電梯曳引輪輪槽磨損監測裝置支架設計

馮雙昌 陳杰

摘 要：隨著電梯長時間運行，曳引輪輪槽會逐漸磨損。當磨損量達到一定程度時，會導致電梯曳引能力下降，可能發生沖頂、蹲底、溜梯等事故，因此非常有必要對曳引輪輪槽的磨損情況進行監測。鑒于此，基于圖像處理技術提出了一種曳引輪輪槽磨損監測方法，并設計了工業相機支架結構。在輪槽下端未覆蓋鋼絲繩處安裝工業相機，利用工業相機來拍攝輪槽形狀，通過對大量圖片的處理和分析，完成輪槽的三維重構，從而獲得輪槽的磨損量，為是否更換曳引輪提供理論依據，同時為提升電梯安全性能提供技術支撐。

關鍵詞：電梯;曳引輪輪槽;磨損監測;支架

中圖分類號：TU857? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）07-0049-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.07.013

0? ? 引言

曳引輪是電梯曳引系統的重要組成部分，其可靠性直接影響著電梯安全性。隨著電梯長時間運行，曳引輪輪槽會逐漸磨損，當磨損量達到一定程度時，會導致電梯曳引能力下降，可能發生沖頂、蹲底、溜梯等事故，因此非常有必要對曳引輪輪槽的磨損情況進行監測[1]。

近年來，圖像處理技術在電梯安全監測領域得到了廣泛應用，通過采集特征點再進行曲線擬合能夠計算出輪槽角度、槽底—槽間邊緣距、槽深等參數，實現對輪槽幾何參數的監測，為電梯安全運行提供有效的監測方式[2]。在此背景下，本文基于三維重構技術對電梯曳引輪輪槽磨損情況進行監測，并設計完成了監測裝置支架。

1? ? 曳引輪輪槽磨損與曳引能力的關系

通常電梯運行時間越長，曳引輪輪槽磨損程度就越嚴重，當磨損量達到一定程度時，會破壞電梯的曳引能力，造成轎廂沖頂、蹲底和溜梯等安全事故，嚴重威脅人民群眾的生命財產安全[3]。

電梯運行過程中，鋼絲繩和曳引輪兩者接觸，在轎廂和對重產生的壓緊力作用下，使轎廂獲得曳引力。曳引輪輪槽磨損是因為兩者接觸后表面產生滾動或滾動與滑動復合摩擦，經過多次反復變形，部分區域小塊材料受到損壞，形成表面點蝕和剝落。磨損除了導致輪槽表面形貌發生改變外，當整個輪槽一周都產生較均勻的磨損時，輪槽節圓幾何尺寸將發生顯著改變。

曳引輪輪槽磨損對電梯曳引能力的影響，主要體現在輪槽磨損導致的曳引輪輪槽和曳引系統幾何尺寸的改變對電梯曳引能力的影響。對各個輪槽磨損程度進行分析，如圖1所示，可分為均勻磨損和不均勻磨損。

根據歐拉公式對電梯曳引能力進行分析，當量摩擦系數與曳引輪輪槽形狀和曳引輪材料有關，輪槽形狀大多選用帶切口的半圓槽、V型槽，曳引輪輪槽磨損將直接影響輪槽的形狀，進一步影響電梯的曳引能力[4]。

=efα

式中：T1為轎廂側拉力;T2為對重側拉力;efa為曳引系數，代表電梯的曳引能力，其中e為自然對數的底數，f為曳引鋼絲繩在曳引輪輪槽中的當量摩擦系數，α為曳引鋼絲繩在曳引輪上的包角。

2? ? 檢測方法及原理

針對電梯曳引輪輪槽磨損問題，在日常開展的檢驗工作中需要給予足夠的重視，對曳引輪輪槽磨損原因也需要進行科學分析，做出正確的判定。如圖2所示，有兩種情況比較危險：（1）曳引輪各輪槽之間磨損不均勻;（2）曳引輪磨損嚴重，鋼絲繩已經磨到輪槽的底部。

