一種無載荷的電梯超載保護裝置檢驗方法*

孫學禮 黃國健 劉英杰 何山 彭啟鳳 劉文琴

（廣州特種機電設備檢測研究院研發(fā)中心）

一種無載荷的電梯超載保護裝置檢驗方法*

孫學禮 黃國健 劉英杰 何山 彭啟鳳 劉文琴

（廣州特種機電設備檢測研究院研發(fā)中心）

我國現(xiàn)行的法規(guī)要求，電梯年檢、新裝電梯驗收都要進行超載保護裝置檢驗，而現(xiàn)行檢驗方法存在效率低和成本高的問題。在分析電梯超載保護裝置結(jié)構的基礎上，提出一種無載荷的電梯超載保護裝置檢驗方法，利用液壓或電機模擬產(chǎn)生轎廂載荷，觸發(fā)電梯超載保護裝置動作，驗證超載保護裝置的有效性。該方法適用于絕大多數(shù)的曳引式電梯，測量過程無需載荷，簡單便捷。

電梯超載保護裝置；曳引式電梯；無載荷

0 引言

超載保護是電梯的一項重要安全保障。電梯生產(chǎn)廠家根據(jù)電梯的額定載重量設計相應的變頻器、曳引機、轎廂和對重等。當實際載重超過額定載荷時，會增大電梯故障甚至事故的發(fā)生概率，輕則可能出現(xiàn)電梯平層精度差、各部件損壞速度加快、轎廂變形等；重則可能出現(xiàn)電梯下行速度加快、安全鉗制停失效而導致電梯墜落，造成機毀人亡的嚴重后果[1]。

2013年至2015年，我國每年新裝電梯分別為：63萬臺、71.6萬臺、76萬臺，呈逐年遞增趨勢。截止2015年底，我國電梯保有量突破400萬臺。TSG 7001-2009《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則—曳引與強制驅(qū)動電梯》中規(guī)定，新梯驗收、舊梯年檢時需進行超載開關驗證。質(zhì)檢總局印發(fā)的《電梯施工類別劃分表》明確規(guī)定，電梯重新裝修或加裝空調(diào)屬于改造，需對超載開關重新調(diào)整。現(xiàn)行的超載開關驗證法為有載驗證，過程需搬運砝碼，費時費力，尤其在電梯年檢時，超載裝置的有效性很難得到驗證。因此，本文在對現(xiàn)有超載裝置常見類型研究的基礎上，提出一種無載荷的超載保護裝置檢驗方法，可準確、快速地驗證電梯超載裝置的有效性[2-5]。

1 電梯超載保護常見類型

按電梯超載裝置的位置不同，可將超載保護裝置分為轎底稱重式、轎頂稱重式和機房稱重式3類。

1.1 轎底稱重式

轎底稱重式超載裝置位于轎廂底部，通常采用橡膠墊作為稱重元件，橡膠元件固定在轎廂底盤與轎廂架固定底盤之間。當轎廂超載時，轎廂底盤受到載重的壓力向下運動使膠墊變形，觸動微動開關，切斷電梯相應的控制功能。轎底稱重式超載保護裝置如圖1所示，超載保護裝置設有3個微動開關，分別為輕載開關、滿載開關和超載開關。當超載開關動作時，電梯停止運行，保持開門，并給出警示信號。微動開關通過螺栓固定在活動轎廂底盤上，調(diào)節(jié)螺栓就可以調(diào)節(jié)載重量的控制范圍。

圖1 轎底稱重式超載保護裝置

1.2 轎頂稱重式

轎頂稱重式以壓縮彈簧組作為稱重元件，在轎廂架上梁的繩頭組合處設置超載裝置的杠桿，當電梯承受不同載荷時，繩頭組合會帶動超載裝置的杠桿發(fā)生上下擺動。當轎廂超載時，杠桿的擺動會觸動微動開關，給電梯相應的控制信號。

