擦窗機(jī)用后備制動(dòng)器自動(dòng)檢測(cè)裝置的開(kāi)發(fā)

奚鐸聞/XI Duowen

（上海市建設(shè)機(jī)械檢測(cè)中心有限公司，上海 200233）

擦窗機(jī)是一種懸掛裝置架設(shè)于建筑物或構(gòu)筑物上，通過(guò)起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩平臺(tái)，沿立面上下運(yùn)行的建筑物維護(hù)設(shè)備[1]。而擦窗機(jī)的后備制動(dòng)器安裝在設(shè)備提升機(jī)構(gòu)的卷筒輸出軸上，作為對(duì)起升機(jī)構(gòu)提供二重保護(hù)的安全設(shè)施，這種安全設(shè)施同樣也應(yīng)用于高處作業(yè)吊籃[2]。

為確保后備制動(dòng)器能正常工作，需要定期檢測(cè)其制動(dòng)性能。在檢測(cè)過(guò)程中，后備制動(dòng)器的檢測(cè)設(shè)備起到了重要的作用。而現(xiàn)有的后備制動(dòng)器檢測(cè)設(shè)備主要由國(guó)外進(jìn)口，在國(guó)內(nèi)的相關(guān)領(lǐng)域，尚未有設(shè)計(jì)專利出現(xiàn)。本文將針對(duì)此問(wèn)題，提出一個(gè)詳細(xì)的后備制動(dòng)器檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)方案。

本文利用后備制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，設(shè)計(jì)了一種擦窗機(jī)用后備制動(dòng)器的檢測(cè)裝置，并配套的設(shè)計(jì)了這套裝置的操作方法。

1 后備制動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析

普英特高層設(shè)備有限公司通過(guò)分析后備制動(dòng)器的設(shè)計(jì)原理，比對(duì)現(xiàn)有各類后備制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種全新的后備制動(dòng)設(shè)計(jì)方案[3]。

圖1 為該后備制動(dòng)器的工作原理圖。當(dāng)內(nèi)棘輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于滾柱脫離，使得內(nèi)棘輪能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)提升功能。而當(dāng)內(nèi)棘輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將帶動(dòng)制動(dòng)圈一起旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生由力矩限制器控制的阻力矩，使得整個(gè)制動(dòng)器的阻力矩大于制動(dòng)載荷的動(dòng)力矩，從而產(chǎn)生機(jī)械制動(dòng)。

圖1 后備制動(dòng)器原理圖

因此，當(dāng)棘輪在卷筒輸出軸上固定后，若轉(zhuǎn)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后，棘輪將會(huì)自動(dòng)與制動(dòng)圈抱死，形成機(jī)械制動(dòng)。

2 檢測(cè)裝置的開(kāi)發(fā)

如后備制動(dòng)器是設(shè)備的一部分，應(yīng)將后備制動(dòng)器安裝在整個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)。如該試驗(yàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，則應(yīng)在一試驗(yàn)裝置上進(jìn)行。

后備制動(dòng)器作為擦窗機(jī)的一部分，本應(yīng)通過(guò)設(shè)備的帶載運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)其制動(dòng)功能。然而，擦窗機(jī)本體通常不具備自檢測(cè)后備制動(dòng)器制動(dòng)性能的能力，必須使用專用的檢測(cè)設(shè)備，才能評(píng)估其安全性能。

因此，開(kāi)發(fā)了如圖2 所示的擦窗機(jī)用后備制動(dòng)器檢測(cè)裝置。該裝置由提升制動(dòng)系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、機(jī)架系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)4 個(gè)子系統(tǒng)組成。

圖2 后備制動(dòng)器檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖

4 個(gè)子系統(tǒng)中，機(jī)架系統(tǒng)位于裝置的底部，用于支撐其他所有系統(tǒng)。加載系統(tǒng)安裝在機(jī)架內(nèi)的導(dǎo)桿上，用于裝載試驗(yàn)載荷。提升制動(dòng)系統(tǒng)安裝在機(jī)架頂部平臺(tái)上，用于提升載荷，并在需要時(shí)進(jìn)行制動(dòng)。電氣系統(tǒng)分布在檢測(cè)裝置中，由所有的電氣設(shè)備組成，以電力驅(qū)動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢測(cè)裝置的自動(dòng)化運(yùn)行。

該裝置的工作原理是，當(dāng)提升制動(dòng)系統(tǒng)將加載系統(tǒng)提升到待測(cè)位置，并用制動(dòng)器使加載系統(tǒng)保持靜止后，手動(dòng)釋放制動(dòng)器，使加載系統(tǒng)在重力的作用下下落，以此模擬平臺(tái)在緊急情況下下落的場(chǎng)景。此時(shí)，后備制動(dòng)器應(yīng)開(kāi)始制動(dòng)，使加載系統(tǒng)停止下落，重新回復(fù)靜止?fàn)顟B(tài)。根據(jù)制動(dòng)過(guò)程中檢測(cè)出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，檢測(cè)裝置將自動(dòng)判斷出試驗(yàn)的成功與否。

檢測(cè)裝置各系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和功能如下。

2.1 提升制動(dòng)系統(tǒng)

