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通过追加冗余多重保护措施提髙电梯安全
作者: 谭健 2015-01-21 11:18:39 浏览:100
信息来源:天津永达电梯
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  据报道,自2005年起,全国平均每年发生电梯事故约40起,死亡人数约30 人。电梯使用的普及,在给我们的生活带来巨大便利的同时,电梯安全事故也在频繁不断地发生。作为应用广泛的公共设施,电梯的安全性是其最重要的指标和要求。 GB 7588-2003对电梯的安全部品均有规定要求,但是国标的要求是对安全部品性能的最低要求,不是达到国标要求就永远绝对安全。对于电梯这种特种设备而言,安全无小事.要考虑到各种极端情况及各种偶然情况,电梯的安全系数应有足够大的冗余。

  目前普遍使用的电梯,一般为无齿轮曳引机传动,多数无夹绳器,主要依靠抱闸来制停,主要的安全部品有:主机抱闸、封星保护器(部分电梯有h限速器、 安全钳、井道极限限位开关、缓冲器。电梯运行的绝大多数情况下主要依靠抱闸来控制主机转停,抱闸动作极其频繁并且由于其动作中存在磨损,因此必然存在老化失效的风险。近年来发生的几起恶性坠梯事故,多数情况下根源都是抱闸失灵。在电梯坠落的过程中,安全部品动作的先后顺序为:电梯发生意外坠落后,首先是抱闸动作,在一般情况下,抱闸是电梯的主要控制手段;当电梯下坠速度不超过额定速度的115%,法规认为其危害可接受,依靠缓冲器进行缓冲碰撞保护。其次是当电梯速度达到额定速度的115%时,限速器发出电气保护信号,切断主机电源,依靠主机制动,由于无齿轮曳引机本身无机械自锁功能,只能依靠抱闸制停,而此时抱闸处于失灵状态,实际是无效的;当电梯速度继续增大超过限速器机械动作速度时,限速器棘爪卡死,迫使安全钳动作制停电梯;如果没有到达限速器机械动作速度,电梯运行至底阶或顶阶附近,触碰极限限位开关后,触发安全回路,切断主机电源;最后,即缓冲器保护,该级保护动作,表明电梯已经碰撞。对于电梯轿厢或对重撞底,即碰撞缓冲器,可以认为已经发生事故。通过曰常运行的实例经验来看,无论是缓冲器保护,还是安全钳动作保护,都是不安全的状态,在制停的大过载之下, 即使是正常成年乘客也很有可能无法站立而摔倒,造成骨折等伤害。如果乘客中有孕妇、老人或者抱小孩的乘客,后果将更为严重。仅2013年1月至8月,已有多次因安全钳动作造成乘客受伤骨折的报道。 缓冲器保护和安全钳动作保护,都属于紧急状态下保护多数乘客生命的保护动作,不应该将其作为曰常保护措施使用。

  分析以上的安全部品动作流程,目前存在的主要隐患为:抱闸动作后,系统认为抱闸抱死,随即判断认为电梯已经停止运行,因此,主机断电,无动力负载,即主机处于自由状态,一般没有后续校验 措施,此时如果抱闸失灵未动作或者抱闸力不够发生打滑(一般为轿厢轻载或满载 时),电梯将失去控制,重载时将下行而轻载时则上行;如果电梯下行,速度超过限速器电气动作速度,系统会切断主机电源(主机原本就是断电状态);当电梯速度超过限速器机械动作速度,则限速器会驱动安全钳制停电梯。如果速度没有超过限速器机械动作速度,轿厢会下行撞底,依靠底坑缓冲器进行缓冲保护。如果是电梯上行,将直至对重触底后,轿厢在重力作用下最终停止。可见,在电梯下坠或冲顶的整个过程中,电梯控制系统将处于无作为的消极失控状态,因此,出现这种情况将会很不安全,尤其是高层电梯,极有可能发生人身伤亡。

  据相关的统计数据,我国的电梯平均年运行次数为50万次,而部分医院、密集型住宅楼等人流较大场所的电梯年运行次数能达到100万次以上,由于每个电梯运行周期抱闸都要参与工作,所以相应的抱闸制动器的年工作次数也在100万次以上,负荷强度非常大,尽管标准强制要求采用双抱闸,实际中抱闸出问题的概率依然比较高。一旦日常维保不到位,很可能酿成重大事故。抱闸是使用最频繁的安全部品,也是电梯系统中首要的安全部品,实际中要避免抱闸引起的安全事故,要么大幅度提高抱闸的安全等级,确保抱闸不出问题,要么在系统中对抱闸提供备份措施,当抱闸失灵时自动工作来确保电梯安全。分析上文抱闸失灵造成坠梯的事故整个过程发现,其实坠梯过程中系统并不是完全不可作为,在系统认为静止的情况下电梯发生实际移动,多数情况下至少主机编码器是有信号输出的,各楼层的楼层检出器也是有检测信号的,限速器也有非正常转动,以上这些信号都可以反应出电梯异常,但是因为各信号子系统之间各自独立,而安全钳和主机的需要的动作信号未触发.最终整个系统无作为造成坠梯事故。这是非常可惜和令人痛心的。

