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        電梯轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的匹配性計(jì)算

        2021-08-27 07:36:30江海濱胡曉雯劉文文
        機(jī)電工程技術(shù) 2021年7期
        關(guān)鍵詞:轎廂接觸器保護(hù)裝置

        江海濱,洪 永,胡曉雯,王 葵,劉文文,佘 昆

        (1.廣東省特種設(shè)備檢測研究院,廣州 510655;2.廣東省特種設(shè)備檢測研究院中山檢測院,廣東中山 528403)

        0 引言

        近年來,隨著生活水平日益提高,城市化進(jìn)程的推進(jìn),各地建設(shè)的高樓越來越多,電梯的使用量也越來越多,電梯已成為人們不可缺少的交通工具,其安全性能也越來越被人們關(guān)注。電梯轎廂發(fā)生意外移動(dòng),可能對(duì)出入轎廂的乘客產(chǎn)生剪切或擠壓的風(fēng)險(xiǎn)[1]。因此,2015 年7 月16 日國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式公布GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》第1 號(hào)修改單,提出電梯應(yīng)具有防止轎廂發(fā)生意外移動(dòng)或者使意外移動(dòng)停止的裝置。這個(gè)裝置常稱為轎廂發(fā)生意外移動(dòng)時(shí)的保護(hù)裝置,成為電梯的主要安全保護(hù)裝置之一。緊接著2016 年6 月6 日公布了《電梯型式試驗(yàn)規(guī)則》(TSG T7007-2016)對(duì)電梯轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置(UCMP裝置,下同)的型式試驗(yàn)進(jìn)行了規(guī)定。隨著UCMP裝置的型式試驗(yàn)開展,其工作原理、理論計(jì)算和關(guān)鍵參數(shù)選擇問題值得關(guān)注。由于參數(shù)的選擇不合理,容易導(dǎo)致轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的匹配性計(jì)算無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。從目前的轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的相關(guān)研究來看[2-10],針對(duì)轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置匹配性計(jì)算及相關(guān)參數(shù)的研究比較少,轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的匹配性計(jì)算是驗(yàn)證UCMP 裝置的匹配性和適用性的重要工作,本文結(jié)合UCMP裝置的型式試驗(yàn),提出了影響UCMP裝置的匹配性計(jì)算的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)選擇問題,分析了問題產(chǎn)生的原因,并提出行之有效的解決方案,供業(yè)內(nèi)同行探討。

        1 UCMP裝置的組成

        UCMP裝置的種類很多,比較常見的UCMP 裝置是由檢測子系統(tǒng)、制停子系統(tǒng)和自監(jiān)測子系統(tǒng)組成;也有采用檢測子系統(tǒng)和制停子系統(tǒng)組成的UCMP裝置(如檢測子系統(tǒng)+鋼絲繩制動(dòng)器);還有采用制停子系統(tǒng)和自監(jiān)測子系統(tǒng)組成的UCMP 裝置,可適用于不具有開門情況下的平層、再平層和預(yù)備操作的曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯。其中,制停子系統(tǒng)根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)型式主要分為:有冗余的曳引機(jī)制動(dòng)器、雙向鋼絲繩制動(dòng)器、雙向安全鉗制動(dòng)器、輪式制動(dòng)器、夾軌器等[11]。

        2 UCMP裝置的基本原理、理論計(jì)算和判定原則

        2.1 基本原理

        在層門未被鎖住且轎門未被關(guān)閉的情況下,由于轎廂安全運(yùn)行所依賴的驅(qū)動(dòng)主機(jī)或驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)任何單一元件失效引起轎廂離開層站的意外移動(dòng),此時(shí),轎廂先加速運(yùn)行,當(dāng)運(yùn)行到一定距離,UCMP裝置中的檢測子系統(tǒng)檢測到轎廂的意外移動(dòng),并發(fā)出制停信號(hào),轎廂仍然加速移動(dòng),UCMP 裝置中的制停子系統(tǒng)收到制停信號(hào)后,開始制停,轎廂達(dá)到意外移動(dòng)的最高速度便開始減速下降,直到轎廂被制停。UCMP 裝置的主要功能是在門開著的情況下,檢測到轎廂發(fā)生意外移動(dòng),并可靠制停轎廂。

        2.2 理論計(jì)算

        圖1 所示為轎廂發(fā)生意外移動(dòng)到檢測并觸發(fā)保護(hù)裝置制停轎廂的過程曲線。整個(gè)過程可分為3 個(gè)部分,即意外移動(dòng)發(fā)生階段、檢測并響應(yīng)觸發(fā)階段和制停階段。

