Uma proteção secundária muito importante para elevadores.

O ponto fraco do sistema de segurança do elevador e como superar suas desvantagens.

De modo geral, o sistema de segurança de elevadores é considerado muito seguro, confiável e completo, mas possui um ponto fraco. Se esse ponto falhar, o sistema pode entrar em colapso total (ELEVATOR WORLD, julho de 2011, “Como os intertravamentos das portas e os circuitos de freio dos elevadores influenciam uns aos outros e a proteção contra ciclos cruzados”). Lidar com esse ponto fraco é crucial para a segurança geral dos elevadores.

Proteção multinível e multiangular

Normalmente, utiliza-se proteção de segurança multinível em sistemas de controle de elevadores. Por exemplo, durante uma descida com excesso de velocidade, o regulador de velocidade aciona um dispositivo de segurança elétrico para interromper o elevador antes que a velocidade da cabina atinja o limite de acionamento do regulador. Se essa proteção falhar e houver aceleração adicional, o regulador de velocidade aciona um dispositivo de segurança elétrico para interromper o elevador. Se essa proteção também falhar e houver aceleração adicional, o regulador de velocidade aciona o dispositivo de segurança para interromper o elevador, travando a cabina nos trilhos-guia.

Outro exemplo é a proteção do terminal no poço. Para evitar que o elevador ultrapasse a posição normal do terminal (operação da cabina acima da posição normal do terminal), geralmente são instalados dois interruptores de segurança (ou seja, interruptores de limite e fim de curso) no poço do terminal. Mesmo em caso de falha no desligamento elétrico, os amortecedores podem proteger a cabina no final do poço. No entanto, em muitos outros exemplos de equipamentos mecânicos e elétricos, apenas um interruptor de limite é instalado para evitar a ultrapassagem do terminal.

Também utilizamos proteção de segurança multiangular no sistema de controle do elevador. Dentro desse sistema, existe uma corrente de segurança elétrica com vários interruptores de segurança, correspondentes a cada dispositivo que precisa ser protegido. Se um desses dispositivos falhar, o interruptor de segurança correspondente interromperá a corrente de segurança elétrica, paralisando o funcionamento do elevador.

O gargalo do sistema de segurança do elevador

O sistema de segurança do elevador é dividido em partes mecânica e elétrica. A parte mecânica desempenha um papel duplo: adquirir o sinal mecânico inicial correspondente e executar uma função de proteção ao final. O papel da parte elétrica também é duplo: converter o sinal mecânico inicial em um sinal elétrico através dos contatos elétricos e transmitir o sinal elétrico para o dispositivo de proteção mecânica através de um circuito elétrico. Em elevadores, os dispositivos de execução mais recentes da proteção de segurança da máquina controlados eletricamente são o motor principal e o freio (ou seja, a alimentação do motor principal e do freio seria interrompida simultaneamente para parar o elevador). O modo de controle acima é mostrado na Figura 1, onde há um problema evidente: como toda a proteção de segurança depende fundamentalmente de dois componentes básicos, se o motor ou o freio falhar, todo o sistema de proteção falhará?

Vamos analisar primeiro o motor principal. Ao acionar o sistema de segurança, o motor principal para de funcionar. Isso é feito cortando a energia do motor. Conforme ilustrado na Figura 1, o elevador possui proteção multinível e multiangular (ou seja, existem várias maneiras de interromper a corrente elétrica do motor principal; mesmo que uma das chaves de segurança falhe, outra pode efetuar a interrupção). Portanto, a falha no controle do motor principal não causará uma falha geral do sistema de segurança.

Em seguida, analisaremos o freio. Quando um elevador é parado durante a operação normal, o motor principal para primeiro e, em seguida, o freio leva a cabine à velocidade zero. Interromper a alimentação elétrica do freio não é um problema; assim como no motor, se uma chave de segurança falhar, outra assumirá a função. No entanto, isso não significa necessariamente que o freio funcionará de forma confiável. Isso ocorre porque a força eletromagnética do freio não é uma força de frenagem, mas sim uma força de liberação. A força de frenagem do freio é fornecida pelo dispositivo mecânico e, se a força de frenagem mecânica do freio não for suficiente, o motor principal e o freio não conseguirão parar o elevador, mesmo que a alimentação elétrica seja interrompida.