  针对抱闸制动器的问题,目前主流电梯厂商主要采用的技术手段有:

  (1) 采用封星保护器:目前普遍使用的永磁同步无齿轮主机,由于没有蜗轮蜗杆等减速机构,曳引轮直接装在电机主轴上,决定了主机不具备自锁功能。作为解决方案,增加一套封星回路装置.在主机断电后,自动短接主机的三相电极,造成一个短路的回路,若此时主机意外旋转, 电机将工作于发电模式,且由于输出短路, 相当于带了一个极大的负载,使主机处于很低的转速当中,避免发生危险。此种方式技术实现方便.成本很低,不影响正常控制,作为抱闸的备份安全保护,目前已被多家厂商采用。

  (2)抱闸力侦测:在电梯空闲时段,通过系统定期自动侦测,主动发现抱闸故障. 并且提示预警。主要原理是在抱闸抱死的情况下,给主机输入一定的驱动电流,产生一个转动力矩模拟加载负荷,在主机输出转矩逐渐加大的过程中,通过主机编码器信号来判断曳引轮是否发生微量的旋转。通过计算发生旋转前的转矩,相应的间接得到维持抱闸抱死状态的抱闸力 矩。只要抱闸力矩能够到达一定值,就能表明抱闸状态良好。该项技术,将抱闸力这样一个机械力学量纲,成功地转化成为电机电流数据,易于检测及监控,实现无人自动检测,同时又实现了监控数据存档, 能够得到抱闸力的长期变化规律,对人工维保是一个有效的补充。此方案提供了一种思路,即通过控制系统对不易检测的硬件设备进行间接性能检测,实现了安全设备的监控。虽然不能完全取代人力,但是在思路上实现了突破创新。

  (3)溜梯自救:电梯在开门区停止时,如果抱闸失灵,随着乘客出入载重变化, 有可能发生溜梯,俗称“开门走车”。溜梯自救是指:当电梯处于门区且门没有完全关好时,电梯系统通过主机旋转编码器监测主机状态,当电梯有细微溜梯时主机编码器必然会有信号输出,如果系统判断 为溜梯则驱动主机输出一个与溜梯方向相 反的转矩,维持轿厢保持静止,同时电梯报警.疏散乘客。此方案实现了一定的信息共享,通过主机旋转编码器信号变化量反馈轿厢位移变化量.避免了主机自由状态下的无作为导致溜梯事故,相当于双重 安全保护。即使抱闸意外失灵,依然能够有主机来维持电梯状态,确保不会发生坠梯事故。本方案技术易行,可操作性强,切实有效地提高了电梯安全。方案三和方案二可以结合使用,通过抱闸力侦测在曰常中保证抱闸的功能,如意外情况下抱闸失灵,通过溜梯自救,确保乘客的人身安全。在普通电梯的安全基础上,增加了两重保险,大大提高了电梯系统的安全系数。

  以上为目前电梯行业内已经应用的技术,在此思路上扩展,以电梯系统运行状态分析,以现有的系统安全设备为基础和对各子系统不做大变更的前提下,提高电梯系统的整体可靠性和安全性,充分发挥现有设备的功能,还可以在以下三方面着手。

  (1)楼层检出器报警:电梯运行过程中,只要电梯运行经过平层位置。楼层检出器就会有信号检出,因此,在电梯停止状态下,只要楼层检出器有输出信号的变化,即可以判断电梯坠梯了。系统接到异常报警后,根据反馈的信号,驱动主机,即可对电梯状态进行有效控制。避免出现人身事故。实际上,在整个下坠的过程中,从抱闸逐步松动,到完全失效.最终轿厢以自由落体方式加速,真正可行、可操作的仅仅是最初的几秒,最初的一段时间内速度较低,需要的制动力矩也不大,如果系统及时作出反应,绝大多数情况下,是可以及时挽回的。一旦错过最初的一段时间,自由下坠速度达到危险值,再进行补救的措施就很有限了,付出的成本和代价都是极大的。本方案不增加额外装置。充分利用现有的楼层检出器信号输出,通过信息共享,作为控制系统中坠梯的判断条件,由于楼层检出器相对独立于其他的安全设施,因此实现了安全设备互为校验的目的,增加了一重额外保护措施,相当于追加了一重保险。

