扶梯事故總數(shù)的43%，而擠壓事故中，自動(dòng)扶梯的梯級(jí)與圍裙板之間間隙夾人事故最為常見(jiàn)。

自動(dòng)扶梯的梯級(jí)是運(yùn)動(dòng)的，而圍裙板是靜止的，并且兩者之間存在間隙，動(dòng)靜結(jié)合處是夾人事故多發(fā)的危險(xiǎn)區(qū)域，而現(xiàn)今對(duì)于這個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域的安全防范措施有以下幾種：1）毛刷或橡膠條防夾裝置；2）圍裙板微動(dòng)開(kāi)關(guān)；3）不銹鋼圍裙板上涂抹低摩擦系數(shù)的表面涂層；4）在梯級(jí)兩側(cè)間隙加設(shè)填充裝置。第三種和第四種措施由于其缺點(diǎn)基本很少采用，詳細(xì)情況在文獻(xiàn)[3]中已討論?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)的自動(dòng)扶梯都必須裝設(shè)毛刷或橡膠條防夾裝置，對(duì)預(yù)防夾人事故的發(fā)生起到了很好的效果，但由于有些乘客對(duì)自動(dòng)扶梯不熟悉以及安全意識(shí)不強(qiáng)，特別是好奇心強(qiáng)而自我約束能力不夠的兒童，防夾裝置并不能完全阻止其接觸到危險(xiǎn)區(qū)域，夾人事故仍然時(shí)有發(fā)生。圍裙板微動(dòng)開(kāi)關(guān)并不能算嚴(yán)格意義的防夾保護(hù)裝置，現(xiàn)行的安全技術(shù)規(guī)范對(duì)其也沒(méi)有要求，原理是當(dāng)梯級(jí)與圍裙板之間有異物夾持，圍裙板受到擠壓變形觸動(dòng)開(kāi)關(guān)而使電梯停止，防止傷害程度增加，開(kāi)關(guān)動(dòng)作的靈敏性取決于圍裙板的剛度，而圍裙板的剛度在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)其有明確的要求，當(dāng)剛度符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，電氣開(kāi)關(guān)的可靠性不夠，在用的很多自動(dòng)扶梯都取消了這個(gè)保護(hù)裝置。通過(guò)上述分析可知，現(xiàn)階段的防夾保護(hù)措施并不能完全避免夾人事故的發(fā)生，而在夾人事故中，如果傷者被梯級(jí)拖行至過(guò)渡區(qū)段以及水平區(qū)段，如圖1所示，梯級(jí)運(yùn)行在直線段時(shí)，前后梯級(jí)之間沒(méi)有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，而在過(guò)渡區(qū)域，前后梯級(jí)之間會(huì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這就導(dǎo)致在過(guò)渡區(qū)段中前后梯級(jí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)身體進(jìn)行附加的擠壓和剪切，水平區(qū)段中更是會(huì)被梳齒板剪切，而這由此造成傷害的程度會(huì)嚴(yán)重很多，本文研究設(shè)計(jì)一種防止夾人事故發(fā)展到過(guò)渡區(qū)段及水平區(qū)段的安全保護(hù)裝置，最大限度地降低此種夾人事故的傷害程度。

圖1 自動(dòng)扶梯運(yùn)行區(qū)域分布圖

1 新型安全保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

1.1 安全保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)原理

當(dāng)自動(dòng)扶梯梯級(jí)與圍裙板之間夾持異物時(shí)，異物對(duì)圍裙板有一個(gè)正向的壓力，由于運(yùn)動(dòng)的梯級(jí)會(huì)帶動(dòng)異物一起運(yùn)動(dòng)，所以異物對(duì)圍裙板也會(huì)施加一個(gè)沿運(yùn)動(dòng)方向的摩擦力，并且由于圍裙板摩擦力對(duì)異物的阻滯作用，異物受夾的尺寸會(huì)越來(lái)越大，直觀的感覺(jué)就是異物被拖進(jìn)去，異物受到的壓力和摩擦力也會(huì)越大，異物如果是受傷者的鞋子，鞋子連帶腳會(huì)被逐漸拖進(jìn)去，感覺(jué)越夾越緊，前面討論過(guò)，雖然異物施加給圍裙板的正壓力越來(lái)越大，但圍裙板的剛度有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，受力變形量很難保證圍裙板微動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的可靠性，既然正壓力變形不方便利用，能否利用異物施加給圍裙板的摩擦力來(lái)動(dòng)作保護(hù)裝置，圖2為本文設(shè)計(jì)的安全保護(hù)裝置的原理圖。

圖2 安全保護(hù)裝置原理圖

圖2原理圖表示保護(hù)裝置是一個(gè)典型的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，圖2（a）表示保護(hù)裝置在自動(dòng)扶梯梯級(jí)與圍裙板之間未夾持異物時(shí)的狀態(tài)，靠調(diào)節(jié)彈簧的頂壓保證機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，圖2（b）表示的是當(dāng)自動(dòng)扶梯梯級(jí)與圍裙板之間夾持異物時(shí)，圍裙板受到了正壓力和摩擦力，當(dāng)摩擦力大于調(diào)節(jié)彈簧調(diào)定的頂壓力時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作，觸發(fā)安全開(kāi)關(guān)，電梯停止運(yùn)行。

