擦窗机用后备制动器自动检测装置的开发

奚铎闻/XI Duowen

（上海市建设机械检测中心有限公司，上海 200233）

擦窗机是一种悬挂装置架设于建筑物或构筑物上，通过起升机构驱动钢丝绳平台，沿立面上下运行的建筑物维护设备[1]。而擦窗机的后备制动器安装在设备提升机构的卷筒输出轴上，作为对起升机构提供二重保护的安全设施，这种安全设施同样也应用于高处作业吊篮[2]。

为确保后备制动器能正常工作，需要定期检测其制动性能。在检测过程中，后备制动器的检测设备起到了重要的作用。而现有的后备制动器检测设备主要由国外进口，在国内的相关领域，尚未有设计专利出现。本文将针对此问题，提出一个详细的后备制动器检测设备设计方案。

本文利用后备制动器的结构特点，以国家标准为准绳，设计了一种擦窗机用后备制动器的检测装置，并配套的设计了这套装置的操作方法。

1 后备制动器结构分析

普英特高层设备有限公司通过分析后备制动器的设计原理，比对现有各类后备制动器的优缺点，提出了一种全新的后备制动设计方案[3]。

图1 为该后备制动器的工作原理图。当内棘轮逆时针转动时，由于滚柱脱离，使得内棘轮能自由转动，实现提升功能。而当内棘轮顺时针转动时，将带动制动圈一起旋转，产生由力矩限制器控制的阻力矩，使得整个制动器的阻力矩大于制动载荷的动力矩，从而产生机械制动。

图1 后备制动器原理图

因此，当棘轮在卷筒输出轴上固定后，若转轴顺时针转动，在转速达到一定值后，棘轮将会自动与制动圈抱死，形成机械制动。

2 检测装置的开发

如后备制动器是设备的一部分，应将后备制动器安装在整个系统中进行试验。如该试验无法实现，则应在一试验装置上进行。

后备制动器作为擦窗机的一部分，本应通过设备的带载运行来实现其制动功能。然而，擦窗机本体通常不具备自检测后备制动器制动性能的能力，必须使用专用的检测设备，才能评估其安全性能。

因此，开发了如图2 所示的擦窗机用后备制动器检测装置。该装置由提升制动系统、加载系统、机架系统和电气系统4 个子系统组成。

图2 后备制动器检测装置结构图

4 个子系统中，机架系统位于装置的底部，用于支撑其他所有系统。加载系统安装在机架内的导杆上，用于装载试验载荷。提升制动系统安装在机架顶部平台上，用于提升载荷，并在需要时进行制动。电气系统分布在检测装置中，由所有的电气设备组成，以电力驱动的方式，实现整个检测装置的自动化运行。

该装置的工作原理是，当提升制动系统将加载系统提升到待测位置，并用制动器使加载系统保持静止后，手动释放制动器，使加载系统在重力的作用下下落，以此模拟平台在紧急情况下下落的场景。此时，后备制动器应开始制动，使加载系统停止下落，重新回复静止状态。根据制动过程中检测出的试验数据，检测装置将自动判断出试验的成功与否。

检测装置各系统的具体结构和功能如下。

2.1 提升制动系统

提升制动系统以电机作为动力源，通过联轴器，驱动架在2 个轴承座上的卷筒轴，卷筒轴上装有卷筒，而钢丝绳缠绕在卷筒上。该系统的电气制动功能，由电磁制动器实现；机械制动功能，则由被测的后备制动器实现。制动时，由钢丝绳向下方的载荷传递制动力，而拉力传感器则可以精确的检测出制动力的大小（图3）。

图3 提升制动系统结构图

2.2 加载系统

加载系统包括框架、载荷和直线轴承。所有载荷安装在框架内，载荷采用分体式设计，由数块配重块组成，可根据试验载重要求，来调节安装的数量。吊点位于框架顶部，用于将框架固定在钢丝绳上；框架的上下2 个平面，装有4 个引导加载系统沿导杆上下滑动的直线轴承（图4）。

图4 加载系统结构图

2.3 机架系统

机架系统的主体是机架，其顶部装有检测制动距离的位移传感器，底部装有用于隔离检测装置与外界振动的垫铁，侧面装有检测系统控制柜，用于容纳电控系统中的低压电器（图5）。

图5 机架系统结构图

机架的内部装有引导加载系统上下活动的2个导杆，导杆上印制有公制的长度单位标识，能连同位移传感器，实现对制动距离检测数据的双重确认。机架内侧的底部，还装有减轻加载系统下落时，与机架碰撞力度的减震弹簧。

2.4 电气系统

如图6 所示，检测系统控制柜通过主电源获得380V 交流电后，通过分线、变压的方式，分别将380V 交流电输送到电机和制动器，而将12V 直流电输送给位移传感器和压力传感器。

图6 系统框图

为了实现自动运行，需要将所有电气设备接入同一个网络。在该网络中，PLC 的通信模块通过交换机与触摸屏连接，以实现检测装置与操作者间的人机交互；而PLC 的输出模块则通过端子台与电机、制动器等电气设备连接，以控制这些设备有序的自动运行，控制程序的流程图可参考图7。

图7 后备制动器制动性能检测试验的流程图

3 制动性能检测试验的方法

后备制动器制动性能检测试验中，应遵循的试验规则主要为：制动试验的制动距离均应小于500mm，冲击载荷系数均应小于3，且累计有效试验次数至少为3 次。试验装置的使用方法如下。

1）检查试验装置无损坏且已断电后，正确安装试验载荷及待测的后备制动器，保证载荷与后备制动器在试验装置上连接牢固，无松动。

2）检查试验装置的电源正确连接后，打开电源开关，检查试验装置通电后的状况。

3）在触摸屏上完成试验参数设置，即可开始试验，试验流程如图7。

4）待试验结束后，观察试验的成功与否，并记录试验数据。

5）关机并断开电源，拆除试验载荷及被测的后备制动器，对试验装置进行清洁后妥善保存。

4 结语

采用模块化设计方法，将后备制动器检测装置分为4 个子系统。其中，3 个机械系统分别用于实现支撑、添加载荷和提升制动的3 种功能，而电气系统则能够将整个检测装置的电气设备接入同一个网络，用PLC 进行编程控制，从而实现检测作业的自动化。

本文开发的检测装置，可有效降低后备制动器性能检测工作的强度，提升检测工作的效率，提升高处作业吊篮及类似的高空作业设备的安全性能。