  (2)夹绳器保护:电梯系统中最关键的保护是限速器一安全钳保护机制。目前主要使用的离心式限速器有一定缺陷,电梯运行速度必须大于限速器机械动作速度.离心锤带动棘爪卡死后,限速器才会动作并触发安全钳,除此之外,系统无法驱动安全钳。若电梯下行未达到机械动作速度或者限速器失灵,系统将没有任何措施来控制电梯,无法保证安全。本文认为对于高速高层电梯和人流密集的电梯,应该配备夹绳器,当系统判定为抱闸失灵或够对人身安全提供最大可能保护。由于其 独立与其他设备.安全系数非常高。

  (3)独立专用抱闸。现有的抱闸系统是作为主机曰常工作部件使用的,使用率过高,其安全特性随着磨损始终不断变化,一旦超出临界值。就会发生危险。本文建议作为意外刹车装置,独立于现有双抱闸之外,设置一个独立专用的意外刹车抱闸, 由系统直接驱动,电梯正常运行期间不工作,待系统判定需要紧急制停时,可以立即动作,无条件制停电梯。由于夹绳器对钢丝绳有损害,并且夹绳器制停时的过载加速度不易控制,紧急制停时容易使乘客受伤,因此采用独立专用抱闸方案优于夹绳器保护方案。

  (4)限速器保护:还有一种方案,把着眼点离开电梯的轿厢,配置有电子测速功能的限速器或者在现有机械限速器追加旋转编码器。主要的作用有:当限速器编码器检测到轿厢非正常移动,可以立即反馈控制系统驱动主机稳定电梯;另外,电梯调试完毕之后,一般需要跑阶,即通过编码器对系统的行程有精确定位,可以通过限速器的编码器对电梯行程的全阶位置进行精确的二次标定,相当于在楼层检出器的基础上追加了一重对于电梯运行位置的监控保护,由于限速器几乎没有负载,因此钢丝绳滑移非常小,用限速器编码器来控制轿厢平层效果会更加理想,不但可以精确指示电梯速度和电梯位置。对主机编码器、楼层检出器、井道极限限位开关进行补充校验,还可以对电梯停止状态下微动位移进行精确的信号输出,为系统控制提供精确可靠的数据,为下一步精确控制提供基础,当系统判定为危险,可立即制停电梯。

 
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国标规定的安全措施,都是基本的保障性措施.是一个基础要求,并不是安全工作的全部,当所有的安全部品都能正常发挥作用的情况下,理论上乘客的安全是有发生加上部分电梯维保不到位,造成每年都有电梯安全部品失效造成的事故发生,造成惨痛的生命财产损失。要应对这些意外情况,就要求电梯安全部品配置必须有冗余。对所有的安全措施,必须要有进一步的解决方案,即万一某一个安全设备失灵,后续备用措施将立即启动,保证人身安全。目前标准电梯通常的做法,整个电梯系统中,各个安全部品是各自为战的,独立工作,分别接收各自的动作信号,没有彼此的信号共享,资源浪费的同时还造成事故隐患,并且为进一步设置后续备用安全措施增加了难度。为确保系统安全的要求,电梯系统的安全部品必须要进行信号共享和集中控制整合。电梯安全是一个系统整体的安全,各个安全子系统之间互为备份,互相连锁,这样才能真正发挥各个安全子系统应有的功能,最终使整个电梯安全可靠的运行。

  当然,保障一台电梯的安全,最重要的还是高质量的安全部品和可靠的人工维保,任何措施也无法替代人工维保。在此基础之上,利用现有技术条件,充分发挥各个安全子系统的功能,在一部电梯上,可以追加实现的安全措施有:

  (1) 封星保护器,可一定程度应对抱闸失效。

  (2) 溜梯自救功能,可应对开门区抱闸失效造成的意外坠梯。

  (3) 楼层检出器报警,可应对停车状态下的意外坠梯。

  (4) 限速器测速保护,可以对电梯位置、速度全方位实时监控,应对突发意外事件。

  (5) 紧急制停保护,通过将专用抱闸 或夹绳器保护等接入系统,既可以由系统 独立判定触发,也可以作为上述4个保护 措施的后续措施,将上述4个保护措施作 为紧急制停保护的触发判定条件之一:— 旦4个措施中的任何一个触发,并且电梯护。这样可以应对各种意外突发情况。

  目前的技术发展曰新月异,各种新兴技术层出不穷,很多新技术都可以应用到电梯上,本文所简要介绍的电梯安全技术,主要受现有技术的启发,在其基础上拓展到整个电梯系统,利用现有成熟技术的数据交叉共享、相互校验实现,具体的技术实现不算复杂,但其思路方向有非常重大的意义,首先是对安全部品进行系统检测评估,确保其能够正常工作;其次是对单独的保护动作和措施进行进一步的效果反馈,并且提供多重保护方案互为备份,对于重要的安全状态,从多种不同的数据来源进行监测,确保电梯安全万无一失,提高安全性。多一重保护,就多一份安全。

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