自動扶梯梳齒板安全檢測裝置

王宜藩， 唐智浩， 曹海鄰， 葉子俊， 王敏成， 王玉琳

（合肥工業大學機械工程學院，合肥230009）

0 引言

目前，隨著我國公共交通的快速發展，自動扶梯的使用量越來越大，隨之而來，安全事故也出現了快速上升的勢頭[1]。自動扶梯的梯級踏面和自動人行道的踏板表面上，均具有沿運行方向與梳齒板梳齒相嚙合的齒槽[2-3]。GB16899-2011《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規范》[4]以及TSGT7005-2012《電梯監督檢驗和定期檢驗規則——自動扶梯和自動人行道》[5]，對梳齒板梳齒與踏板面齒槽的嚙合深度以及間隙均有明確要求[6]。當有異物夾入時，梳齒板便會受到一定的擠壓力，從而產生退讓動作，梳齒板向上或向后運動，觸動安全電氣開關，發出信號迅速停梯，從而防止進一步的擠夾造成人身事故[7]。這就是自動扶梯中的梳齒板安全保護裝置。

自動扶梯在運行過程中，當有異物卡在梯級與梳齒板之間，若梳齒板不能靈活動作，就無法觸發安全電氣開關，將會引起人體更嚴重的傷害，或對設備造成損壞[8]。因此，梳齒板安全保護的可靠性是自動扶梯出廠檢測、安裝檢查和監督檢驗及定期檢驗的重要項目[9]。目前，國內鮮有文獻介紹自動扶梯的梳齒板安全保護檢測技術[10]。GB16899-2011要求在檢驗過程中采用工具使梳齒板向上或向后移動，以檢查安全開關是否動作，但對檢測工具的具體形式并未作出規定。目前，安裝或維保人員主要向梳齒板通過撬杠施力、人為腳踹等方式來判斷梳齒板動作是否靈活。這些方法不科學、不嚴謹，主觀成分大，準確性不足，同時容易損壞設備[10]。

為了彌補現有技術所存在的不足，作者研發了一種自動扶梯的梳齒板安全保護檢測裝置。

1 梳齒板安全保護簡介

圖1為自動扶梯的梳齒板與梯級照片。由于梳齒板與梯級踏面之間存在間隙，所以就有夾物的可能。當梳齒板因夾物被頂起時，梳齒會高出梯級踏面，這種情況可能對到達此處的乘客造成人身傷害，因此當梳齒板向上頂起時，要求能夠觸發梳齒板安全開關動作，迫使扶梯自動停車。另外，對于有些扶梯當梳齒板被向后頂時也應觸發安全開關，迫使扶梯自動停車。

自動停車的作用就是防止可能的傷害，或者防止梳齒板與踏板面之間已夾入如腳或手等身體部位時因踏板面移動而造成持續性的傷害，梳齒板安全保護的設置是扶梯使用過程中對乘客的一種保護。因此，檢測梳齒板安全保護的可靠性是避免梳齒板傷人的必要環節。

2 梳齒板安全檢測裝置總體方案

自動扶梯梳齒板安全檢測裝置的組成結構如圖2所示。其主體部分主要包括4個模塊：觸發模塊、位移檢測模塊、嵌入式微控制系統模塊，以及計算機管理模塊。

其中觸發模塊包括垂直方向施力模塊、水平方向施力模塊、垂直力檢測模塊和水平力檢測模塊；位移檢測模塊包括垂直位移檢測模塊和水平位移檢測模塊。

3 梳齒板安全檢測裝置模塊設計

3.1 觸發模塊

觸發模塊的外觀結構如圖3所示，中間部分為一楔塊總成，下部具有沿前后方向延伸的用于與扶梯踏板面齒條相配合的多個安裝槽，安裝槽內嵌有硅膠皮，安裝槽之間為插齒，用于插入梳齒板與扶梯踏板面齒槽之間的間隙中。圖3中，楔塊總成的左右兩側各有一塊水平布置的翼板，在兩塊翼板上相對于楔塊總成對稱布置兩塊直立的推板，該推板根據需要可以垂直立起也可水平放倒，在兩側翼板前檐位置的底部各有一塊擋板。