        圖1 電梯轎廂意外移動(dòng)時(shí)的過程曲線

        為了更加精準(zhǔn)地描述和計(jì)算轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置的檢測、觸發(fā)和制停的過程,根據(jù)各個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的具體情況,分別得出如下公式。

        轎廂減速前的最高速度v的計(jì)算公式如下:

        轎廂意外移動(dòng)的總距離(加速距離與制停距離之和)s 的計(jì)算公式如下:

        式中:a1為曳引驅(qū)動(dòng)電梯的轎廂在內(nèi)部控制裝置引起的電氣故障的情況下假定可達(dá)到的加速度,取2.5 m/s2;s1為申請單位設(shè)計(jì)的檢測到意外移動(dòng)時(shí)轎廂離開層站的最大距離,m;t1為申請單位預(yù)期的檢測子系統(tǒng)最大響應(yīng)時(shí)間(該時(shí)間為平層感應(yīng)器、檢測電路等響應(yīng)時(shí)間的綜合),s;a2為制停子系統(tǒng)報(bào)告給出的曳引式電梯的自然加速度,取各工況的測試或計(jì)算值,m/s2;t2為申請單位申請的觸發(fā)裝置最大響應(yīng)時(shí)間(考慮到制動(dòng)接觸器響應(yīng)時(shí)間與主接觸器響應(yīng)時(shí)間近似相等),s;t3為制停子系統(tǒng)報(bào)告中給出的制停子系統(tǒng)最大響應(yīng)時(shí)間,s;a3為制停子系統(tǒng)報(bào)告中給出的平均減速度或理論計(jì)算值,m/s2。

        轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置試驗(yàn)速度下的制停距離計(jì)算的目的是:用相同負(fù)載和相同初速度來衡量制停部件制動(dòng)力是否下降到不可接受的程度。圖2 所示為轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置試驗(yàn)速度下的制停轎廂的過程曲線。

        圖2 UCMP裝置試驗(yàn)速度下的制停過程曲線

        根據(jù)電梯轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置試驗(yàn)速度下的制停過程可以得到以下公式:

        式中:v4為申請單位設(shè)定的試驗(yàn)速度,m/s;v5為轎廂在試驗(yàn)速度下,在t3時(shí)間內(nèi)的最高速度,m/s;s試為試驗(yàn)速度下的制停距離,m。

        2.3 判定原則

        結(jié)合上述公式,判斷v與s是否符合檢驗(yàn)依據(jù)的條件為:

        式中:v0為制停子系統(tǒng)型式試驗(yàn)報(bào)告中給出的所預(yù)期的轎廂減速前最高速度,m/s;s0為所允許的轎廂意外移動(dòng)總距離最大值,取1.2 m。

        3 檢測到轎廂意外移動(dòng)的距離問題

        常見的UCMP裝置中檢測子系統(tǒng)是由位置傳感器和信號(hào)處理單元組成的,如圖3 所示,檢測子系統(tǒng)檢測到轎廂意外移動(dòng)的距離s1是等于隔磁板長度的一半減去上下光電開關(guān)距離的一半,故隔磁板安裝尺寸決定轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置檢測轎廂意外移動(dòng)時(shí)的檢測距離值。然而,在現(xiàn)有的檢規(guī)里,還沒有針對(duì)安裝在轎頂上的光電開關(guān)位置和距離的檢測要求。

        圖3 隔磁板與平層感應(yīng)器安裝

        若位于中間的兩光電開關(guān)之間的距離變大,UCMP 裝置檢測轎廂意外移動(dòng)距離值s1變小,甚至在轎廂發(fā)生微小移動(dòng),也容易檢測到,并產(chǎn)生觸發(fā)制停的誤動(dòng)作故障。反過來,若中間兩光電開關(guān)距離變小,那么UCMP裝置的檢測轎廂意外移動(dòng)距離值s1變大,這種情況無疑增大了轎廂移動(dòng)的總距離值,按照式(2),有可能使轎廂移動(dòng)的總距離值超過標(biāo)準(zhǔn)要求[12]。

        針對(duì)這個(gè)問題,按照GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》(含第1 號(hào)修改單)的要求,即轎廂意外移動(dòng)總距離最大值1.2 m。建議:要求制造單位提供光電開關(guān)和隔磁板安裝圖紙,并在現(xiàn)有的檢規(guī)中,增加一項(xiàng)對(duì)光電開關(guān)安裝距離的檢查的項(xiàng)目,確保轎廂檢測到意外移動(dòng)值在企業(yè)申請的范圍內(nèi)。