當前的定期檢驗主要是采用“目測+試驗”的方法[5]，目測曳引輪輪槽磨損情況，如果發現各輪槽磨損非常不均勻或者鋼絲繩已經磨損到底，則通過1.25倍額定載荷制動試驗來判斷曳引輪是否合格。如果制動試驗效果不好，則需要更換曳引輪。這種方法存在以下3個缺點：第一，對檢查人員的要求比較高，要求經驗豐富;第二，開展1.25倍制動試驗需要搬運砝碼，費時費力，并且制動試驗存在轎廂無法制停的可能，有著嚴重的安全隱患;第三，當前的檢查只是對曳引輪磨損結果的確認，無法監測曳引輪輪槽磨損的過程，更無法預測曳引輪剩余的壽命，即還能用多久。

3? ? 監測裝置及其支架設計

3.1? ? 監測裝置

基于圖像處理技術設計了一種監測裝置，裝置系統由投影儀和工業相機組成，用投影儀投射特定的光信息到物體表面及背景后，由工業相機采集實時數據[6]。根據曳引輪造成的光信號的變化來計算輪槽上的位置和深度等信息，偵測并分析電梯運行過程中曳引輪、輪槽的幾何形狀與外觀、顏色、表面反照率等數據，進而復原整個三維空間，實現電梯曳引輪輪槽的整個三維重構，將重構的圖片進行對比，判斷是否存在輪槽磨損的情況。

3.2? ? 支架設計

圖3所示為現有技術中電梯曳引輪1的應用場景圖，電梯曳引輪1安裝在支撐架2上，支撐架2包括若干縱橫交錯的工字鋼。

圖4所示為監測裝置的整體結構圖。監測裝置的底座設有卡槽32，卡槽32的兩端設有頂絲31，通過卡槽32與頂絲31的配合能夠將底座3安裝在支撐架2的工字鋼上。

圖5為圖3的A處放大圖。底座3上設有弧形滑道4，弧形滑軌5的截面與弧形滑道4內的滑槽相配合，使其能夠在弧形滑道4內呈圓弧形滑動。弧形滑軌5的外側面設有弧形齒條51，在底座3的端部有電機安裝架6，電機7安裝在電機安裝架6上，電機7的主軸有齒輪71，電機7驅動齒輪71旋轉，齒輪71與弧形齒條51嚙合。

工業相機安裝架8固定在弧形滑軌5上，其上端有工業相機9，這樣當弧形滑軌5在弧形滑道4內滑動時，工業相機9能夠對電梯曳引輪1的輪槽進行全方位拍攝，并且工業相機9的運動方向垂直于輪槽，通過這種方式能夠實現對輪槽的三維重建。在實際應用中，可以通過工業相機9周期性地對輪槽進行拍攝，以達到定期檢查的目的。

4? ? 結語

本文通過工業相機對曳引輪輪槽進行拍攝，然后利用三維重構技術對輪槽的磨損量進行分析，由于工業相機是相對于曳引輪輪槽旋轉進行拍攝的，因此可拍攝不同的角度，通過多張不同角度的照片實現輪槽的三維重構，便于分析、對比其磨損量。該檢測方式的實現只需要一個工業相機即可，對電梯曳引輪輪槽進行檢測時，不會影響電梯的正常工作，不會接觸到電梯曳引輪，實現了非接觸式檢測。通過獲得的曳引輪輪槽的三維模型和數據，既可知道輪槽當前的磨損情況，也可知道以往磨損的歷史情況，進而推斷出曳引輪的剩余壽命。

[參考文獻]

[1] 黃荔生，胡誠，萬亭亭，等.電梯曳引輪輪槽磨損案例分析及隱患控制措施[J].中國電梯，2020，31（12）：41-43.

[2] 陳建勛，蘇宇航，林曉明，等.基于激光位移原理的曳引輪輪槽幾何參數檢測[J].自動化與儀表，2020，35（5）：67-70.

[3] 熊際武.電梯曳引輪輪槽磨損的原因及其檢驗技術[J].中國電梯，2021，32（7）：9-11.

[4] 毛懷新.電梯與自動扶梯技術檢驗[M].北京：學苑出版社，2001.

[5] 電梯監督檢驗和定期檢驗規則——曳引與強制驅動電梯：TSG T7001—2009[S].

[6] 謝小娟，楊寧祥，陳建勛，等.基于圖像處理的電梯曳引輪輪槽磨損識別方法[J].中國安全科學學報，2019，29（11）：122-128.

收稿日期：2021-12-08

作者簡介：馮雙昌（1982—），男，山東聊城人，博士，高級工程師，主要從事機電一體化，尤其是電梯、起重機械等機電類特種設備檢驗技術研究和相關標準的制修訂工作。