أنظمة الكبح الذكية القائمة على السلالم المتحركة كهربائياً

بقلم كيفن سيبورن ولطفي الشريف وديفيد أوستن

---

الملخص

يعد نظام الكبح في السلم المتحرك أهم جهاز أمان ، حيث تعتمد عليه جميع أجهزة الأمان الأخرى في إيقاف السلم المتحرك تمامًا. تستخدم معظم السلالم المتحركة أنظمة الكبح ذات الحلقة المفتوحة التقليدية التي تطبق نفس قوة الكبح بغض النظر عن الحمل على السلم المتحرك واتجاه الحركة. يؤدي هذا إلى اختلافات كبيرة في مسافة التوقف ، ولكن الأهم من ذلك أنه يتسبب في توقف شديد في ظل ظروف التحميل الخفيف. والنتيجة هي ارتفاع مخاطر وقوع الركاب في ظل ظروف توقف الحمولة الخفيفة ، مع ما يترتب على ذلك من إصابات. ينص معيار السلم المتحرك الأوروبي EN 115: 2008 على أن الحد الأقصى لقيمة التباطؤ المقاس في اتجاه السفر يجب أن يكون أقل من 1 م / ث 2. الدافع وراء هذا البند هو تقليل مخاطر سقوط الركاب. تحمل سلالم الخدمة العامة أعدادًا أكبر من الركاب ، وبالتالي فهي أكثر عرضة لخطر سقوط الركاب وخاصة الانهيارات الجليدية. يصف هذا البحث تصميم وتنفيذ واختبار نظام مكابح ذكي قائم على الكهرباء يتم تطبيقه على سلم متحرك للخدمة العامة يقلل بشكل كبير من مخاطر سقوط الركاب ويلبي متطلبات المعيار. تكتسب الأنظمة الاحتياطية وتقييمات المخاطر أهمية خاصة لتوفير ضمان السلامة اللازم وضمان التشغيل الآمن في حالة فشل النظام.

المقدمة

يعتبر نظام الكبح داخل السلم المتحرك ، في الواقع ، أهم جهاز أمان. تعتمد جميع وظائف السلامة الكهربائية الأخرى على نظام الكبح لإيقاف السلم المتحرك. سيؤدي فقدان وظائف نظام الكبح إلى فقدان جميع ميزات السلامة الكهربائية الأخرى وسيؤدي إلى حدوث موقف خطير داخل السلم المتحرك.

يجب أن يحقق نظام الكبح متطلبين متعارضين: إيقاف السلم المتحرك على مسافة مقبولة لمنع الإصابة (على سبيل المثال ، انحباس الراكب) وعدم التوقف بشدة بحيث يتسبب في سقوط الركاب. هذه هي المعضلة التي تواجه مصمم نظام الكبح. في سلالم الخدمة العامة ، يعد هذا أكثر أهمية نظرًا للعدد الكبير من الركاب (يصل إلى 58,000 مسافر يوميًا في بعض الحالات) [1]. في الواقع ، الدافع الرئيسي لتطوير أنظمة الكبح الذكية على السلالم المتحركة (وخاصة السلالم المتحركة للخدمة العامة) هو الحاجة إلى معالجة مشكلة سقوط الركاب بسبب التوقف المفاجئ للسلالم المتحركة.

من الجدير بالذكر أن غالبية حالات التوقف في السلالم المتحركة هي محطات توقف غير مخطط لها ، وعادة ما يتم ذلك بعد تنشيط جهاز الأمان. لهذا السبب ، لا يتوقع الراكب الذي يسافر على سلم متحرك أن يتوقف أبدًا (على عكس المصعد الذي يتوقف عند كل هبوط). وبالتالي ، فإن العديد من الركاب لا يمسكون بالدرابزين ، وهذه النقطة تزيد من أهمية ضمان عدم توقف السلم المتحرك بشكل مفاجئ.

يصف هذا البحث تطوير واختبار نظام الكبح الذكي القائم على الكهرباء لسلالم الخدمة العامة. يضمن النظام توقفًا لطيفًا مع استمرار تلبية متطلبات مسافة التوقف التي حددتها المعايير للحمل الكامل في الاتجاه السفلي. يضمن تصميم النظام أيضًا توقع حدوث أعطال داخل النظام ولن تؤدي إلى موقف خطير.
تتم مناقشة المشكلة الرئيسية لأنظمة الكبح التقليدية في القسم التالي. يتم بعد ذلك استعراض أنواع أنظمة الكبح الذكية في القسم التالي. ثم يتم تحديد فوائد أنظمة الفرملة الذكية للسلالم المتحركة. يتبع ذلك نظرة عامة على مبدأ تشغيل الكبح المصعد الكهربائي الذكي ، ثم تصميم النظام وتقييم مخاطره. ثم يتم عرض نتائج اختبارات الموقع على السلالم المتحركة الأولى المزودة بالنظام.

