劉富海 馮冠君 繆小鋒 于振坤

（杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州310000）

由于國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)的速度不斷提升，公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，在各類商超、地鐵機(jī)場(chǎng)等建筑中都廣泛使用自動(dòng)扶梯。自動(dòng)扶梯在為乘客與貨物的運(yùn)輸便利，也會(huì)有很多問題，清潔保養(yǎng)就是其中之一。通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中對(duì)自動(dòng)扶梯數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)扶梯內(nèi)部灰塵層度，發(fā)送至主控平臺(tái)，完成智能化監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扶梯的“按需維保”。

1 我國(guó)自動(dòng)扶梯清潔的現(xiàn)狀及研究背景

由于公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，自動(dòng)扶梯數(shù)量急劇增加，相關(guān)的維保人員極度匱乏。傳統(tǒng)自動(dòng)扶梯梯級(jí)清理的方式是將全部拆卸后用鏟子、刷子去清掃扶梯，耗時(shí)耗力，且對(duì)僅有的勞動(dòng)力造成了束縛。而且，傳統(tǒng)清潔存在安全隱患，傳統(tǒng)清潔方式效率低下。例如，上海“夢(mèng)之龍事件中，清潔工人被扶梯夾腿呆滯截肢”的事故[1]，即為每次清理時(shí)需要將全部桁架以上的梯級(jí)進(jìn)行拆除，再到桁架內(nèi)部進(jìn)行清理，效率非常低下且不安全。加上自動(dòng)扶梯管理部門對(duì)維保清潔精力投入不足，異物積累增加扶梯故障率，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)突顯。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下自動(dòng)扶梯清潔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)《TSG T5002-2017 電梯維護(hù)保養(yǎng)規(guī)則》中自動(dòng)扶梯維保的相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)行產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)規(guī)劃，最終經(jīng)過與企業(yè)專家討論得出最終設(shè)計(jì)預(yù)案。本系統(tǒng)主要分三部分，如圖1 所示：每月清掃一次的梯級(jí)弧面清潔、梯級(jí)面清潔和每年必須清潔一次的桁架底部清潔。以下分別從這三方面進(jìn)行詳述制作基本思路。

2.1 方案。梯級(jí)弧面清潔：裝置由電機(jī)、電機(jī)底座、行程開關(guān)、開關(guān)觸發(fā)面、電磁鎖、伸縮桿、鋼絲繩、彈簧、毛刷、合頁、刷毛支架、輪支架、PU橡膠輪以及相應(yīng)的電控單元組成。當(dāng)扶梯梯級(jí)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)控制電路接通，電磁鎖接通，鎖舌收回，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)四根鋼絲繩以及彈簧釋放壓縮能，同時(shí)將梯級(jí)弧面清掃裝置放下，電機(jī)停止（通過單片機(jī)控制旋轉(zhuǎn)時(shí)間）。

圖1 自動(dòng)扶梯清潔系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

毛刷部分采用多段式合頁連接，可以使弧形毛刷剛好與梯級(jí)弧面部分相貼合，以便更加全面高效的清潔梯級(jí)弧面。裝置下面安裝有PU 橡膠輪，在梯級(jí)的運(yùn)動(dòng)過程中為裝置提供了一個(gè)運(yùn)動(dòng)的力，而由于伸縮桿和彈簧組成的套筒，為裝置固定了向上的運(yùn)動(dòng)方向。因此梯級(jí)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了裝置朝上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)裝置處于初始位置（彈簧釋放完能量，不被壓縮），在釋放能量復(fù)位這一過程中，裝置開始對(duì)梯級(jí)弧面進(jìn)行第一次清掃。當(dāng)扶梯下行時(shí)，返回側(cè)梯級(jí)向上運(yùn)動(dòng)梯級(jí)弧面帶動(dòng)裝置做向上運(yùn)動(dòng)（彈簧開始?jí)嚎s蓄能），與此同時(shí)毛刷開始向上清理梯級(jí)弧面梳齒灰塵污物（二次清掃）。當(dāng)該梯級(jí)通過后，在彈簧以及裝置的重力影響下，裝置回彈至初始位置的過程中（彈簧釋放能量），毛刷開始清掃下一個(gè)梯級(jí)弧面，當(dāng)裝置被向上頂起時(shí)，進(jìn)行二次清掃動(dòng)作。以此往復(fù)（參考發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸運(yùn)動(dòng)）。當(dāng)電梯停止或上行運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，電磁鎖鎖舌釋放，裝置回收過程中，先是鎖舌將伸縮桿卡住鎖死，防止裝置下落造成安全隱患。當(dāng)毛刷支架連接板碰到行程開關(guān)觸發(fā)面打掉開關(guān)，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)[3]。如圖2 所示，梯級(jí)弧面清潔的結(jié)構(gòu)圖。

圖2 梯級(jí)弧面清潔的結(jié)構(gòu)圖

梯級(jí)面清潔：主要采用滾筒的設(shè)計(jì)理念，滾筒周圍為長(zhǎng)毛刷，安裝在下機(jī)艙蓋板處。將固定座底部增設(shè)豎向彈簧伸縮裝置，在彈性伸縮裝置前部且向下方向的機(jī)體內(nèi)梯級(jí)為清潔結(jié)構(gòu)，清潔結(jié)構(gòu)的清潔部分被固定在彈性伸縮裝置上并與踢板相配合接觸，由于梯級(jí)的運(yùn)行動(dòng)作，踢板帶動(dòng)清潔部分向上方移動(dòng)，完成踢板外部表面的清潔。當(dāng)一個(gè)梯級(jí)移動(dòng)過后，清潔部分被彈性伸縮裝置拉回，完成與下一個(gè)梯級(jí)的配合接觸，反復(fù)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有梯級(jí)的清潔。