A cabine do elevador difere de um automóvel em uma estrada plana. Este último não possui energia potencial e, desde que o motor do automóvel pare, a máquina não se moverá após a parada (em um ambiente fechado). A cabine do elevador, por outro lado, geralmente possui energia potencial, desde que haja diferença entre o peso da cabine e o contrapeso. Portanto, quando o elevador chega a um andar e a energia do motor é interrompida, a confiabilidade da parada da cabine é totalmente garantida pela força de frenagem mecânica. Se essa força for insuficiente, pode ocorrer deslizamento dos freios, mesmo com a porta do elevador aberta. Como o deslizamento dos freios se deve à falha de um dispositivo mecânico, todo o controle de segurança elétrico (ou seja, todo o sistema conforme mostrado na Figura 1) perderá sua eficácia.

Com exceção do freio, o elevador ainda possui três dispositivos mecânicos de segurança que podem interromper seu movimento. São eles: o dispositivo de segurança, o Rope Gripper™ e o amortecedor. No entanto, a influência desses dispositivos mecânicos de segurança é muito menor do que a do freio, pois são utilizados apenas em determinadas circunstâncias. O dispositivo de segurança e o Rope Gripper são usados ​​na proteção contra sobrevelocidade, mas, devido à disposição do contrapeso e às restrições do poço, a probabilidade de excesso de velocidade é baixa, portanto, a atuação efetiva desses dispositivos é mínima. O amortecedor está localizado na extremidade do poço e sua principal função é impedir que o elevador ultrapasse essa posição. Contudo, a probabilidade de ocorrência dessa circunstância também é pequena, devido à parada do elevador, ao controle de velocidade e à forte proteção elétrica da extremidade. O freio do elevador, por outro lado, é utilizado em todas as situações de estacionamento normal e, nessas situações, se o freio falhar, podem ocorrer acidentes por cisalhamento.

O papel do freio no sistema de segurança o torna insubstituível. Quando o sistema de monitoramento de segurança detecta uma falha, o sistema de controle utiliza o freio para parar o elevador em primeiro lugar. Além disso, enquanto os freios estiverem funcionando normalmente, os demais dispositivos mecânicos de segurança não precisam atuar; ou seja, o freio pode substituir outros dispositivos mecânicos de segurança em muitas situações. No entanto, em caso de falha do freio, a substituição é difícil devido à sua importante função de segurança. A falha do freio geralmente ocorre em condições de sobrecarga. Se, durante uma sobrecarga, a força de frenagem dos componentes mecânicos for insuficiente, o elevador pode deslizar, mesmo com a porta aberta, causando um acidente por cisalhamento. Esses acidentes ocorrem em velocidades baixas e médias, onde os dispositivos de segurança e o dispositivo de retenção do cabo não conseguem atuar como proteção. O amortecedor é utilizado na extremidade do poço, mas os acidentes por cisalhamento ocorrem perto do andar, que fica distante da extremidade do poço. Portanto, o amortecedor também não consegue atuar como proteção.

Quando ocorre uma falha nos freios, todo o sistema de segurança pode falhar. Por exemplo, a proteção do intertravamento da porta exige que o sistema de controle interrompa o movimento do elevador quando a porta estiver aberta; porém, se não houver força de frenagem mecânica suficiente, o elevador ainda poderá se mover, mesmo com a porta aberta. Nesse caso, não há proteção contra a ocorrência de um acidente por cisalhamento. Portanto, o freio é um verdadeiro gargalo do sistema de segurança.

Acidentes com elevadores

O desempenho de segurança dos elevadores atuais é muito alto, devido ao desenvolvimento da tecnologia eletromecânica e à introdução da tecnologia da computação. No entanto, como as fragilidades do sistema mencionadas aqui ainda não foram solucionadas de forma definitiva, alguns acidentes graves ainda ocorrem.