أنظمة الكبح التقليدية مقابل أنظمة الكبح الذكية

تحتوي معظم سلالم الخدمة العامة على مكابح ميكانيكية: المكابح التشغيلية والفرامل المساعدة. تعمل الفرامل التشغيلية عادة على عمود المحرك. تعمل الفرامل المساعدة مباشرة على عمود القيادة الرئيسي للسلالم المتحركة (وبالتالي تحمي من فشل سلسلة القيادة). تشكل هاتان المكابحتان نظام الكبح التقليدي الحالي.

تقوم أنظمة فرملة السلم المتحرك التقليدية باستخدام الفرامل فورًا وبالكامل بمجرد انقطاع خط الأمان. يعتمدون على الفرامل الميكانيكية لإيقاف السلم المتحرك. لأسباب تتعلق بالسلامة الواضحة ، تكون الفرامل دائمًا عبارة عن فرامل ميكانيكية يتم تعشيقها بزنبرك ورفع الطاقة (إما هيدروليكيًا أو كهرومغناطيسيًا). حقيقة أن الفرامل زنبركية مطبقة تضمن استمرار عمل الفرامل في حالة انقطاع التيار الكهربائي أو فشل نظام التحكم.

تكمن المشكلة الرئيسية في أنظمة الكبح التقليدية في أنه يتعين عليها التعامل مع عدد من المعايير المتغيرة. وتشمل هذه اتجاه السفر (صعودا وهبوطا) ؛ تحميل (لا يوجد حمل للحمل الكامل) ؛ ارتداء في الفرامل / الأحذية ؛ التغيرات في درجة الحرارة وتلوث تيل الفرامل / الأحذية. عادة ما يتم تصميم / ضبط الفرامل للتعامل مع الحمل الكامل في الاتجاه السفلي بحيث لا تتجاوز مسافة التوقف القيمة المحددة بواسطة المعايير (على سبيل المثال ، 1500 مم للسلالم المتحركة 0.75 م / ث). ومع ذلك ، ينتج عن هذا الإعداد توقف حاد عند توقف السلم المتحرك في ظل ظروف عدم وجود حمولة ، بالإضافة إلى مسافة توقف قصيرة جدًا عند تحميل السلم المتحرك في الاتجاه العلوي. بمجرد ضبطه وضبطه ، يكون العزم المطبق بواسطة نظام الكبح التقليدي هو نفسه بغض النظر عن الحمل على السلم المتحرك أو اتجاه الحركة. يمكن أن يؤدي التوقف المفاجئ الذي ينتج في ظل ظروف عدم التحميل إلى سقوط الركاب. إذا تم تقليل إعداد عزم الدوران على نظام الكبح الميكانيكي لتقليل الانقطاع المفاجئ للتوقف والقضاء على مخاطر سقوط الراكب ، سيفشل السلم المتحرك في إيقاف الحمل الكامل في الاتجاه السفلي ضمن مسافة التوقف المطلوبة المحددة بواسطة المعايير .

هذه هي معضلة نظام الكبح المصعد. وبالتالي ، فإن الدافع الرئيسي لتطوير نظام كبح ذكي هو الحاجة الملحة لمعالجة المشكلة المذكورة أعلاه والقضاء على مخاطر سقوط الركاب مع الاستمرار في تلبية مسافات التوقف المنصوص عليها في المعايير. تمت دراسة العلاقة بين مخاطر سقوط الركاب وحركية المصعد المتحرك بشكل شامل في [3] و [7]. لقد ثبت أن الحد الأقصى لقيمة التباطؤ أثناء التوقف هو أفضل مؤشر على مخاطر سقوط الركاب. أصبح استخدام الحد الأقصى لقيمة التباطؤ أثناء التوقف كمؤشر لخطر سقوط الراكب على السلم المتحرك مستخدمًا على نطاق واسع في الصناعة وهو مدرج في المعايير [2] و [4]. يعد استخدام أنظمة الكبح الذكية أحد أكثر الطرق نجاحًا لتلبية متطلبات الحد الأقصى من التباطؤ.

نظام الكبح التقليدي هو شكل من أشكال نظام التحكم في الحلقة المفتوحة ، كما هو موضح في الشكل 1. يتم ضبط عزم الدوران من الفرامل على قيمة محددة ، وبالتالي فإن أي تغيير في معلمات "الاضطراب" سيؤدي إلى اختلافات كبيرة في الإخراج. الناتج في هذه الحالة هو قيمة التباطؤ وقيمة مسافة التوقف.

