一種電梯門間隙及電梯部件變形測量裝置的研制

陳明濤 沈俊華 李功寧

江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院蘇州分院 蘇州 215031

0 引言

電梯門扇之間的間隙尺寸，尤其是電梯門扇之間最不利點處在規定外力作用下產生的間隙的尺寸，是衡量電梯門的設計、制造、安裝和維護的水平，以及安全性能的重要指標。

電梯中采用板材制造的部件（如電梯井道壁、層門、轎門、轎廂壁等）在外力作用下會產生一定凹陷變形，這些板形部件在規定的外力作用下產生的凹陷變形值是衡量電梯板形部件設計、制造、安裝和維護水平和安全性能的重要指標。

為了解決測量電梯門扇之間間隙尺寸和某些電梯部件受力產生的凹陷變形值的傳統方法的缺點，本文提出了一種新型的電梯門間隙及電梯部件變形測量裝置的原理、結構和測量方法。

1 相關規定與傳統測量方法

1.1 有關電梯門間隙的規定與傳統測量方法

1）有關電梯門間隙的規定 根據TSG T 7001—2009《電梯監督檢驗和定期檢驗規則——曳引與強制驅動電梯》中規定[1]，當電梯門關閉后，電梯門扇之間的間隙應符合：在水平移動門和折疊門主動門扇的開啟方向，以150 N的人力施加在一個最不利的點，對于旁開門不大于30 mm，對于中分門其總和不大于45 mm。

2）有關電梯門間隙的傳統測量方法 對電梯門扇之間的間隙進行測量的傳統方法有手動或使用測力計（如彈簧秤）以150 N的力拉開門扇，用直尺或卷尺測量相應的間隙。傳統方法的缺點主要有：無法精確地衡量用手拉開電梯門的力的大小；測得的間隙值的誤差較大；測力計在電梯門上不易安裝且操作不便；一般需要至少2人同時操作，工作效率低。

當前也有一些專門用于測量電梯門扇之間間隙的裝置，雖然部分裝置具有技術先進、自動化程度高的優點，但因為受限于采用傳統驅動方案的限制(一般采用彈簧、螺桿、螺套、齒輪、齒條、杠桿、楔形等傳統驅動方式)，很難擺脫設備復雜、體積大、質量大、可靠性差的缺點，因此并未得到廣泛的應用。圖1為一種測量電梯層門間隙的裝置[2]。

圖1 一種測量電梯層門間隙的裝置

1.2 有關電梯部件受力變形的規定與傳統測量方法

1）有關電梯部件受力變形的規定 對電梯部件因受外力作用而產生的變形的值的規定比較多，如對電梯井道壁、層門、轎門、轎廂壁等部件的相關規定。

GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規范》規定[3]，電梯井道壁（含層門地坎下的電梯井道壁）應具有一定的機械強度，即用一個300 N的力，均勻分布在5 cm2的圓形或方形面積上，垂直作用在井道壁的任一點上，彈性變形應不大于15 mm，層門地坎下的電梯井道壁的彈性變形應不大于10 mm；用300 N的力垂直作用于層門的任何一側表面，或轎門的內側表面，均勻地分布在5 cm2的圓形或方形面積上，層門或轎門的彈性變形應不大于15 mm。用300 N的力垂直作用于轎廂內側表面，均勻地分布在5 cm2的圓形或方形面積上，轎廂壁的彈性變形應不大于15 mm。

2）有關電梯部件受力變形的傳統測量方法 對電梯的電梯部件的受力變形進行測量的傳統方法有

①用非專用工具或手以約300 N的力作用在電梯部件表面的被測位置，用直尺或卷尺與平尺配合，測量部件表面的受力而產生的凹陷變形值；

②采用專用測量工具進行測量。這類專用工具一般設計成長架形結構（見圖2）。這類專用工具有體積大、攜帶不便、安裝不便、操作不便等缺點。

圖2 一種測量層門或轎門受力變形值的裝置[4]

當前缺乏體積小巧、便于攜帶、安裝方便、操作簡單的用于測量電梯部件受力變形的專用裝置。

2 測量裝置結構與原理

本文提出的測量裝置的基本原理為：采用氣體驅動系統推動動作機構，輸出恒等于設定值的力。動作機構將關閉狀態的電梯門扇推開，使門扇之間的間隙變大，或垂直地推向電梯部件表面使之產生凹陷變形。采用位移傳感器測量動作部件的位移值，從而測得電梯門扇之間的間隙尺寸；采用位移傳感器測量電梯部件表面因為受力而產生的變形值。測量裝置主要由氣體驅動系統、控制系統、結構部件組成。

2.1 氣體驅動系統

如圖3所示，氣動驅動系統主要由微型氣體增壓泵（含電機）、薄型氣缸、氣體管路、單向閥、溢流閥、電磁閥、壓力傳感器等組成。測量裝置采用一只微型的電動氣體增壓泵提供高壓空氣。高壓空氣驅動一只薄型氣缸動作。氣缸的柱塞與動作部件（推板和螺蓋）剛性連接。高壓空氣的壓力由控制系統設定并控制。動作部件在氣缸的推動下向電梯門或電梯部件表面施加恒等于設定的推力值的力。

圖3 氣體驅動系統原理圖

2.2 控制系統

如圖4所示，測量裝置采用MCU芯片為核心構建控制系統。控制系統主要由MCU芯片、微型增壓氣泵的電機、電磁閥、操作按鍵、顯示屏、電池、直線位移傳感器、壓力傳感器、AD芯片等組成。MCU芯片運行控制程序與數據處理程序。MCU+片根據設定推力值與氣缸柱塞的有效工作面積，計算出對應的氣體壓力（以下簡稱設定壓力）。測量裝置工作時，MCU芯片比較壓力傳感器提供的壓力數據和設定壓力數據，控制電機的啟停、電磁閥的開閉。