Em agosto de 2011, um acidente de elevador em Xiamen, na China, ocorreu devido a uma falha no freio. Uma pessoa morreu e outra ficou ferida. Uma investigação posterior constatou que a sapata de freio não estava devidamente encaixada na superfície da roda de freio durante a frenagem. Quando o elevador parou no térreo, o freio repentinamente falhou e a cabine começou a subir devido ao peso do contrapeso. Nesse momento, uma criança saiu do elevador e foi atingida pela porta, que também subiu. O avô da criança, que estava no local, tentou resgatar o neto, mas ele caiu no fosso do elevador através da porta aberta.

Proteção secundária para o freio

Para corrigir completamente as deficiências do sistema de segurança do elevador, a função de parada do freio para velocidades baixas ou intermediárias deve possuir uma segunda proteção eletromecânica (ou seja, um segundo dispositivo de frenagem eletromecânico). Não apenas os problemas mecânicos devem ser considerados, mas também os elétricos. Isto é, inicialmente, o sistema de monitoramento deve detectar a falha do freio; caso o freio falhe, o circuito de monitoramento aciona imediatamente outro dispositivo de frenagem eletromecânico, parando o elevador a tempo, em vez do freio principal. O dispositivo de frenagem eletromecânico dessa proteção secundária deve ser completamente independente do freio do acionamento principal; ele não participa da frenagem normal para evitar desgaste e só entra em ação em caso de emergência. Embora o freio principal também possua duas partes de frenagem, e estas também sejam independentes, ambas funcionam e se desgastam simultaneamente. Quando uma parte falha, a outra geralmente falha ao mesmo tempo, portanto, não há verdadeira independência nem dupla proteção. Sendo assim, é necessário utilizar outro dispositivo de frenagem eletromecânico independente para a proteção secundária do freio.

Garra de corda elétrica aprimorada

Para evitar acidentes causados ​​por falha nos freios, pode ser necessário introduzir um dispositivo de frenagem independente para proteger o sistema. No entanto, isso não significa que um novo dispositivo de frenagem precise ser adicionado. Uma solução viável é integrar essa importante função a um dispositivo de frenagem eletromecânico já existente. Em outras palavras, podemos utilizar um dispositivo eletromecânico de retenção de cabos para realizar essa função de forma indireta. O dispositivo de retenção de cabos tem sido amplamente utilizado nos últimos anos para proteção contra excesso de velocidade em subidas. Ele também pode, contudo, solucionar o problema de deslizamento dos freios.

Existem dois tipos de dispositivos de retenção de cabos: eletromecânicos e puramente mecânicos. Ambos são acionados pelo limitador de velocidade, que ativa o interruptor elétrico do dispositivo de retenção de cabos eletromecânico e o cabo de controle do dispositivo de retenção de cabos mecânico. Somente o dispositivo de retenção de cabos eletromecânico pode realizar a proteção secundária do freio; o mecânico não pode – ele apenas fornece proteção contra excesso de velocidade ascendente. Para auxiliar o freio com um dispositivo de retenção de cabos eletromecânico, o sistema de monitoramento primeiro detectaria a falha do freio. Uma vez que o freio falhasse, o sistema de controle, por meio de um circuito paralelo, acionaria o dispositivo de retenção de cabos para parar o veículo. Embora o interruptor de verificação do dispositivo de proteção contra excesso de velocidade ascendente seja um dispositivo de segurança elétrico (geralmente um circuito de segurança elétrico em série sem equipamentos elétricos em paralelo), o interruptor de partida do dispositivo de retenção de cabos não é um dispositivo de segurança elétrico. Para atender a requisitos de controle específicos, um circuito paralelo a ele seria permitido.