圖1 自動扶梯的梳齒板與梯級

圖2 梳齒板安全保護檢測裝置的組成結構

圖3 觸發模塊結構示意圖

1）垂直方向施力模塊（推板放倒）。針對垂直方向移動的梳齒板，將圖3中觸發模塊兩側翼板上的推板放倒，然后將觸發模塊安放到圖1右側所示空間（見圖5），使得觸發模塊的齒狀底部嵌入到梯級踏面的齒槽中，并使檢測裝置的擋板抵靠在梯級側面。手動開啟扶梯，使梯級踏面帶動觸發模塊迎著梳齒板低速運動，由于梳齒板和踏板面的嚙合存在間隙，隨著踏板面的運行，楔塊將插入間隙中，并會引起梳齒板向上移動。當梳齒板向上移動達一定距離后，安全保護開關被觸發，扶梯便會自動停車。

2）垂直力檢測模塊。圖3和圖5中組合式的楔塊總成內含測力傳感器，傳感器的數量根據需要進行配置[11]。當梳齒板或其安裝板抵靠到楔塊總成時，安裝于楔塊總成內部的壓力傳感器即可測出力的大小，并傳輸給ARM控制器[12]。

3）水平方向施力模塊（推板立起）。針對水平方向移動的梳齒板，將圖3中觸發模塊兩側翼板上的推板豎直立起（如圖4）。手動低速啟動扶梯，觸發模塊迎著梳齒板運動，直立的推板逐漸向梳齒板或其安裝板靠近。隨著運動的繼續，推板將推動梳齒板或其安裝板產生水平位移，直至安全開關動作，發出停車指令。

4）水平力檢測模塊。在圖4中，長方體的推板內部嵌有壓力傳感器，數量根據需要進行配置。當梳齒板或其安裝板抵靠到推板時，推板內部的壓力傳感器即可測出梳齒板或其安裝板所受水平力的大小，并傳送給ARM微處理器。

圖4 直立推板使得梳齒板產生向右的運動

3.2 位移檢測模塊

采用上述的梳齒板安全保護檢測裝置配上位移傳感器可測量梳齒板的垂直位移和水平位移。如圖5所示，在梳齒板的安裝板上，根據需要安放可以發射水平光束或垂直光束的激光測距傳感器；在梳齒板的后端固定不動的地面上，放置一個“L”形的反光屏。在檢測梳齒板安全保護裝置可靠性的過程中，觸發模塊的楔形塊或兩側推板使得梳齒板或其安裝板產生向上或向右的運動，這兩個方向的位移即可通過激光測距傳感器進行捕捉，并傳送至ARM微控制器進行處理。

3.3 嵌入式微控制系統模塊

圖5 梳齒板安全檢測裝置模擬圖

嵌入式微控制系統模塊基于ARM系列高速微處理器[12]，主要包括人-機界面管理、傳感器數據采集、數據濾波、數據分析、數據計算，以及數據輸出等[13]。采用高靈敏度觸摸屏管理人-機界面，微型熱敏打印機現場輸出檢測結果。

3.4 計算機管理模塊

采用USB傳輸接口實現檢測儀和計算機的數據交換，開發上位機專用數據庫管理軟件，實現測試記錄的數據管理以及檢測結果的分析對比。

4 創新點與技術指標

4.1 創新點

與已有技術相比，該檢測裝置的創新點體現在：1）適應范圍寬，既可檢測自動扶梯上、下運動的梳齒板，也可檢測水平移動的梳齒板；2）不僅可以模擬異物夾入梳齒板與梯級踏面之間，以檢測梳齒板安全保護的可靠性，還可以測試梳齒板的受力大小和產生的位移，從而定量評價梳齒板安全保護裝置的靈活性；3）結構簡單，造價低廉，安全可靠，安裝使用不會損壞自動扶梯；4）操作便捷，可由一人獨立完成梳齒板安全保護檢測任務。

4.2 技術指標

1）測梳齒板受力范圍0~5000 N，測力分辨力0.1 N，測量誤差不大于±5%；2）測梳齒板位移范圍0~100 mm，位移測量分辨力0.01 mm，測量誤差不大于±1%；3）數據存儲容量：64 kB；4）電源：6600 mA·h可充電鋰電池供電。

5 結語

研發了一種自動扶梯梳齒板安全檢測裝置，該裝置可以模擬異物夾入梳齒板與踏板面之間，以檢測梳齒板安全保護的可靠性，并可測試梳齒板的受力大小和產生的位移。該裝置可為自動扶梯的運行安全提供評估依據，將給電梯的使用單位、維保單位和特種設備檢驗、檢測機構提供一種必備的檢驗、檢測儀器；可對自動扶梯的梳齒板安全保護功能進行簡單、快速的檢測和評估，以便及時發現缺陷，提出整改措施，消除安全隱患。該檢測裝置的經濟效益和社會效益顯著，應用前景廣闊。