圖4 控制系統原理圖

測量裝置按以下控制方式控制微型增壓泵的電機與電磁閥，使氣缸輸出的力恒等于設定推力值：

1）當壓力傳感器提供的氣體壓力數據高于設定壓力數據時，MCU芯片控制增壓泵電機停止運轉、電磁閥開啟以泄放氣缸內的部分工作氣體，使氣缸內工作氣體的壓力下降至設定壓力值、氣缸的推力值趨向設定推力值；

2）當壓力傳感器提供的氣體壓力數據等于設定壓力數據時，MCU芯片控制增壓泵電機停止運轉、關閉電磁閥，此時氣缸的推力恒等于設定推力值；

3）當壓力傳感器提供的氣體壓力數據低于設定壓力數據時，MCU芯片控制增壓泵電機工作、關閉電磁閥，使氣缸內工作氣體的壓力上升、氣缸的推力值趨向設定推力值。

直線位移傳感器的伸縮測量桿、動作部件（推板和螺蓋）與氣缸柱塞固定連接（見圖5）。測量裝置工作時，MCU芯片根據直線位移傳感器提供的位移數據，測得電梯門扇在推力作用下打開的間隙的尺寸，或電梯部件在推力作用下的變形值。

顯示屏用于顯示設定推力值、測得的電梯門的間隙尺寸或電梯部件的變形值、其他提示信息。

2.3 結構組成

如圖5所示，測量裝置的結構部件由動作部件（推板與螺蓋）、連接與支撐部件、殼體等組成。氣體驅動系統、控制系統、連接件、支撐部件等部件安裝在一只長方體外形的殼體內。

圖5 測量裝置的外觀

1）殼體 殼體為中空的長方體，殼體上安裝有顯示屏、操作按鍵、電源指示燈等部件。殼體一端開有一只矩形孔。固定在氣缸柱塞上的動作部件、直線位移傳感器的伸縮測量桿可以隨氣缸柱塞同步動作，在矩形孔處伸出、縮回。殼體矩形孔的一側有固定的折邊結構，用于配合測量電梯門間隙。

2）動作部件 動作部件由推板與固定在推板上的螺蓋組成。推板固定在氣缸柱塞的端部，用于測量電梯門的間隙。未伸出的推板位于殼體的矩形孔內，與殼體矩形孔一側的固定折邊結構貼合在一起。

螺蓋固定在推板的外側，外端面的面積為5cm2，用于測量電梯部件受力作用時產生的凹陷變形。

3 操作方法

1）設定推力值 先根據具體的測量目的，設定相應的輸出推力值。例如：測量電梯門間隙尺寸或測量電梯井道壁強度時，分別設置輸出推力值為150 N或300 N。

2）放置測量裝置 測量門間隙尺寸時，將未伸出的推板與殼體的固定折邊一同插入電梯門扇之間的間隙內。(見圖6a)。

測量電梯部件變形時，沿氣缸柱塞軸線垂直于被測表面的方向，將螺蓋外端面均勻地抵在電梯部件被測面的表面，放置好測量裝置（見圖6b）。

圖6 測量電梯門間隙和測量電梯井道壁強度示意圖

測量電梯部件變形時，可將測量裝置放置在一個便于測量，且能保持殼體位置，使殼體不會移動的位置。如：測量井道壁強度時，可借助轎廂頂部的結構支撐殼體，使殼體不會移動（見圖6b）。

3）測量 測量門間隙尺寸時，將推板與殼體的固定折邊一同插入電梯門扇之間的縫隙后，啟動測量裝置。推板在氣缸的驅動下，用恒等于設定的推力值的力推開電梯門扇，使電梯門扇之間的間隙變大。當門扇不再張開、間隙尺寸不再變化時，顯示屏顯示測得的電梯門的間隙尺寸。

測量電梯部件變形時，放置好測量裝置后，啟動測量裝置。螺蓋在氣缸的驅動下，用恒等于設定的推力值的力推動電梯部件表面產生凹陷變形，當凹陷變形不再變化時，顯示屏顯示測得的變形值。

4 結語

在以前研制用于電梯門間隙及電梯部件變形的測量裝置時，往往只能采用傳統的驅動方案（如彈簧、螺桿、螺套、齒輪、齒條、杠桿、楔形等）、傳統的測力方案（如壓力傳感器、彈簧）、傳統的測距方案（如直尺、卷尺、斜尺、紅外、光柵、激光等）[5，6]，故很難完全避免測量裝置外形尺寸大、整體質量大、安裝不便、操作不便、驅動速度偏快、驅動力波動、驅動力難以精確控制、控制程序與數據處理程序復雜等缺點。

隨著微型氣體增壓泵技術的成熟，微型氣體增壓泵在微型充氣泵、微型血壓計、輕便氣動工具等方面獲得了廣泛的應用。采用微型氣體增壓泵的各種裝置具有體積小、質量輕、安裝方便、操作簡單等優點。本文提出的電梯門間隙及電梯部件受力變形測量裝置采用了以微型氣體增壓泵設計的氣體驅動系統，克服了傳統方案的種種缺點，具有驅動力大、驅動力波動小、驅動力調節方便、動作平緩、消耗功率小、控制與數據處理程序簡單等種種優點，是一種綜合性能比較優異的技術方案。