Circuito de controle de proteção específico para freio

O dispositivo de proteção secundária Rope Gripper para o freio só é utilizado quando o veículo sai da zona de destravamento com as portas abertas. No entanto, a frenagem do Rope Gripper geralmente se dá pelo movimento do cabo de tração. Isso desgasta não apenas o Rope Gripper, mas também o próprio cabo de tração. Portanto, o Rope Gripper deve ser utilizado o mínimo possível. O dispositivo não inicia a frenagem nas seguintes situações:

Se o freio apresentar algum deslizamento descontrolado, mas esse deslizamento não ultrapassar a zona de segurança em que o acidente por cisalhamento não pode ocorrer,

Quando o deslizamento ultrapassa a área de segurança, mas as portas do elevador estão fechadas (o deslizamento da cabina com a porta do elevador fechada não apresenta risco de acidente por cisalhamento, portanto, o dispositivo de retenção de cabo não precisa atuar nessa situação. Se o deslizamento continuar causando aumento de velocidade e atingir o terminal do poço, o equipamento de segurança e o amortecedor podem ser usados ​​para proteção).

No modo de inspeção, o dispositivo de fixação de corda não participa da proteção contra frenagem, pois a inspeção exige a abertura da porta em qualquer ponto, inclusive além da zona de destravamento (este é um estado de funcionamento normal, não um estado de falha).

A Figura 2 mostra um circuito de controle de proteção secundária do freio. A linha superior representa o controle de intertravamento das portas. “J” é o relé de intertravamento das portas do veículo; “KM” é o relé de porta aberta; “CRIR” é o relé de inspeção do teto do veículo; “CIR” é o relé de inspeção do veículo; “ALR” e “BLR” são os relés de nivelamento superior e inferior, respectivamente; “B1” e “B2” são os relés do circuito de freio; “T11” e “T21” são os contatos elétricos das portas ativas e passivas de um andar, respectivamente; “T1” é um relé de porta ativa do andar controlado por todos os contatos de porta ativa do andar em um circuito em série; e “T2” é um relé de porta passiva do andar controlado por todos os contatos de porta passiva do andar em um circuito em série. “MS” é o relé de intertravamento das portas controlado por todos os contatos de intertravamento das portas em um circuito em série. Em controladores programáveis ​​e placas de computador, relés como “T1”, “T2” e “MS” podem ser configurados por software (ou seja, podem ser subjuntivos). Após o fechamento de todas as portas, “MS” é conectado e seu contato normalmente aberto (“MS2”) é conectado, com seu contato normalmente fechado (“MS1” e “MS3”) desconectado, ou então “MS” é desconectado e seu contato normalmente aberto é desconectado, com seu contato normalmente fechado conectado.

Na Figura 2, “T” representa um relé temporizador. O objetivo de usar um temporizador é evitar proteções desnecessárias. Contanto que o sistema de controle possa retornar automaticamente ao estado normal ou ser protegido por outros meios em um curto período, o dispositivo de retenção do cabo não participa da frenagem. O relé temporizador inicia a contagem do tempo quando a cabina sai da zona de destravamento com a porta aberta. Isso pode ocorrer em dois casos. Primeiro, o elevador pode sair da zona de destravamento com a porta aberta enquanto o motor está ligado. Alguns elevadores possuem uma função de renivelamento: enquanto o elevador se desloca automaticamente para a zona de nivelamento, o dispositivo de retenção do cabo não participa da frenagem. O segundo caso pode ocorrer quando o elevador sai da zona de destravamento com a porta aberta após o motor ter perdido energia. Nesse caso, se o elevador não se renivelar em um curto período, o dispositivo de retenção do cabo se preparará para a frenagem, pois, nesse momento, o freio pode estar em estado de deslizamento. Independentemente da causa, desde que o carro saia da zona de destravamento (quando o indutor de nivelamento de contato normalmente fechado “LI1” está conectado) e a porta do elevador não feche (quando o contato normalmente fechado “MS1” está conectado), “T” inicia a contagem do tempo (quando “T” está conectado). A zona de destravamento corresponde a um comprimento da palheta da porta aproximadamente igual ao comprimento da placa de segregação na Figura 2. Portanto, a saída de “LI” da placa de segregação seria considerada como a saída do elevador da zona de destravamento.

