王宜藩， 唐智浩， 曹海邻， 叶子俊， 王敏成， 王玉琳

（合肥工业大学机械工程学院，合肥230009）

0 引言

目前，随着我国公共交通的快速发展，自动扶梯的使用量越来越大，随之而来，安全事故也出现了快速上升的势头[1]。自动扶梯的梯级踏面和自动人行道的踏板表面上，均具有沿运行方向与梳齿板梳齿相啮合的齿槽[2-3]。GB16899-2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》[4]以及TSGT7005-2012《电梯监督检验和定期检验规则——自动扶梯和自动人行道》[5]，对梳齿板梳齿与踏板面齿槽的啮合深度以及间隙均有明确要求[6]。当有异物夹入时，梳齿板便会受到一定的挤压力，从而产生退让动作，梳齿板向上或向后运动，触动安全电气开关，发出信号迅速停梯，从而防止进一步的挤夹造成人身事故[7]。这就是自动扶梯中的梳齿板安全保护装置。

自动扶梯在运行过程中，当有异物卡在梯级与梳齿板之间，若梳齿板不能灵活动作，就无法触发安全电气开关，将会引起人体更严重的伤害，或对设备造成损坏[8]。因此，梳齿板安全保护的可靠性是自动扶梯出厂检测、安装检查和监督检验及定期检验的重要项目[9]。目前，国内鲜有文献介绍自动扶梯的梳齿板安全保护检测技术[10]。GB16899-2011要求在检验过程中采用工具使梳齿板向上或向后移动，以检查安全开关是否动作，但对检测工具的具体形式并未作出规定。目前，安装或维保人员主要向梳齿板通过撬杠施力、人为脚踹等方式来判断梳齿板动作是否灵活。这些方法不科学、不严谨，主观成分大，准确性不足，同时容易损坏设备[10]。

为了弥补现有技术所存在的不足，作者研发了一种自动扶梯的梳齿板安全保护检测装置。

1 梳齿板安全保护简介

图1为自动扶梯的梳齿板与梯级照片。由于梳齿板与梯级踏面之间存在间隙，所以就有夹物的可能。当梳齿板因夹物被顶起时，梳齿会高出梯级踏面，这种情况可能对到达此处的乘客造成人身伤害，因此当梳齿板向上顶起时，要求能够触发梳齿板安全开关动作，迫使扶梯自动停车。另外，对于有些扶梯当梳齿板被向后顶时也应触发安全开关，迫使扶梯自动停车。

自动停车的作用就是防止可能的伤害，或者防止梳齿板与踏板面之间已夹入如脚或手等身体部位时因踏板面移动而造成持续性的伤害，梳齿板安全保护的设置是扶梯使用过程中对乘客的一种保护。因此，检测梳齿板安全保护的可靠性是避免梳齿板伤人的必要环节。

2 梳齿板安全检测装置总体方案

自动扶梯梳齿板安全检测装置的组成结构如图2所示。其主体部分主要包括4个模块：触发模块、位移检测模块、嵌入式微控制系统模块，以及计算机管理模块。

其中触发模块包括垂直方向施力模块、水平方向施力模块、垂直力检测模块和水平力检测模块；位移检测模块包括垂直位移检测模块和水平位移检测模块。

3 梳齿板安全检测装置模块设计

3.1 触发模块

触发模块的外观结构如图3所示，中间部分为一楔块总成，下部具有沿前后方向延伸的用于与扶梯踏板面齿条相配合的多个安装槽，安装槽内嵌有硅胶皮，安装槽之间为插齿，用于插入梳齿板与扶梯踏板面齿槽之间的间隙中。图3中，楔块总成的左右两侧各有一块水平布置的翼板，在两块翼板上相对于楔块总成对称布置两块直立的推板，该推板根据需要可以垂直立起也可水平放倒，在两侧翼板前檐位置的底部各有一块挡板。