1.3 機房稱重式

機房稱重式采用2:1繞法時，部分電梯超載裝置裝設在機房中。機房稱重式超載保護裝置如圖2所示，其結(jié)構和原理與轎頂稱重式類似。超載保護裝置安裝在機房的繩頭板上，機房繩頭板隨電梯載荷的不同產(chǎn)生上下擺動，帶動稱重裝置杠桿上下擺動。

圖2 機房稱重式超載保護裝置

2 超載保護裝置的檢驗方法及儀器研發(fā)

從上文可以看出，電梯超載保護裝置雖具有多種形式，但都是利用稱重原理，將轎廂的載重量通過稱重裝置，反饋給超載控制電路。而稱重裝置，是利用轎廂內(nèi)載重量的改變所引起橡膠墊、彈簧壓縮量的變化而進行測量的，或利用壓力傳感器直接稱出轎廂重量變化。本文介紹的方法是通過向橡膠墊、彈簧施加力，模擬轎廂載荷進行超載保護裝置的有效性驗證。電梯超載開關檢測儀如圖3所示。

圖3 電梯超載開關檢測儀

定夾塊及支架為一個整體，其中裝有T型絲桿。T型絲桿由驅(qū)動裝置帶動旋轉(zhuǎn)，動夾塊通過螺紋連接在T型絲桿上。當絲桿旋轉(zhuǎn)時，動夾塊上下移動，動夾塊前段裝有壓力傳感器，用于測量所施加于橡膠墊或彈簧上的力。

2.1 超載保護裝置位于轎底的檢驗方法

超載保護裝置測試儀轎底作用示意圖如圖4所示。

圖4 超載保護裝置測試儀轎底作用示意圖

當活動轎底裝有載荷后，橡膠墊壓縮。隨著載荷的增加，超載保護開關/傳感器與活動轎底的距離會逐漸縮短。當載荷加載到額定載荷的110%，且大于等于額定載荷75 kg時，超載保護裝置動作，電梯進入超載模式。為模擬活動轎底裝有載荷，在4個橡膠墊中選取2個對角橡膠墊，在其位置處同時施加壓力。電梯超載開關檢測儀的定夾塊作用于活動轎底處，動夾塊上的壓力傳感器作用于轎底支架。驗證時，給伺服電機發(fā)送脈沖指令，2個對角的電梯超載保護開關檢測儀同步動作，使活動轎底向轎底支架靠近，直至超載開關動作，讀出該時壓力傳感器的值，即為電梯超載開關動作時，轎廂內(nèi)所承重的重量。

2.2 超載保護裝置位于繩頭的檢驗方法

轎頂稱重式與機房稱重式，都是利用壓縮彈簧觸發(fā)超載保護裝置動作的，超載保護裝置繩頭作用示意圖如圖5所示。

圖5 超載保護裝置繩頭作用示意圖

轎廂內(nèi)裝有載荷后，電梯曳引鋼絲繩會帶動繩頭拉板向下壓縮彈簧。隨著載荷的增加，超載保護開關/傳感器與繩頭拉板的距離會逐漸縮短。當轎廂內(nèi)載荷增加到額定載荷的110%，且大于等于額定載荷75 kg時，超載保護裝置動作，電梯進入超載模式。為模擬轎廂裝有載荷，在繩頭拉板與繩頭支撐板之間施加壓力。電梯超載開關檢測儀的定夾塊作用于繩頭支撐板處，動夾塊上的壓力傳感器作用于繩頭拉板。驗證時，給伺服電機發(fā)送脈沖指令，2個對角的電梯超載保護開關檢測儀同步動作，使繩頭拉板向繩頭支撐板靠近，直至超載開關動作，讀出該時壓力傳感器的值，即為電梯超載開關動作時，轎廂內(nèi)所承重的重量。

2.3 電動施力機構實現(xiàn)

由于電梯轎底、機房和轎頂都有220 V交流電源，電動施力機構選用伺服電機驅(qū)動、諧波減速機減速、T型絲桿傳動的方案。伺服電機具有高速、高頻度、高定位精度的特點，其位置控制模式，即以輸入脈沖數(shù)來控制位置，以輸入脈沖的頻率來控制速度，可滿足多個施力點同步。諧波減速機具有體積小、減速比大、承載力高的特點，適合檢測工具便攜性的要求。絲桿是工具機械和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。而梯形螺紋牙根強度高、對中性好，相比其他的螺紋更耐磨，且螺紋升角小于5°時具有自鎖功能，驅(qū)動裝置無需制動裝置[6]。

伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要由三相交流伺服電機和伺服驅(qū)動器組成。采用位置控制時，為半閉環(huán)控制，即伺服機構中裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服機構檢測移動部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進行比較，再用比較后的差值進行控制，使移動部件補充位移，直到差值消除為止。脈沖由微處理器STM32F103[7]產(chǎn)生。

諧波齒輪傳動由內(nèi)齒剛輪、柔輪和諧波發(fā)生器3個基本構件組成。使用中，通常采用諧波發(fā)生器主動，剛輪固定、柔輪輸出的形式。當諧波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)圓時，迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓狀，其長軸處柔輪輪齒插入剛輪的齒槽內(nèi)，成為完全嚙合狀態(tài)；而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸，處于脫開狀態(tài)。從嚙合到脫開的過程則處于嚙出或者嚙入狀態(tài)。當諧波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動時，迫使柔輪不斷發(fā)生變形，使兩輪輪齒在進行嚙入、嚙合、嚙出、脫開的過程中不斷改變各自的工作狀態(tài)，產(chǎn)生所謂的錯齒運動，從而實現(xiàn)主動諧波發(fā)生器與柔輪的運動傳遞[8]。

3 總結(jié)及展望

本文提出一種無載荷的電梯超載保護裝置檢驗方法，避免了搬運砝碼，能極大的提升檢效率。本文所提及的檢測裝置，夾塊為楔形架構，且只需檢測位置一側(cè)有充裕的空間即可，因此適用于絕大多數(shù)的曳引式電梯。但部分電梯超載開關可檢測位置過小，或繩頭的超載開關只是測部分彈簧的壓縮量，該裝置暫不能驗證超載開關的有效性。

[1] 林堯,陳潔.電梯模擬載荷儀的研究和開發(fā)[J].質(zhì)量技術監(jiān)督研究,2012(2):29-31,39.

[2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB7588-2003電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].全國電梯標準化技術委員會,2004-01-01.

[3] TSG T7001-2009 電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則—曳引與強制驅(qū)動電梯[S].2010-04-01.

[4] 林堯.電梯超載保護裝置設計合理性探討[J].福建農(nóng)機, 2007(2): 37-38.

[5] 常寅飛.電梯超載保護裝置分析[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2011(5):79.

[6] 王軍鋒,唐宏.伺服電機選型的原則和注意事項[J].裝備制造技術,2009(11):129-131,133.

[7] Morimoto Shigeo. Trend of permanent magnet synchronous machines[J]. IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 2007,2(2):101-108.

[8] 劉卓華,陳正東,李謙,等.綠的諧波減速機在SCARA機器人上的安裝與應用[J].機器人技術與應用,2014(6):33-35.

A No-Load Method to Test the Elevator Overload Protection Device

Sun Xueli Huang Guojian Liu Yingjie He Shan Peng Qifeng Liu Wenqin
(R&D Center , Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing)

Every installed traction elevator should be tested whether the elevator protection device is proper functioning. The existing elevator overload protection device testing methods have problems with low efficiency and high cost. Based on the analysis of the overload protection devices’ structures, we put forward a new no-load method to test the elevator overload protection device. We simulate the load in car by using the hydraulic system or motor system to test the overload protection device. This method can test most of elevators without loading. At present, we have got the project approval and the measurement is being designed and developed.

Elevator Overload Protection Device; Traction Type Elevator; No-Load

孫學禮，男，1982年生，碩士研究生，工程師，主要研究方向：檢測儀器開發(fā)，包括電氣設計、機械設計、控制編程等。E-mail: 641302712@qq.com

廣東省質(zhì)量技術監(jiān)督局科技項目（2016PT01）；廣州市科技創(chuàng)新委員會科技計劃項目（2015109010008）；廣東省科技計劃產(chǎn)學研合作項目（20160918）。