من ناحية أخرى ، تقوم أنظمة الكبح الذكية بتطبيق عزم الكبح على السلم المتحرك بطريقة تدريجية ، على مدار فترة زمنية ، من أجل السماح بالتوقف التدريجي والمنظم. يمكن ضبط الأنظمة للحفاظ على ثبات التباطؤ أو إجمالي مسافة التوقف الإجمالية ، وكلاهما مترابط.

يراقب نظام الكبح الذكي قيمة المتغير الذي يحاول التحكم فيه (السرعة في هذه الحالة) أثناء تسلسل الكبح. ثم تقوم بعد ذلك بضبط جهد الكبح باستمرار لاتباع منحنى السرعة المحدد. حتى إذا تم إدخال "اضطراب" في النظام (في شكل حمولة متغيرة على سبيل المثال) ، فإن حلقة التغذية المرتدة تغذي هذه المعلومات إلى النظام ، ويتم تغيير جهد الكبح لتلائم. هذا مثال على نظام الحلقة المغلقة (الشكل 2).

كما يتضح من المناقشة أعلاه ، يتطلب نظام الكبح الذكي وسائل لتغيير عزم الكبح اعتمادًا على ظروف الحمل والاتجاه السائدة أثناء دورة الكبح. هناك نوعان من التقنيات المختلفة لتحقيق هذا الاختلاف ، كما تمت مناقشته في القسم التالي.

أنواع أنظمة الكبح الذكية

تنقسم أنظمة الكبح الذكية عمومًا إلى فئتين: هيدروليكي وكهربائي.

الأنظمة القائمة هيدروليكيًا

تتطلب الأنظمة القائمة على أساس هيدروليكي رفع إحدى الفرامل التقليدية هيدروليكيًا. تتحكم الأنظمة الهيدروليكية في الضغط الهيدروليكي الذي يرفع وسادات الفرامل عن القرص. يمكن القيام بذلك إما باستخدام صمام تناسبي خطي أو باستخدام تعديل التشغيل / الإيقاف عن طريق تغيير نسبة التشغيل (أي نسبة التشغيل / الإيقاف). أنظمة الكبح الذكية القائمة على هيدروليكي خارج نطاق هذا البحث. تمت مناقشتها بمزيد من التفصيل في [5].

الأنظمة القائمة على الكهرباء

تم تجهيز أنظمة التحكم في السلالم المتحركة الحديثة بمحركات متغيرة السرعة تستخدم لبدء تشغيل السلم المتحرك وتشغيله بسرعات مختلفة خلال النهار. يمكن أيضًا استخدام محرك الأقراص هذا لتنفيذ وظيفة الكبح الذكية. تستخدم الأنظمة القائمة على الكهرباء محرك السرعة المتغيرة (عادةً محرك VF) لإيقاف السلم المتحرك ثم استخدام المكابح الميكانيكية كأجهزة إمساك. في هذه الحالة ، تصبح الفرامل الميكانيكية المستخدمة للفرملة التقليدية مجرد مكابح انتظار مطبقة بمجرد توقف السلم المتحرك. لا يستخدم العاكس المستخدم في هذا النظام ردود فعل الحلقة المغلقة ، ويعتمد على حقيقة أن المحرك سوف يتبع السرعة التي يتم ضبطها بواسطة التردد الذي يرسله محرك الأقراص.

مزايا أنظمة الكبح الذكية القائمة على الكهرباء

تنقسم فوائد أنظمة الكبح الذكية القائمة على الكهرباء إلى ثلاث فئات رئيسية:

1. الحد من مخاطر سقوط الركاب: تتمثل أهم فائدة لنظام الكبح الذكي القائم على الكهرباء في قدرته على التحكم عن كثب في ملف تعريف منحنى وقت التوقف والسرعة. هذا يسمح للنظام بالتحكم الدقيق في قيمة الحد الأقصى للتباطؤ ، والذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بخطر سقوط الركاب. [3] هذا الحد الأقصى من متطلبات التباطؤ هو أيضًا مطلب قياسي EN 115 ، وبالتالي ، يضمن نظام الكبح الذكي القائم على الكهرباء الامتثال للمعايير الأوروبية. تجدر الإشارة إلى أنه بناءً على الخبرة العملية السابقة ، فإن تلبية مثل هذا المطلب أمر صعب للغاية مع نظام الكبح التقليدي.
2. القدرة على التمييز بين الأنواع المختلفة من رحلات جهاز الأمان: نظرًا لأن أي توقف لجهاز الأمان سيبدأ بواسطة وحدة التحكم القابلة للبرمجة في شكل إشارة يتم إرسالها إلى محرك السرعة المتغيرة ، فمن الممكن تغيير مسافة التوقف وقيمة الحد الأقصى للتباطؤ اعتمادًا على طبيعة جهاز الأمان الذي يبدأ في التوقف. على سبيل المثال ، ستتطلب متطلبات مسافة التوقف استجابةً لتعثر مفتاح المشط مسافة توقف أقصر مقارنة بجهاز الحماية من السرعة الزائدة. في الحالة الأولى ، سيتم إعطاء الأفضلية لمسافة توقف أقصر بشرط أن تكون قيمة الحد الأقصى من التباطؤ ضمن الحدود ، بينما في الحالة الأخيرة يفضل أن تكون القيمة المنخفضة للحد الأقصى للتباطؤ مع مسافة توقف أطول. يمكن الإشارة إلى هذه الميزة باسم مسافة التوقف المتمايزة لجهاز الأمان (SDDSD). لم يتم تنفيذ هذه الميزة على هذا النظام في هذه المرحلة ولكن سيتم النظر فيها في الإصدارات المستقبلية.
3. نظرًا لاستخدام الفرامل الميكانيكية فقط كفرامل انتظار ، فإن معدلات التآكل المنخفضة ستستمر. ومع ذلك ، فإن هذا يتطلب فحصًا منتظمًا لأداء الفرامل الميكانيكية (على سبيل المثال ، خلال ستة فحوصات شهرية).

مبدأ تشغيل أنظمة الكبح الذكية القائمة على الكهرباء

يتم عرض مخطط كتلة لنظام الكبح التقليدي في الشكل 3. يعمل خط الأمان مباشرة على الموصلات النهائية (وإن كان ذلك من خلال ملامسات وحدة التحكم القابلة للبرمجة). بمجرد أن يقوم أي جهاز أمان برحلات ، فإن الموصلات الرئيسية تنطلق وبالتالي تزيل الطاقة من محرك القيادة وتضغط على الفرامل الميكانيكية.

من ناحية أخرى ، تتداخل أنظمة الكبح الذكية القائمة على الكهرباء بين وحدة التحكم القابلة للبرمجة بين نهاية خط الأمان والموصلات الرئيسية. كما هو مبين في الشكل 4 ، يغذي خط الأمان إشارته في وحدة التحكم القابلة للبرمجة عند الحاجة إلى التوقف. ثم ترسل وحدة التحكم القابلة للبرمجة أمر "منحدر لأسفل" إلى العاكس وتحافظ على تنشيط الموصل (الموصلات) الرئيسية حتى يتوقف السلم المتحرك ، حيث يقوم بعد ذلك برحلات الموصل (الموصلات) الرئيسية ويطبق المكابح الميكانيكية كفرامل انتظار . كميزة احتياطية ، يتم استخدام مؤقتين للسلامة يتم تشغيلهما عن طريق انقطاع خط الأمان ويتسببان في تطبيق الفرامل في نهاية فترة محددة بغض النظر عما إذا كان السلم المتحرك قد توقف أم لا.

لذلك ، يمكن تلخيص تسلسل الأحداث أثناء التوقف في المسارين المتوازيين التاليين. بمجرد انتقال جهاز الأمان في خط الأمان ، يتم إرسال إشارة إلى وحدة التحكم القابلة للبرمجة ومرحل الأمان في وقت واحد. ترسل وحدة التحكم القابلة للبرمجة إشارة إلى محرك السرعة المتغيرة لزيادة السرعة إلى أسفل. بمجرد توقف السلم المتحرك ، يتم استخدام الفرامل الميكانيكية كمكابح انتظار. خلال هذا الوقت ، يتم إيقاف مؤقت الأمان وسيتم استخدام الفرامل الميكانيكية إذا لم يتوقف السلم المتحرك بنهاية الفترة الزمنية المحددة. يعد ذلك ضروريًا للحماية من حدوث عطل داخل وحدة التحكم القابلة للبرمجة أو محرك السرعة المتغيرة.

من الجدير بالذكر أن استخدام محرك السرعة المتغيرة كوسيلة للفرملة ليس مفهومًا جديدًا وقد تم استخدامه في الواقع في المصاعد على مدار الثلاثين عامًا الماضية. ومع ذلك ، فإن أسباب التأخير في تطبيقه على سلالم مترو أنفاق لندن هي كما يلي:

1. تتطلب معايير السلامة تقليديًا أن يعمل خط الأمان مباشرة على الموصلات الرئيسية التي تقود المحرك. مثل هذا المطلب يجعل من المستحيل استخدام الكبح الذكي القائم على الكهرباء. تم إسقاط هذا المطلب في EN 115: 2008 ولم يعد يمثل عقبة أمام تنفيذ نظام الكبح الذكي القائم على الكهرباء. [2 ، 6] هناك فرق أساسي بين استخدام أنظمة الكبح الذكية القائمة على الكهرباء في المصاعد والسلالم المتحركة. غالبية محطات المصعد عبارة عن محطات توقف وظيفية عند الهبوط ، وفي هذه الحالات ، يتم قبول استخدام الكبح الكهربائي وفقًا للمعايير. ومع ذلك ، فإن غالبية محطات توقف السلم المتحرك هي محطات توقف لجهاز الأمان ، وفي هذه الحالات ، أصبح استخدام الكبح الكهربائي مؤخرًا مسموحًا به وفقًا للمعايير (كما تمت مناقشته في النقطة السابقة).
2. شرط مستوى عالٍ من سلامة النظام بشكل عام. يجب تقديم ضمان يوضح أنه في حالة فشل أي مكون ، فإن هذا الفشل لن يؤدي إلى موقف خطير. تم تناول هذا في القسم التالي.

العمارة النظام

أوضح القسم الأخير البنية الأساسية ومبدأ تشغيل نظام الكبح الذكي الأساسي القائم على الكهرباء. يحلل هذا القسم بنى النظام الممكنة بالتفصيل ، ويجري تقييمًا عالي المستوى للمخاطر ويوصي بإجراءات حماية إضافية.

النهج الذي تم اتباعه هو كما يلي:

1. بناء النظام من الكتل الأساسية وتقييم المخاطر الناجمة عن الفشل في أي كتلة.
2. إذا أدى أي فشل واحد إلى موقف خطير ، فيجب تعزيز النظام للقضاء عليه.
3. تتكرر الخطوات المذكورة أعلاه حتى لا تبقى أي إخفاقات تؤدي إلى وضع خطير.

إن ميزة التعامل مع مكونات النظام مثل الكتل الكبيرة تغني عن الحاجة إلى فحص البرنامج داخل هذه الكتل بأي تفاصيل. يضمن تقييم المخاطر أن النظام يتحمل أي خطأ داخل الكتلة قيد النظر سواء كان ذلك خطأ في الأجهزة أو البرامج.

من المهم التأكيد على أن هذا النهج ليس بديلاً لتقييم مخاطر مفصل من الشركة المصنعة حول هذا النظام.

هيكل النظام

بعد عدة تكرارات ، تم التوصل إلى بنية مثالية للنظام تضمن أيضًا أن الفشل في أي مكون من مكونات النظام لن يؤدي إلى موقف خطير. تم توضيح هذا النظام النهائي في هذا القسم.

يوضح التحليل الإضافي للنظام الأساسي الذي تمت مناقشته في القسم الأخير أنه في حالة فشل وحدة التحكم أو محرك الأقراص ، سيستمر السلم المتحرك في العمل بعد استلام إشارة التوقف لمدة ثانيتين تقريبًا حتى يقوم مؤقت الأمان بتطبيق الفرامل. بسرعة 2 م / ث ، تكون المسافة الإضافية المقطوعة 0.75 مم ، وهي مفرطة ويمكن أن تؤدي إلى موقف خطير. لذلك ، تم تقديم التحسين التالي للنظام. تتكون جميع أنظمة التحكم في السلالم المتحركة الحديثة في مترو أنفاق لندن من جهازي تحكم منطقيين قابلين للبرمجة: وحدة التحكم الرئيسية ووحدة التحكم الإضافية. تستوفي وحدتا التحكم متطلبات التكرار في اكتشاف وظائف السرعة الزائدة والدرابزين والسرعة المنخفضة. للقيام بذلك ، يتلقى كل من المتحكمين إشارة السرعة الفعلية للسلالم المتحركة بشكل مستقل ، وبالتالي يتم وضعهما بشكل مثالي لتوفير آلية فحص إضافية يمكنها معالجة قيود النظام الأساسي التي تمت مناقشتها في القسم الأخير.

تقوم كل وحدة تحكم بفحص سرعة السلم المتحرك على فترات منتظمة بعد تعثر جهاز الأمان. تقارن أجهزة التحكم السرعة الفعلية للسلالم المتحركة بمنحنى "مغلف" افتراضي ، للتأكد من أن السلم المتحرك يتباطأ. إذا اكتشف أي من المتحكمين وجود تناقض في أي وقت ، فإنه سيرسل الموصلات الرئيسية ويطبق المكابح الميكانيكية. يظهر هذا الفحص الإضافي في شكل مخطط انسيابي في الشكل 5.

يوضح الشكل 5 أيضًا خطوط الدفاع المختلفة (الوظيفية ؛ خط الدفاع الأول باستخدام مؤقت الأمان ؛ خط الدفاع الثاني والثالث الذي توفره وظيفة فحص وحدة التحكم القابلة للبرمجة). يظهر هذا أيضًا في مخطط المخطط الزمني (كمنحنى ملف تعريف السرعة والوقت) في الشكل 6.

