擦窗機用后備制動器自動檢測裝置的開發

奚鐸聞/XI Duowen

（上海市建設機械檢測中心有限公司，上海 200233）

擦窗機是一種懸掛裝置架設于建筑物或構筑物上，通過起升機構驅動鋼絲繩平臺，沿立面上下運行的建筑物維護設備[1]。而擦窗機的后備制動器安裝在設備提升機構的卷筒輸出軸上，作為對起升機構提供二重保護的安全設施，這種安全設施同樣也應用于高處作業吊籃[2]。

為確保后備制動器能正常工作，需要定期檢測其制動性能。在檢測過程中，后備制動器的檢測設備起到了重要的作用。而現有的后備制動器檢測設備主要由國外進口，在國內的相關領域，尚未有設計專利出現。本文將針對此問題，提出一個詳細的后備制動器檢測設備設計方案。

本文利用后備制動器的結構特點，以國家標準為準繩，設計了一種擦窗機用后備制動器的檢測裝置，并配套的設計了這套裝置的操作方法。

1 后備制動器結構分析

普英特高層設備有限公司通過分析后備制動器的設計原理，比對現有各類后備制動器的優缺點，提出了一種全新的后備制動設計方案[3]。

圖1 為該后備制動器的工作原理圖。當內棘輪逆時針轉動時，由于滾柱脫離，使得內棘輪能自由轉動，實現提升功能。而當內棘輪順時針轉動時，將帶動制動圈一起旋轉，產生由力矩限制器控制的阻力矩，使得整個制動器的阻力矩大于制動載荷的動力矩，從而產生機械制動。

圖1 后備制動器原理圖

因此，當棘輪在卷筒輸出軸上固定后，若轉軸順時針轉動，在轉速達到一定值后，棘輪將會自動與制動圈抱死，形成機械制動。

2 檢測裝置的開發

如后備制動器是設備的一部分，應將后備制動器安裝在整個系統中進行試驗。如該試驗無法實現，則應在一試驗裝置上進行。

后備制動器作為擦窗機的一部分，本應通過設備的帶載運行來實現其制動功能。然而，擦窗機本體通常不具備自檢測后備制動器制動性能的能力，必須使用專用的檢測設備，才能評估其安全性能。

因此，開發了如圖2 所示的擦窗機用后備制動器檢測裝置。該裝置由提升制動系統、加載系統、機架系統和電氣系統4 個子系統組成。

圖2 后備制動器檢測裝置結構圖

4 個子系統中，機架系統位于裝置的底部，用于支撐其他所有系統。加載系統安裝在機架內的導桿上，用于裝載試驗載荷。提升制動系統安裝在機架頂部平臺上，用于提升載荷，并在需要時進行制動。電氣系統分布在檢測裝置中，由所有的電氣設備組成，以電力驅動的方式，實現整個檢測裝置的自動化運行。

該裝置的工作原理是，當提升制動系統將加載系統提升到待測位置，并用制動器使加載系統保持靜止后，手動釋放制動器，使加載系統在重力的作用下下落，以此模擬平臺在緊急情況下下落的場景。此時，后備制動器應開始制動，使加載系統停止下落，重新回復靜止狀態。根據制動過程中檢測出的試驗數據，檢測裝置將自動判斷出試驗的成功與否。

檢測裝置各系統的具體結構和功能如下。

2.1 提升制動系統

提升制動系統以電機作為動力源，通過聯軸器，驅動架在2 個軸承座上的卷筒軸，卷筒軸上裝有卷筒，而鋼絲繩纏繞在卷筒上。該系統的電氣制動功能，由電磁制動器實現；機械制動功能，則由被測的后備制動器實現。制動時，由鋼絲繩向下方的載荷傳遞制動力，而拉力傳感器則可以精確的檢測出制動力的大?。▓D3）。

圖3 提升制動系統結構圖

2.2 加載系統

加載系統包括框架、載荷和直線軸承。所有載荷安裝在框架內，載荷采用分體式設計，由數塊配重塊組成，可根據試驗載重要求，來調節安裝的數量。吊點位于框架頂部，用于將框架固定在鋼絲繩上；框架的上下2 個平面，裝有4 個引導加載系統沿導桿上下滑動的直線軸承（圖4）。

圖4 加載系統結構圖

2.3 機架系統

機架系統的主體是機架，其頂部裝有檢測制動距離的位移傳感器，底部裝有用于隔離檢測裝置與外界振動的墊鐵，側面裝有檢測系統控制柜，用于容納電控系統中的低壓電器（圖5）。

圖5 機架系統結構圖

機架的內部裝有引導加載系統上下活動的2個導桿，導桿上印制有公制的長度單位標識，能連同位移傳感器，實現對制動距離檢測數據的雙重確認。機架內側的底部，還裝有減輕加載系統下落時，與機架碰撞力度的減震彈簧。

2.4 電氣系統

如圖6 所示，檢測系統控制柜通過主電源獲得380V 交流電后，通過分線、變壓的方式，分別將380V 交流電輸送到電機和制動器，而將12V 直流電輸送給位移傳感器和壓力傳感器。

圖6 系統框圖

為了實現自動運行，需要將所有電氣設備接入同一個網絡。在該網絡中，PLC 的通信模塊通過交換機與觸摸屏連接，以實現檢測裝置與操作者間的人機交互；而PLC 的輸出模塊則通過端子臺與電機、制動器等電氣設備連接，以控制這些設備有序的自動運行，控制程序的流程圖可參考圖7。

圖7 后備制動器制動性能檢測試驗的流程圖

3 制動性能檢測試驗的方法

后備制動器制動性能檢測試驗中，應遵循的試驗規則主要為：制動試驗的制動距離均應小于500mm，沖擊載荷系數均應小于3，且累計有效試驗次數至少為3 次。試驗裝置的使用方法如下。

1）檢查試驗裝置無損壞且已斷電后，正確安裝試驗載荷及待測的后備制動器，保證載荷與后備制動器在試驗裝置上連接牢固，無松動。

2）檢查試驗裝置的電源正確連接后，打開電源開關，檢查試驗裝置通電后的狀況。

3）在觸摸屏上完成試驗參數設置，即可開始試驗，試驗流程如圖7。

4）待試驗結束后，觀察試驗的成功與否，并記錄試驗數據。

5）關機并斷開電源，拆除試驗載荷及被測的后備制動器，對試驗裝置進行清潔后妥善保存。

4 結語

采用模塊化設計方法，將后備制動器檢測裝置分為4 個子系統。其中，3 個機械系統分別用于實現支撐、添加載荷和提升制動的3 種功能，而電氣系統則能夠將整個檢測裝置的電氣設備接入同一個網絡，用PLC 進行編程控制，從而實現檢測作業的自動化。

本文開發的檢測裝置，可有效降低后備制動器性能檢測工作的強度，提升檢測工作的效率，提升高處作業吊籃及類似的高空作業設備的安全性能。