采用动态制动的闭环变速驱动系统，通过消除制动器磨损、缓和减速和冲击曲线，显著降低自动扶梯坠落事故的发生率。该系统能够根据客流量调节速度，并在人工智能检测到平台拥堵或易受伤害的乘客时减速。当踏板与裙板之间的受力间隙限制和踏板/裙板性能指标得到维持，且裙板障碍装置、踏板上推力和踏板高度检测器在自动扶梯与梳齿板碰撞前停止运行时，夹伤事故的发生频率和严重程度都会降低。ASME A17.1:2022 对减速度、速度和倾斜度的限制比 BS EN 115-1 更为严格；将其相关章节纳入 BS EN 115-1 将显著降低事故发生率和伤害程度。
作者深入研究了这些技术及其工作原理。
本文于 15 年 2024 月在第 XNUMX 届电梯和自动扶梯技术研讨会上首次发表，并于 电梯和自动扶梯图书馆.
关键词： 自动扶梯、事故、坠落、困住、技术
抽象
变频驱动器等新技术可大大提高自动扶梯乘客的安全性。本文将介绍这些技术及其工作原理。
此外，还探索了 ASME A17.1 规范所要求但 BS EN 115 未要求的现有设备和程序，这些设备和程序可以大大降低发生夹带的频率以及夹带造成的危害的严重程度。
1. 引言
自动扶梯上经常发生事故。[1] 这些事故通常会导致乘客受伤。 虽然大多数伤害都是轻伤，但也有严重伤害。 有些伤害会改变生活，有时甚至会夺去生命。
大多数事故可分为以下两类：[1]
- 下降
- 陷阱
我们将对这两类事件进行解释，并说明如何通过应用新技术显著降低这两类事件发生的概率和危害的严重程度。
2. 事故类型
2.1 瀑布
乘客跌倒最常发生在乘坐自动扶梯时。从步行到站在自动扶梯台阶上的过程可能很困难，尤其是对于老年乘客而言。[2]
当梯级从水平变为倾斜时，也可能发生跌倒。在这种转变过程中，脚放在多个梯级上的乘客可能会跌倒。此外，如果乘客正在运送行李，行李的移动可能会导致乘客跌倒。在乘客经常携带行李上自动扶梯的地方，例如机场或交通中心，大多数自动扶梯跌倒都与行李有关。[1]
大多数自动扶梯坠落事故的发生者年龄都在 65 岁以上。[2] 这是由于认知能力的下降。[2]
机场自动扶梯坠落事故中，大多数都是女性。这使得老年女性成为高危人群。[1]
2.2 陷阱
陷阱有多种形式，例如：
- 无伤害。无伤害夹伤可能涉及鞋带或其他衣物被夹伤。
- 轻伤。轻伤通常涉及身体某部分被卡住，但自动扶梯会在身体某部分撞击梳板之前停止。
- 重伤。这些伤害通常始于轻伤夹伤，沿着自动扶梯继续发展，直到身体部位撞到梳板，造成改变人生的伤害。注意：改变人生的伤害可能涉及截肢或永久性功能障碍。
- 致命伤害。一种非常罕见的被困形式，由自动扶梯导致严重挤压或截肢。
3. 风险评估与降低
风险评估包括评估对人员、财产或环境造成危害的危险，并确定其发生的概率以及有害事件造成的危害的严重程度。
降低风险包括减少：
- 发生概率
- 损害的严重程度
- 发生的概率和损害的严重程度
ISO 14798 2009-03-01 电梯、自动扶梯和自动人行道 - 风险评估和降低方法，是描述如何评估电梯行业危险的标准。[3]
通过应用新技术并采用 ASME A17.1 规范所要求而 BS EN 115-1 未要求的实践，可以减少坠落和夹伤的危害。[4,5]
4. 减少跌倒
4.1 变速驱动器
变速驱动器可以减少跌倒，原因如下：
- 刹车故障
- 急停
- 拥塞
- 登机和下车
- 速度
刹车故障： 制动失灵是指在紧急事件导致制动器启动并切断电机电源后，机械制动器无法使梯级带停止。当满载的自动扶梯在下行时紧急停止时，就会发生这种情况。结果就是自动扶梯的下层平台堆满了人。
自动扶梯制动系统的最大减速率由 BS EN 115 定义为 1.0 m/s2 和 0.91 米/秒2 符合 ASME A17.1。[5,4]
同一机械制动器必须能够以相同的最大减速率使满载的自动扶梯在上下方向上停止。制动器必须消耗移动负载的动能和下行负载的势能变化。
每次使用制动器时，机械制动器都会损失一些摩擦材料。要停止使用自动扶梯，可能会使用停止按钮代替开/关开关，从而导致制动器磨损。
高度超过6米的自动扶梯在大多数情况下必须安装辅助制动器，以降低发生制动器失灵的概率。[4,5]