يظهر الرسم التخطيطي للمكونات والوصلات المختلفة للنظام الكامل في الشكل 7. وتعطى المكونات أوصافًا للطبيعة العامة. يوضح مخطط الكتلة الاتصال الإضافي من نهاية خط الأمان إلى وحدة التحكم الإضافية القابلة للبرمجة لتوفير الإشارة المستقلة اللازمة للسماح لوحدة التحكم الإضافية القابلة للبرمجة بتنفيذ وظيفة فحص منحنى السرعة.

اعتبارات السلامة

هناك ثلاث نقاط بارزة تنبثق من نهج تطوير النظام:

1. تم بناء عدد من خطوط الدفاع داخل النظام لضمان أنه في حالة فشل أحد خطوط الدفاع ، يلجأ النظام إلى خط الدفاع التالي.
2. في حالة فشل نظام الكبح المعتمد على الكهرباء ، يمكن لجهاز التحكم الرجوع إلى نظام الكبح التقليدي.
3. بغض النظر عما سبق ، يجب إجراء تحليل FMEA (تحليل أوضاع الفشل والتأثيرات) على النظام لضمان تلبية فرضية السلامة التالية EN 115 دائمًا: يجب ألا يؤدي خطأ واحد داخل النظام إلى موقف خطير. إذا تم اكتشاف خطأ واحد ، فلا يجب إعادة تشغيل النظام في الدورة التالية ويجب أن يظهر خطأ. [2، 6]

يتضمن FMEA تقييم جميع أنماط الفشل المحتملة ، وتحديد الأخطاء التي تؤدي إلى موقف خطير وتعديل التصميم لإزالة المخاطر الناشئة عن مثل هذه الإخفاقات. تم تنفيذ FMEA على الأجزاء الكهربائية والميكانيكية للنظام. كمثال بسيط ، لا ينبغي أن يؤدي فقدان اتصال التغذية الراجعة إلى موقف خطير ويجب أن يؤدي إلى توقف النظام وإطلاق الإنذار.

معايير النجاح / الفشل لأنظمة الكبح الذكية القائمة على الكهرباء

تنقسم معايير النجاح / الفشل لأي نظام فرملة إلى فئتين رئيسيتين: مسافة التوقف والحد الأقصى للتباطؤ أثناء التوقف.

1. مسافة التوقف: يتم تحديدها عادةً كقيمة دنيا لمسافة التوقف عند عدم وجود حمل وقيمة قصوى لمسافة التوقف في ظل ظروف التحميل الكامل في الاتجاه السفلي. على سبيل المثال ، بالنسبة للسرعة المقدرة التي تبلغ 0.75 م / ث ، فإن الحد الأدنى لمسافة التوقف في ظل ظروف عدم التحميل هو 400 مم ، ومسافة التوقف القصوى 1500 مم في ظل ظروف التحميل الكامل في الاتجاه السفلي.
2. أقصى قدر من التباطؤ أثناء التوقف: الحد الأقصى للتباطؤ أثناء التوقف هو أفضل مؤشر على خطر سقوط الركاب. يتم ضبط هذا حاليًا على قيمة قصوى تبلغ 1 م / ث 2 في اتجاه السفر (ممر منخفض يتم ترشيحه عند 4 هرتز).

الأساس المنطقي لمتطلبات الحد الأقصى لمسافة التوقف هو حماية الركاب بعد الوقوع في فخ. الأساس المنطقي لمتطلبات الحد الأدنى من مسافة التوقف هو تقليل مخاطر سقوط الركاب ، على الرغم من أن هذه طريقة خام للغاية لضمان ذلك. تاريخيًا ، المعيار الثاني (أي الحد الأقصى للتباطؤ) هو مطلب جديد نسبيًا. في الواقع ، يعد استخدام الحد الأقصى من التباطؤ مؤشرًا أفضل بكثير لخطر سقوط الراكب من الحد الأدنى لمسافة التوقف. ومع ذلك ، يبقى الحد الأدنى من متطلبات مسافة التوقف في المعايير.

بالنسبة لنظام الكبح الذكي القائم على الكهرباء ، فإن تحقيق أقصى معيار للتباطؤ أمر واضح ومباشر. نظرًا لأن نظام الكبح الذكي القائم على الكهرباء يمكنه تحقيق نفس مسافة التوقف بشكل فعال في ظل ظروف التحميل الكامل وعدم التحميل ، فمن الأنسب تحديد معيار مسافة التوقف كمسافة توقف واحدة مع تفاوت. على سبيل المثال ، يمكن القول أن النظام يمكنه تحقيق مسافة توقف تبلغ 1100 مم ± 20 مم.