        4 UCMP裝置的響應(yīng)時(shí)間問題

        UCMP裝置的響應(yīng)時(shí)間主要由3 個(gè)部分組成,檢測子系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間t1、觸發(fā)裝置的響應(yīng)時(shí)間t2和制停子系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間t3。檢測子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間t1是位置傳感器和信號(hào)處理單元響應(yīng)時(shí)間的總和,常見的檢測子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間t1≤30 ms。常見的觸發(fā)裝置一般就是接觸器,由于企業(yè)選擇的接觸器品牌和功率不一樣,有可能存在實(shí)際使用的接觸器的響應(yīng)時(shí)間要比申請做匹配性計(jì)算時(shí)接觸器響應(yīng)時(shí)間大,這種情況下,在匹配性計(jì)算時(shí)能夠滿足要求,但實(shí)際應(yīng)用時(shí),由于響應(yīng)時(shí)間選取過大,惡劣工況下有可能超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

        制停子系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間一般是制造單位在設(shè)計(jì)該產(chǎn)品時(shí)就確定下來的,由式(2)可知,制停子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過大,有可能使轎廂意外移動(dòng)的總距離不超過1.2 m。

        針對(duì)這個(gè)問題,建議制造單位選用響應(yīng)時(shí)間較小的接觸器,在進(jìn)行匹配性計(jì)算時(shí),適當(dāng)留有一定的余量。比如選用的接觸器響應(yīng)時(shí)間為25 ms,在進(jìn)行匹配性計(jì)算時(shí)可申請接觸器響應(yīng)時(shí)間小于或等于40 ms,這樣既能通過匹配性的計(jì)算,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,又可以避免后期維保時(shí)更換其他接觸器后,其響應(yīng)時(shí)間可能高于匹配性計(jì)算時(shí)的接觸器響應(yīng)時(shí)間情況。制停子系統(tǒng)制造廠家應(yīng)該優(yōu)化設(shè)計(jì),生產(chǎn)響應(yīng)時(shí)間較小的制停子系統(tǒng),為了滿足轎廂意外移動(dòng)的總距離不超過1.2 m的要求,一般設(shè)計(jì)的制停子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間控制在300 ms內(nèi)。

        5 預(yù)期的轎廂最大制停距離問題

        制停距離是指在制停子系統(tǒng)(即制停部件)制停過程中,轎廂從開始減速到完全停止的距離。對(duì)于一款全新的制停子系統(tǒng),剛開始其制動(dòng)性能應(yīng)該是最好的,但隨著使用時(shí)間的過長,制動(dòng)次數(shù)的增多,其制動(dòng)力相應(yīng)下降,制動(dòng)減速度也減小,制停距離就變長。若制停距離過長,根據(jù)式(2),可能在某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)要求。因此,選擇和確定預(yù)期的轎廂最大制停距離成為UCMP裝置計(jì)算時(shí)的必要工作。目前,各個(gè)制造單位選擇和確定的方法不一致,有的采用最小減速度的方式來確定;有的采用最大制停距離的方式;還有的參考實(shí)際測試數(shù)據(jù)等情況。

        針對(duì)這種情況,建議統(tǒng)一采用轎廂最大制停距離這個(gè)參數(shù),按照GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》(含第1 號(hào)修改單)的要求,即轎廂意外移動(dòng)總距離最大值為1.2 m,可見匹配性計(jì)算最后是通過距離來進(jìn)行判定的。因此,建議制造單位設(shè)計(jì)制停子系統(tǒng)時(shí),依據(jù)式(1)~(4),按照最惡劣工況選擇基本參數(shù)得到減速前轎廂移動(dòng)的總距離s1+s2+s3,然后用1.2 m減去轎廂減速前的總距離s1+s2+3,即為轎廂意外移動(dòng)運(yùn)行的最大制停距離。計(jì)算最小制停減速度時(shí),可用轎廂減速前的最高速度v的平方除以2 倍的最大制停距離得到。

        6 結(jié)束語

        本文介紹了UCMP裝置匹配性計(jì)算的結(jié)構(gòu)組成和原理,給出了UCMP裝置匹配性計(jì)算公式和判定原則。針對(duì)UCMP 裝置進(jìn)行匹配性計(jì)算時(shí),由于參數(shù)選擇不合理,容易造成合成計(jì)算無法滿足要求的問題,分析了幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)匹配性計(jì)算的影響,并提出了幾個(gè)參數(shù)選擇的可行方案,供業(yè)內(nèi)同行參考。

        經(jīng)過分析得出:制造單位應(yīng)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì),按照標(biāo)準(zhǔn)要求,在對(duì)檢測子系統(tǒng)檢測距離、接觸器響應(yīng)時(shí)間、制停子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、預(yù)期轎廂最大制停距離等關(guān)鍵參數(shù)選取時(shí),進(jìn)行充分考量,關(guān)鍵參數(shù)的選擇上,既要保證一定余量,方便使用,又要考慮不能超過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的限值。

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