使用驱动电机和变速驱动器的动态制动可以使自动扶梯完全电动停止。然后机械制动器用作保持制动器。此操作不会磨损制动衬块或制动蹄。
如果自动扶梯配备了动态制动系统，则 ASME A17.1 规范并不要求在上升高度超过 6 米时使用辅助制动器。[4]
紧急停车： 当使用机械制动导致自动扶梯梯级带以较高的冲击和减速度停止时，就会发生急停。这些较高的减速度可能是由自动扶梯负载和制动调节共同导致的。
突然停车通常会导致乘客沿着自动扶梯运行方向摔倒。如果自动扶梯向下运行，一个人摔倒在前面的乘客身上可能会引发“多米诺骨牌效应”，导致多人摔倒。
动态制动系统使用闭环控制系统来提供不受负载或制动调节影响的减速和冲击率曲线。加速度率通常可以设置在代码要求的最大值以下。有关更多详细信息，请参阅 ASME A17.1 图 I-15，自动扶梯/自动人行道动态制动逻辑。
拥塞： 乘客下梯后，会停留在梯子前方，而不是继续前行，导致梯子出口处出现拥堵。这种情况通常发生在乘客停下来查看手机信息时。
这种拥堵可能会导致试图走出自动扶梯的乘客与其他乘客相撞、摔倒甚至受伤。
AI 模式识别设备可以检测拥堵情况，并让变速驱动器减慢自动扶梯的速度，以降低自动扶梯末端的到达率。AI 设备还可以在自动扶梯末端发出声音警报通知。人们可能会认为这是“自动扶梯轻推”。
登机和下机：许多跌倒事件都发生在登机和下机过程中，因为在自动扶梯上从行走到站立以及从站在台阶上到再次行走需要额外的努力。[2]
速度： 一项针对广州地铁伤害事故原因的研究发现，大多数坠落事故发生在早高峰结束和晚高峰开始之间。[6] 乍一看，这似乎有悖常理。然而，这是老年退休乘客和有孩子的无业母亲使用地铁的时间段。该研究建议在这段客流量较少的时段放慢自动扶梯的速度，以便让年纪较大、行动不便的乘客和那些分心照顾孩子的乘客有更多时间上车。当人工智能检测到需要放慢速度的乘客时，也可以降低速度。
使用变速驱动器调节自动扶梯的速度很容易实现。此外，这种方法不会对交通处理产生负面影响，对能源使用和设备寿命也产生轻微的积极影响。
4.2 ASME A17.1 和 BS EN 115-1 规范要求
减速率： 制动时所需的最大减速度：
BS EN 115-1：1.0 米/秒2
ASME A17.1：0.91米/秒2
减速率越低，发生跌倒的可能性就越小。
速度： 倾斜度为 30⁰ 的自动扶梯允许的最大梯级速度：
BS EN 115-1：0.75 米/秒
ASME A17.1：0.5米/秒
速度越快，从步行到乘车的过渡就越困难，尤其是对于年长的乘客而言。速度越快，摔倒的几率就越大。
倾斜角度： 允许的最大倾斜角度为：
BS EN 115-1: 35⁰
ASME A17.1: 30⁰
5. 陷阱
5.1 降低发生概率
研究发现，发生台阶/裙边夹伤的概率与裙边/台阶间隙的大小以及鞋子在裙板上滑动的摩擦系数成正比。[7] 间隙和摩擦系数这两个因素是相加的。
该指数由咨询公司 Arthur D. Little 开发，[8] 结合了这两个因素。当安装了裙边导流板时，该指数的最大值为 0.25。大量测试表明，当指数值保持在 0.25 以下时，台阶/裙边卡住的发生概率会显著降低。
ASME 规范建议每年对该指数进行测试，调整间隙并重新打磨裙部表面，以使该指数保持在 0.25 以下。[4]
5.2 降低损害的严重程度
步骤指导： BS EN 115 允许台阶两侧与裙边之间的最大间隙为 4 毫米，台阶两侧的总间隙合计为 7 毫米。[5] 这些间隙是静态测量的。
可以强制台阶稍微左右移动。台阶可以在所谓的“台阶死区”内移动。静态间隙测量不考虑台阶死区。
裙板并非完全刚性。当对裙板施加力时，裙板会发生偏转。
ASME A17.1-2022 规定，当在裙板和台阶之间施加 5 N 的力时，台阶和裙板之间的最大间隙不得超过 110 毫米。这种测量称为“负载间隙”测量。[4] 与 BS EN 115 要求的测量相比，这是一种更严格的测量，因为它既考虑了台阶进入死区的移动，也考虑了裙板的挠度。
裙边阻隔装置： ASME A17.1-2022 规范第 6.1.6.3.6 节要求安装裙边阻隔装置。[4] 这些装置是位于台阶接近梳板时变平坦点的开关。