نتائج الإختبار

بعد تصميم النظام وتنفيذه ، تم إجراء اختبارات الموقع الأولى في يوليو 2009. النتائج من اختبارات الوزن موضحة في الجدول 1. لكل سيناريو فرملة ، يتم عرض مسافة إيقاف الحمولة الكاملة ، وكذلك لا قيمة الحمل القصوى للتباطؤ (اختبار الوزن اللاحق).

تم قياس قيم التباطؤ القصوى باستخدام مقياس التسارع على وحدة EVA625 المصنعة بواسطة PMT (تم أخذ عينات منها عند 256 عينة لكل ثانية وتم ترشيح التمرير المنخفض عند 4 هرتز في محوري X و Z المدمجين في اتجاه السفر). تم أخذ قيم الحد الأقصى للتباطؤ الموضحة في الجدول من قراءات مقياس التسارع هذه.

بالإضافة إلى قراءة مقياس التسارع ، تم استخدام وحدة eva625 ثانية لقياس ملفات تعريف السرعة والوقت للحصول على المعلومات. تم قياس ملفات تعريف السرعة باستخدام وحدة tacho-wheel المحمولة باليد مع جهاز EVA625. وتيرة أخذ العينات لعجلة tacho-wheel هي 64 عينة لكل ثانية. تحتوي الوحدة على مرشح تمرير منخفض على متن الطائرة يبلغ 4 هرتز.

توفر ملفات تعريف وقت السرعة التي تم التقاطها من خلال استخدام عجلة tacho المحمولة يدويًا نظرة عامة جيدة على مزايا استخدام الفرامل المعتمدة على الكهرباء مقارنةً بالفرامل التقليدية. تتمتع قراءات عجلة التاكو المحمولة باليد بميزة أنها توفر قراءات مرجعية بالوقت فيما يتعلق ببدء التوقف ، على الرغم من أنها مأخوذة من الدرابزين بدلاً من النطاق التدريجي (وبالتالي توفر دقة أقل). يمكن رؤية التباين مقابل حمل ملف تعريف وقت سرعة التوقف بوضوح في الشكل 8 للفرامل المساعدة وفي الشكل 9 لفرامل التشغيل. ومع ذلك ، كما هو موضح في الشكل 10 ، هناك اختلاف طفيف جدًا في ملف تعريف وقت السرعة ومسافة التوقف في ظل ظروف تحميل مختلفة عند توقف السلم المتحرك تحت تأثير العاكس. هذه نتيجة ممتازة وتثبت استخدام محرك السرعة المتغيرة كأساس لنظام الكبح الذكي للسلالم المتحركة. مسافة التوقف في جميع ظروف التحميل حوالي 1100 مم.

ومع ذلك ، من المهم ملاحظة حدوث بعض الانزلاق في نهاية فترة فرملة العاكس عند جميع الأحمال ، كما هو موضح في الشكل 10. يتم إجراء بعض الضبط الدقيق للتخلص من هذا الانزلاق.

النتيجة المهمة من الجدول هي القيمة المنخفضة للحد الأقصى للتباطؤ مع الكبح الذكي القائم على الكهرباء (أقل من 0.5 م / ث 2). هذه أيضًا نتيجة ممتازة وتُظهر نجاح نظام الكبح الذكي القائم على الكهرباء.

أنواع التوقف

كما تمت مناقشته في الأقسام السابقة ، سوف يلجأ النظام إلى إيقاف الكبح الميكانيكي التقليدي في حالة فشل نظام الكبح الكهربائي. على سبيل المثال ، إذا تلقى العاكس تعليمات لإبطاء المصعد وإيقافه ولكنه فشل في القيام بذلك ، فسوف يتسبب النظام في تطبيق الفرامل (المكابح) الميكانيكية.

إن حقيقة أن النظام قد يلجأ ، في بعض الحالات المخطط لها أو غير المخطط لها ، إلى المكابح الميكانيكية لإيقاف السلم المتحرك ، استلزم تصنيف أنواع التوقفات التي سيتوقف المصعد بموجبها. هذه موصوفة أدناه:

• اكتب I stop: يتم إيقاف المصعد تحت تأثير العاكس. سيكون هذا هو النوع المتوقع من التوقف في ظل ظروف التوقف العادية. يمكن اعتبار هذا أيضًا نوعًا خاضعًا للرقابة من التوقف.
• التوقف من النوع الثاني: يتم إيقاف السلم المتحرك تحت تأثير فرملة التشغيل ، مع تأخير تطبيق الفرامل المساعدة. عادة ما يحدث هذا التوقف في حالة فشل نظام الكبح المعتمد على الكهرباء.
• التوقف من النوع الثالث: يتم إيقاف السلم المتحرك تحت تأثير كل من فرامل التشغيل والفرامل المساعدة (دون أي تأخير). سيحدث هذا التوقف بعد تنشيط أنواع معينة من أجهزة الأمان (على سبيل المثال ، السرعة الزائدة للنطاق التدريجي).