图1 自动扶梯的梳齿板与梯级

图2 梳齿板安全保护检测装置的组成结构

图3 触发模块结构示意图

1）垂直方向施力模块（推板放倒）。针对垂直方向移动的梳齿板，将图3中触发模块两侧翼板上的推板放倒，然后将触发模块安放到图1右侧所示空间（见图5），使得触发模块的齿状底部嵌入到梯级踏面的齿槽中，并使检测装置的挡板抵靠在梯级侧面。手动开启扶梯，使梯级踏面带动触发模块迎着梳齿板低速运动，由于梳齿板和踏板面的啮合存在间隙，随着踏板面的运行，楔块将插入间隙中，并会引起梳齿板向上移动。当梳齿板向上移动达一定距离后，安全保护开关被触发，扶梯便会自动停车。

2）垂直力检测模块。图3和图5中组合式的楔块总成内含测力传感器，传感器的数量根据需要进行配置[11]。当梳齿板或其安装板抵靠到楔块总成时，安装于楔块总成内部的压力传感器即可测出力的大小，并传输给ARM控制器[12]。

3）水平方向施力模块（推板立起）。针对水平方向移动的梳齿板，将图3中触发模块两侧翼板上的推板竖直立起（如图4）。手动低速启动扶梯，触发模块迎着梳齿板运动，直立的推板逐渐向梳齿板或其安装板靠近。随着运动的继续，推板将推动梳齿板或其安装板产生水平位移，直至安全开关动作，发出停车指令。

4）水平力检测模块。在图4中，长方体的推板内部嵌有压力传感器，数量根据需要进行配置。当梳齿板或其安装板抵靠到推板时，推板内部的压力传感器即可测出梳齿板或其安装板所受水平力的大小，并传送给ARM微处理器。

图4 直立推板使得梳齿板产生向右的运动

3.2 位移检测模块

采用上述的梳齿板安全保护检测装置配上位移传感器可测量梳齿板的垂直位移和水平位移。如图5所示，在梳齿板的安装板上，根据需要安放可以发射水平光束或垂直光束的激光测距传感器；在梳齿板的后端固定不动的地面上，放置一个“L”形的反光屏。在检测梳齿板安全保护装置可靠性的过程中，触发模块的楔形块或两侧推板使得梳齿板或其安装板产生向上或向右的运动，这两个方向的位移即可通过激光测距传感器进行捕捉，并传送至ARM微控制器进行处理。

3.3 嵌入式微控制系统模块

图5 梳齿板安全检测装置模拟图

嵌入式微控制系统模块基于ARM系列高速微处理器[12]，主要包括人-机界面管理、传感器数据采集、数据滤波、数据分析、数据计算，以及数据输出等[13]。采用高灵敏度触摸屏管理人-机界面，微型热敏打印机现场输出检测结果。

3.4 计算机管理模块

采用USB传输接口实现检测仪和计算机的数据交换，开发上位机专用数据库管理软件，实现测试记录的数据管理以及检测结果的分析对比。

4 创新点与技术指标

4.1 创新点

与已有技术相比，该检测装置的创新点体现在：1）适应范围宽，既可检测自动扶梯上、下运动的梳齿板，也可检测水平移动的梳齿板；2）不仅可以模拟异物夹入梳齿板与梯级踏面之间，以检测梳齿板安全保护的可靠性，还可以测试梳齿板的受力大小和产生的位移，从而定量评价梳齿板安全保护装置的灵活性；3）结构简单，造价低廉，安全可靠，安装使用不会损坏自动扶梯；4）操作便捷，可由一人独立完成梳齿板安全保护检测任务。

4.2 技术指标

1）测梳齿板受力范围0~5000 N，测力分辨力0.1 N，测量误差不大于±5%；2）测梳齿板位移范围0~100 mm，位移测量分辨力0.01 mm，测量误差不大于±1%；3）数据存储容量：64 kB；4）电源：6600 mA·h可充电锂电池供电。

5 结语

研发了一种自动扶梯梳齿板安全检测装置，该装置可以模拟异物夹入梳齿板与踏板面之间，以检测梳齿板安全保护的可靠性，并可测试梳齿板的受力大小和产生的位移。该装置可为自动扶梯的运行安全提供评估依据，将给电梯的使用单位、维保单位和特种设备检验、检测机构提供一种必备的检验、检测仪器；可对自动扶梯的梳齿板安全保护功能进行简单、快速的检测和评估，以便及时发现缺陷，提出整改措施，消除安全隐患。该检测装置的经济效益和社会效益显著，应用前景广阔。