如果这些开关检测到脚或手等物体被夹在梯级和侧裙之间，它们会在物体撞击梳板之前使自动扶梯停止。发生夹伤时，如果自动扶梯在被夹住的手或脚撞击梳板之前停止，伤害通常较小。但是，如果手或脚撞击梳板，伤害通常会改变生命。具有动态制动的变速驱动器可以产生必要的最小减速率，以便在被夹住的手或脚撞击梳板之前使梯级带停止。
《香港升降机及自动梯设计及构造守则》2021 年版 E 节第 4 部分 5.5.3.4e 条要求安装类似的部件，称为检测装置。[9] 该规范还要求在自动梯的倾斜部分安装检测装置。
BS EN 115-1 标准不要求裙边阻挡装置。[5]
阶梯式上推装置：ASME A17.1-2022 规范第 6.1.6.3.9 节要求安装阶梯式上推装置。[4]
当某个物体（例如鞋子或靴子）卡在台阶和相邻的台阶立板之间时，该物体会导致其中一个台阶升高到其正常位置以上，或者导致其中一个台阶被迫低于其正常位置。
梯级上推装置是一种开关，可在升起的梯级和被困物体撞击梳板之前使自动扶梯停止。与裙边/侧梯级夹伤一样，在物体、鞋子或身体部位撞击梳板之前停止自动扶梯可降低伤害的严重程度。
BS EN 115-1 不要求阶梯式上推装置。[5]
BS EN 115 和 ASME A17.1 均要求配备踏步水平装置，即当梯级因夹伤而被迫向下时，使自动扶梯停止的开关。[4,5]
梯级调平装置和梯级上推装置均可防止移位的梯级与梳板相撞。这种碰撞通常称为“梯级堆积”，会对自动扶梯造成相当大的损坏，并经常导致乘客受伤。
6。 结论
通过为自动扶梯配备闭环变速驱动器并采用 ASME A17.1:2022 规范的部分内容，可以降低自动扶梯事故发生的频率和危害的严重程度。
闭环变速驱动器应执行以下功能：
- 动态制动
- 根据交通水平调整速度
- 发生着陆拥堵时减速
ASME A17.1：2022 规范的以下部分应纳入 BS EN 115-1 标准：
- 6.1.3.3.5 裙边与踏步间的承载间隙
- 6.1.3.3.9 台阶/裙边性能指标
- 6.1.6.3.6 自动扶梯裙板阻隔装置
- 6.1.6.3.9 阶梯式上推装置
- 6.1.4.1 速度限制
- 6.1.5.3.1.c 自动扶梯驱动机制动器
- 6.1.3.1 倾斜角
案例
[1] Hunter-Zaworski, K.，& Hunter-Zaworski, K. (2020)。自动扶梯坠落。华盛顿特区：美国国家科学、工程和医学院
[2] Beards, P.、Hunt, R.、Dicks, M. 和 Rigby, N. (2020)。自动扶梯共享研究项目报告。健康与安全执行局/朴茨茅斯大学。
[3] 英国标准协会。(2013)。BS EN ISO 14798:2013 电梯、自动扶梯和自动人行道——风险评估和降低方法。英国标准有限公司。
[4] 美国机械工程师学会，（2022），电梯和自动扶梯安全规范 A17.1/CSA B44
[5] 英国标准协会。（2017 年）。BS EN 115-1:2017 自动扶梯和自动人行道安全第 1 部分：建造和安装。BSI 标准有限公司。
[6] Xing, Y., Chen, SZ & Lu, J. (2020). 基于贝叶斯网络的地铁站自动扶梯相关伤害影响因素分析：以中国为例。国际环境研究与公共健康杂志。doi:10.3390/ijerph17020481。
[7] 史密斯（Smith），K.（2019 年 XNUMX 月）。 台阶/裙子性能指标测试。《电梯世界》，第 63-68 页。9 年 2024 月 2019 日检索自 elevatorbooks.com/wp-content/uploads/12/1219/EWXNUMX.pdf
[8] Arthur D. Little。（4 年 2024 月 XNUMX 日）。Arthur D. Little。摘自 adlittle.com/en/about
[9] 机电工程署。（2021 年）。《升降机及自动扶梯设计及建造实务守则》。香港：香港政府机电工程署。
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