提升制動(dòng)系統(tǒng)以電機(jī)作為動(dòng)力源，通過(guò)聯(lián)軸器，驅(qū)動(dòng)架在2 個(gè)軸承座上的卷筒軸，卷筒軸上裝有卷筒，而鋼絲繩纏繞在卷筒上。該系統(tǒng)的電氣制動(dòng)功能，由電磁制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)；機(jī)械制動(dòng)功能，則由被測(cè)的后備制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。制動(dòng)時(shí)，由鋼絲繩向下方的載荷傳遞制動(dòng)力，而拉力傳感器則可以精確的檢測(cè)出制動(dòng)力的大?。▓D3）。

圖3 提升制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 加載系統(tǒng)

加載系統(tǒng)包括框架、載荷和直線軸承。所有載荷安裝在框架內(nèi)，載荷采用分體式設(shè)計(jì)，由數(shù)塊配重塊組成，可根據(jù)試驗(yàn)載重要求，來(lái)調(diào)節(jié)安裝的數(shù)量。吊點(diǎn)位于框架頂部，用于將框架固定在鋼絲繩上；框架的上下2 個(gè)平面，裝有4 個(gè)引導(dǎo)加載系統(tǒng)沿導(dǎo)桿上下滑動(dòng)的直線軸承（圖4）。

圖4 加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 機(jī)架系統(tǒng)

機(jī)架系統(tǒng)的主體是機(jī)架，其頂部裝有檢測(cè)制動(dòng)距離的位移傳感器，底部裝有用于隔離檢測(cè)裝置與外界振動(dòng)的墊鐵，側(cè)面裝有檢測(cè)系統(tǒng)控制柜，用于容納電控系統(tǒng)中的低壓電器（圖5）。

圖5 機(jī)架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

機(jī)架的內(nèi)部裝有引導(dǎo)加載系統(tǒng)上下活動(dòng)的2個(gè)導(dǎo)桿，導(dǎo)桿上印制有公制的長(zhǎng)度單位標(biāo)識(shí)，能連同位移傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)距離檢測(cè)數(shù)據(jù)的雙重確認(rèn)。機(jī)架內(nèi)側(cè)的底部，還裝有減輕加載系統(tǒng)下落時(shí)，與機(jī)架碰撞力度的減震彈簧。

2.4 電氣系統(tǒng)

如圖6 所示，檢測(cè)系統(tǒng)控制柜通過(guò)主電源獲得380V 交流電后，通過(guò)分線、變壓的方式，分別將380V 交流電輸送到電機(jī)和制動(dòng)器，而將12V 直流電輸送給位移傳感器和壓力傳感器。

圖6 系統(tǒng)框圖

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，需要將所有電氣設(shè)備接入同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在該網(wǎng)絡(luò)中，PLC 的通信模塊通過(guò)交換機(jī)與觸摸屏連接，以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)裝置與操作者間的人機(jī)交互；而PLC 的輸出模塊則通過(guò)端子臺(tái)與電機(jī)、制動(dòng)器等電氣設(shè)備連接，以控制這些設(shè)備有序的自動(dòng)運(yùn)行，控制程序的流程圖可參考圖7。

圖7 后備制動(dòng)器制動(dòng)性能檢測(cè)試驗(yàn)的流程圖

3 制動(dòng)性能檢測(cè)試驗(yàn)的方法

后備制動(dòng)器制動(dòng)性能檢測(cè)試驗(yàn)中，應(yīng)遵循的試驗(yàn)規(guī)則主要為：制動(dòng)試驗(yàn)的制動(dòng)距離均應(yīng)小于500mm，沖擊載荷系數(shù)均應(yīng)小于3，且累計(jì)有效試驗(yàn)次數(shù)至少為3 次。試驗(yàn)裝置的使用方法如下。

1）檢查試驗(yàn)裝置無(wú)損壞且已斷電后，正確安裝試驗(yàn)載荷及待測(cè)的后備制動(dòng)器，保證載荷與后備制動(dòng)器在試驗(yàn)裝置上連接牢固，無(wú)松動(dòng)。

2）檢查試驗(yàn)裝置的電源正確連接后，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，檢查試驗(yàn)裝置通電后的狀況。

3）在觸摸屏上完成試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，即可開(kāi)始試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如圖7。

4）待試驗(yàn)結(jié)束后，觀察試驗(yàn)的成功與否，并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

5）關(guān)機(jī)并斷開(kāi)電源，拆除試驗(yàn)載荷及被測(cè)的后備制動(dòng)器，對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行清潔后妥善保存。

4 結(jié)語(yǔ)

采用模塊化設(shè)計(jì)方法，將后備制動(dòng)器檢測(cè)裝置分為4 個(gè)子系統(tǒng)。其中，3 個(gè)機(jī)械系統(tǒng)分別用于實(shí)現(xiàn)支撐、添加載荷和提升制動(dòng)的3 種功能，而電氣系統(tǒng)則能夠?qū)⒄麄€(gè)檢測(cè)裝置的電氣設(shè)備接入同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，用PLC 進(jìn)行編程控制，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)作業(yè)的自動(dòng)化。

本文開(kāi)發(fā)的檢測(cè)裝置，可有效降低后備制動(dòng)器性能檢測(cè)工作的強(qiáng)度，提升檢測(cè)工作的效率，提升高處作業(yè)吊籃及類似的高空作業(yè)設(shè)備的安全性能。