1.2 安全保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)原理對(duì)安全保護(hù)裝置進(jìn)行簡(jiǎn)單的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3，安全保護(hù)裝置觸動(dòng)板在一段區(qū)域內(nèi)起到圍裙板的作用，當(dāng)梯級(jí)與圍裙板之間夾持異物并進(jìn)入觸動(dòng)板區(qū)域時(shí)，當(dāng)異物施加于觸動(dòng)板的摩擦力大于彈簧的頂壓力時(shí)，觸動(dòng)板動(dòng)作觸發(fā)安全開(kāi)關(guān)，電梯停止運(yùn)行。

圖3 安全保護(hù)裝置三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖4是安全保護(hù)裝置動(dòng)作前后各零部件的狀態(tài)圖。保護(hù)裝置未觸發(fā)時(shí)，觸動(dòng)板與后圍裙板是緊連的，觸動(dòng)板與前圍裙板的結(jié)合區(qū)域采用如圖4（a）、圖4（c）所示的結(jié)構(gòu)，這是既為了滿足平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)無(wú)干涉，也為了滿足兩圍裙板之間的對(duì)接要求，電氣開(kāi)關(guān)觸頭與觸動(dòng)板之間有幾毫米的動(dòng)作間隙。保護(hù)裝置因?yàn)橛|動(dòng)板受到足夠的摩擦力而觸發(fā)動(dòng)作時(shí)，觸動(dòng)板平行移動(dòng)而與后圍裙板脫離產(chǎn)生間隙，同時(shí)觸發(fā)電氣開(kāi)關(guān)，電梯停止運(yùn)行，觸動(dòng)板與前圍裙板結(jié)合區(qū)的情況如圖4（b）所示，分析可知觸動(dòng)板動(dòng)作的幅度受到前圍裙板的限制，這個(gè)特性保證了如果電氣開(kāi)關(guān)失效，觸動(dòng)板與前圍裙板結(jié)合處也不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的剪切口。

圖4 安全保護(hù)裝置動(dòng)作形態(tài)圖

1.3 安全保護(hù)裝置的功能探討

安全保護(hù)裝置應(yīng)設(shè)置安裝在向下和向上前后梯級(jí)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)位置之前，如圖5中所示的觸動(dòng)板位置（紅色方形），且每邊的圍裙板上都需設(shè)置，當(dāng)自動(dòng)扶梯向下運(yùn)行時(shí)，如果乘客在下位觸動(dòng)板以上的位置意外被夾，拖行至下位觸動(dòng)板位置時(shí)，觸發(fā)安全保護(hù)裝置停止電梯運(yùn)行以阻止其進(jìn)一步被拖入到過(guò)渡區(qū)段及水平區(qū)段，當(dāng)自動(dòng)扶梯向上運(yùn)行時(shí)，如果乘客在上位觸動(dòng)板以下的位置意外被夾，拖行至上位觸動(dòng)板位置時(shí)，觸發(fā)安全保護(hù)裝置停止電梯以阻止其進(jìn)一步被拖入到過(guò)渡區(qū)段及水平區(qū)段，減小乘客的受傷害程度，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)扶梯向上運(yùn)行時(shí)，圍裙板與梯級(jí)之間間隙意外夾人的可能性不大，夾人事故主要發(fā)生在自動(dòng)扶梯向下運(yùn)行時(shí)，所以可以只考慮配置下位的安全保護(hù)裝置。

自動(dòng)扶梯梯級(jí)與圍裙板之間夾持的異物給予觸動(dòng)板多大的摩擦力時(shí)才能觸發(fā)安全保護(hù)裝置，這個(gè)觸發(fā)力的選擇決定了調(diào)定彈簧的初始?jí)嚎s程度，觸發(fā)力選擇過(guò)小，可能引起頻繁的誤動(dòng)作，梯級(jí)突然制動(dòng)反而造成跌倒等其他傷害，觸發(fā)力選擇過(guò)大，當(dāng)乘客的腳部意外被夾而拖入觸發(fā)區(qū)域時(shí)，安全裝置不能動(dòng)作，不能停止電梯而阻止受害者被拖入過(guò)渡區(qū)域及水平區(qū)域，造成乘客遭遇更加嚴(yán)重的剪切傷害。觸發(fā)力的選擇需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定，觸發(fā)大小的調(diào)定可以通過(guò)調(diào)定螺桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。

安全電氣開(kāi)關(guān)與觸發(fā)板動(dòng)作間隙距離的選擇也需要合適，太大不能實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，太小過(guò)于靈敏造成誤動(dòng)作，電氣開(kāi)關(guān)需要選擇常閉動(dòng)作形式，必要時(shí)可以采用雙安全開(kāi)關(guān)串聯(lián)形式，起到雙重保險(xiǎn)的作用。

2 總結(jié)

由于自動(dòng)扶梯的結(jié)構(gòu)特性以及現(xiàn)今的發(fā)展水平，現(xiàn)階段的防夾保護(hù)措施并不能完全避免夾人事故的發(fā)生，加強(qiáng)安全使用管理以及提高乘客的安全乘梯意識(shí)能夠有效降低夾人事故發(fā)生率，但通過(guò)設(shè)計(jì)手段改善設(shè)備本身的安全性更加不容忽視，本文研究設(shè)計(jì)了一種安全保護(hù)裝置能夠有效降低夾人事故的傷害程度，建議在標(biāo)準(zhǔn)和安全技術(shù)規(guī)范中增加此方面的安全設(shè)置要求，為自動(dòng)扶梯的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。

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