Em alguns casos, o fato de o elevador sair da zona de destravamento com a porta aberta não representa uma falha nos freios, mas sim um curto-circuito no circuito de intertravamento da porta ou no circuito de freio. Nesse momento, desde que haja um circuito de detecção e ele tenha identificado o curto-circuito, o sistema de controle pode acionar o freio à força para interromper o movimento. Para evitar o risco de falha nos freios, esse estado deve ser monitorado (ou seja, se o freio falhar durante a proteção, o sistema de controle acionará imediatamente o dispositivo de retenção do cabo). O “MBF” na Figura 2 é usado para testar se o circuito de intertravamento da porta ou o circuito de freio entrou em curto. Após o elevador ser estacionado em um andar e sua porta ser aberta, desde que o circuito de intertravamento da porta ou o circuito de freio tenha entrado em curto (parcialmente), o “MBF” não poderá ser conectado e o relé de segurança da cadeia elétrica (“SCR”) poderá ser interrompido. Se o circuito de intertravamento da porta ou o circuito de freio não entrar em curto, mas a porta do elevador abrir fora da zona de destravamento (ou seja, os contatos normalmente abertos “LI2” e “MS2” estiverem desconectados simultaneamente), o SCR também poderá ser interrompido imediatamente. Os contatos “SCS1” a “SCSN” são os contatos da cadeia de segurança elétrica geral que interrompiam o SCR no método original após a falha do componente de segurança correspondente. Quando o SCR se rompe, seus contatos devem controlar diretamente o motor principal e o freio para interromper o funcionamento.

Se o deslizamento não puder ser interrompido após a ruptura da corrente de segurança elétrica e continuar aumentando até que os indutores de nivelamento superior e inferior (“ALI” e “BLI”, respectivamente) saiam da placa de segregação e, ao mesmo tempo, a porta do elevador for aberta ou o circuito de intertravamento da porta ou do freio entrar em curto-circuito, é provável que ocorram acidentes por cisalhamento. Nesse momento, o sistema de controle deve estar pronto para acionar o dispositivo de fixação do cabo através de seu interruptor de proteção contra sobrevelocidade ascendente (“UOP”) em circuito paralelo. Qualquer “ALI” ou “BLI” na placa de segregação é equivalente ao comprimento da placa. Somando-se o comprimento entre “ALI” e “BLI”, essa área é muito maior que a zona de destravamento. Se a cabina ultrapassar essa área com a porta aberta e não retornar a ela quando o atraso “T” terminar, o sistema de controle aciona imediatamente o dispositivo de fixação do cabo. Seu circuito de proteção secundário está em paralelo com o contato de partida de sua proteção contra sobrevelocidade ascendente; ou seja, seu circuito de proteção secundário não afetará a proteção original contra sobrevelocidade ascendente do dispositivo. O contato “JDJ2” no circuito do relé do prendedor de corda (“RGR”) é o contato do relé de inspeção do teto do veículo. No modo de inspeção, esse contato normalmente fechado se desconecta para proteger o sistema de segurança secundário do prendedor de corda.

Conclusão

A falha por deslizamento dos freios com a porta aberta é completamente diferente da falha por excesso de velocidade ascendente, não apenas na probabilidade de ocorrência, mas também no grau de dano potencial – ambos são muito maiores do que no caso de excesso de velocidade ascendente. Portanto, se o Rope Gripper puder executar a proteção secundária de frenagem além da proteção original contra excesso de velocidade ascendente, seu valor adicional será muito maior.

Nem todos os dispositivos de segurança mecânicos necessitam de proteção secundária, mas a proteção secundária para o freio é imprescindível. Comparado a outros dispositivos de segurança mecânicos, o freio apresenta três características principais: 1) a frequência de uso do freio é alta, e a possibilidade de falha é muito maior do que a de outros dispositivos de segurança mecânicos devido ao desgaste excessivo; 2) a falha do freio geralmente resulta em deslizamento com a porta aberta, sendo o perigo subsequente muito maior do que o de outros dispositivos de segurança mecânicos; e 3) a falha do freio pode comprometer a eficácia de todos os dispositivos de segurança elétricos. Portanto, o uso de um dispositivo elétrico de retenção de cabo para proteção secundária do freio é necessário. Caso contrário, o sistema de proteção de segurança do elevador não poderá ser considerado completo.