استنتاجات

تستخدم أنظمة الكبح الذكية القائمة على الكهرباء محرك السرعة المتغير لإبطاء السلم المتحرك وإيقافه. تتمثل الفائدة الرئيسية لأنظمة الكبح الذكية في قدرتها على تقليل أو حتى القضاء على مخاطر سقوط الركاب الناتج عن التوقفات غير المخطط لها. كما أنها توفر ميزة محتملة للتمييز في مسافة التوقف بين أنواع مختلفة من أجهزة السلامة.

تم إجراء تحليل النظام وتقييم المخاطر على نظام مكابح ذكي كهربائي عام. تم تحسين النظام تدريجياً للتخلص من أي فشل محتمل في نقطة واحدة. يحتوي النظام النهائي على ثلاثة خطوط دفاع للحماية من الإخفاقات التي تؤدي إلى وضع خطير.

تم تقييم متطلبات EN 115: 2008 مقابل نظام الكبح الذكي القائم على الكهرباء للتأكد من أنها لا تمنع استخدامها.

تم اختبار النظام النهائي في الموقع. تظهر النتائج بوضوح أن نظام الكبح الذكي القائم على الكهرباء هو حل مثالي لمعالجة الاختلاف في مسافة التوقف مع تغيرات الأحمال وتقليل مخاطر سقوط الركاب. لقد نجح النظام في القضاء على الاختلافات بين الحمل الكامل وعدم التحميل ، بالإضافة إلى تقليل الحد الأقصى لقيمة التباطؤ أثناء توقف التحميل الخفيف إلى حوالي 0.5 م / ث 2 ، وهو أقل بكثير من الحد الأقصى المسموح به لقيمة 1 م / ث 2.

يعد استخدام محرك العاكس أمرًا أساسيًا لتنفيذ أنظمة الكبح الذكية القائمة على الكهرباء. عندما يكون العاكس موجودًا بالفعل داخل نظام التحكم ، فإن التكلفة الإضافية لتنفيذ نظام الكبح الذكي القائم على الكهرباء تفوق إلى حد بعيد مزايا السلامة من حيث تقليل أو القضاء على مخاطر سقوط الركاب بسبب التوقفات غير المخطط لها.

شكر وتقدير

يقر المؤلفون بمساهمة العميل في هذا المشروع ، London Underground Ltd. ، التي دعمت هذا العمل ، و KONE Escalators UK ، التي زودت وركبت نظام الكبح الذكي القائم على الكهرباء.

---

مراجع حسابات

[1] لطفي الشريف ، "إدارة أصول سلالم الخدمة العامة" ، تكنولوجيا المصاعد 9 ، وقائع المؤتمر الدولي لتكنولوجيا المصاعد (Elevcon '98) زيورخ ، سويسرا ، أكتوبر 1998.

[2] BSI ، "BS EN-115: 2008 ، سلامة السلالم المتحركة والممرات المتحركة ، الجزء 1: البناء والتركيب." 2008.

[3] لطفي الشريف، "دراسة تجريبية للعلاقة بين راحة الركاب على السلم المتحرك المتوقف وحركة التوقف"، وقائع المؤتمر الأردني الدولي السادس للهندسة الميكانيكية (JIMEC'6)، 22 - 24 أكتوبر 2007، عمّان - الأردن.

[4] ASME ، "ASME A17.1-1993: كود الأمان للمصاعد والسلالم المتحركة ،" الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين ، 1993.

[5] لطفي الشريف ، "أنظمة الكبح الذكية لسلالم الخدمة العامة" ، وقائع المؤتمر الدولي الأول لشبكة محترفي التكنولوجيا الكهربائية (BETNET) ، BETNET 1 ، أكتوبر 2004 ، هونغ كونغ ، الصين.

[6] CEN ، "EN115 ، قواعد السلامة لبناء وتركيب السلالم المتحركة وناقلات الركاب" ، 1995.

[7] Wolfgang Stein & Reiner Ludwig "الفرامل للسلالم المتحركة والمشي المتحرك" تقرير المصعد ، السنة 29 ، العدد 1/2003.

---

تظهر هذه المقالة الخاصة بالتعليم المستمر في التركيز التربوي ، المجلد 3، والتي يمكن العثور عليها في Elevator Books