桁架底部清潔：設(shè)計(jì)一個(gè)類似于梯級(jí)的裝置，可以代替梯級(jí)安裝在梯級(jí)軌道上，裝置底部為長(zhǎng)毛刷可以刷到桁架底部。桁架腳踢踏板的清潔部分主要由轉(zhuǎn)軸與滾筒組成。滾筒部分有滾筒部分與滾筒部分附帶的毛刷機(jī)構(gòu)，滾筒部分被固定在轉(zhuǎn)軸上方，轉(zhuǎn)軸左右兩端轉(zhuǎn)動(dòng)配合在彈性伸縮裝置上。情節(jié)部分使用滾動(dòng)清潔的模式，滾筒被固定在轉(zhuǎn)軸上并且和踢板外部表面相接觸，扶梯的梯級(jí)的運(yùn)行帶動(dòng)滾筒向上方移動(dòng)，滾筒向上方移動(dòng)的過程中同時(shí)滾動(dòng)，完成對(duì)踢板的清潔。滾筒的左右兩端還配備有輪盤，輪盤被固定在轉(zhuǎn)軸上，輪盤的面積介于滾筒的截面積和滾筒部分截面積之間，在滾筒左右兩端的輪盤減少了踢板帶動(dòng)滾筒上移過程中的阻力，從而使得清潔部分的運(yùn)行更為流暢。而踢板和滾筒配合接觸是，踢板將毛刷進(jìn)行壓縮直至和輪盤完成配合接觸，再由輪盤完成對(duì)滾筒的帶動(dòng)。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)。自動(dòng)智能控制技術(shù)。在桁架底部均勻布置多處紅外對(duì)射傳感器，將紅外對(duì)射傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和發(fā)送，即通過物聯(lián)網(wǎng)模塊將設(shè)備編號(hào)以及灰塵的厚度的相關(guān)信息上傳到服務(wù)器，維保員工可以通過手機(jī)APP 或者網(wǎng)頁查看自己負(fù)責(zé)的每臺(tái)設(shè)備的相關(guān)信息，主控制器和手機(jī)移動(dòng)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（提前做好標(biāo)定的數(shù)據(jù)）進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)數(shù)據(jù)超過一定的閾值，手機(jī)像來電一樣進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)窗口彈出需要處理自動(dòng)扶梯編號(hào)及位置信息。反饋到控制終端，終端再發(fā)出指令控制各部件的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)智能化的自動(dòng)清潔的功能。嵌入式控制系統(tǒng)對(duì)灰塵程度以及油污程度實(shí)時(shí)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和向各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件發(fā)出動(dòng)作指令，并實(shí)現(xiàn)各運(yùn)動(dòng)部件之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。其關(guān)鍵技術(shù)如下所示：采集灰塵程度以及油污程度信號(hào)數(shù)據(jù)；主處理器數(shù)據(jù)分析；相應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)處理算法；發(fā)送指令數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)端；監(jiān)測(cè)執(zhí)行端完成情況。物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，無線局域網(wǎng)技術(shù)，傳感器技術(shù)等，在自動(dòng)扶梯智能清潔裝置上加入遠(yuǎn)程控制、監(jiān)控功能，可通過APP 軟件對(duì)觀看當(dāng)前和歷史狀態(tài)，并可控制裝置實(shí)現(xiàn)清潔以及去除油污等功能。即：遠(yuǎn)程控制軟件的代碼編寫；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的搭建；數(shù)據(jù)采集加密上傳；控制信號(hào)傳輸；執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作方式[4]。傳感器技術(shù)。主要為紅外線對(duì)射傳感器的使用。作為收集數(shù)據(jù)的一個(gè)重要途徑。通過紅外線發(fā)射端到達(dá)信號(hào)接收端的完整率，以反饋至主控制器進(jìn)行處理，即傳感器靈敏度的調(diào)節(jié)和傳感器的最佳位置。

圖3

3 結(jié)論

我國(guó)當(dāng)前使用的自動(dòng)扶梯主要為人工清潔，人工清潔存在著作業(yè)耗時(shí)長(zhǎng)，作業(yè)難的問題。而物聯(lián)網(wǎng)控制下的自動(dòng)扶梯清潔系統(tǒng)具有布置簡(jiǎn)單，耗時(shí)少，準(zhǔn)確度高的有點(diǎn)，可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)扶梯進(jìn)行清潔，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。隨著城市化建設(shè)，電梯行業(yè)發(fā)展迅速，全國(guó)電梯數(shù)量的激增與電梯維保人員的匱乏，這將大大抑制電梯行業(yè)發(fā)展的勁頭，物聯(lián)網(wǎng)控制支持的扶梯自動(dòng)清潔裝置，有助于增加電扶梯、自動(dòng)人行道維保效率，且我國(guó)電梯保養(yǎng)量巨大，具有廣闊市場(chǎng)。