基于無載試重方法的電梯載荷試驗智能檢測裝置*

殷彥斌

（廣東省特種設備檢測研究院東莞檢測院，廣東東莞 523120）

0 引言

電梯作為“出門第一步，回家最后一程”的現代化交通運載工具，發展至今已跟社會生產生活緊密相連，其安全性能和乘坐舒適性也成為社會關注的焦點。根據國家相關法律法規的要求必須要對電梯定期進行載荷試驗，主要包括平衡系數試驗、超載試驗、靜態曳引檢查等［1］，其中超載試驗是在電梯轎廂施加載荷驗證超載保護裝置功能是否有效，當電梯轎廂內的載荷超過額定載重量時，能夠發出警示信號并且電梯轎廂不能運行，是保證轎廂內乘客安全工作的必要手段［2-3］。根據相關研究顯示超載保護功能的不合格率為45.3%，表明超載保護功能不合格的情況較普遍，主要原因有轎廂不按規范裝修、超載保護裝置損壞或信號斷裂、超載保護裝置偏移、轎廂架構變形等［4-5］。電梯超載運行會導致蹲底、人員剪切等危險，超載保護裝置的失效是此類事故的重要因素。目前，國內外主要的超載裝置的載荷試驗方法還是通過人工搬運一定量的砝碼進行功能試驗，其危險性大、成本高和效率低問題亟待解決。針對上述缺陷，本文在研究各類電梯超載保護裝置的共性出發，對國內無載荷試驗研究現狀進行分析結合電梯檢驗實際工作經驗，提出一種通用的智能化無載狀態下模擬電梯實際載荷試驗的方法及裝置，為探索電梯無載試驗方法提供了可靠的參考。

1 電梯超載保護裝置的類型及試驗現狀分析

1.1 超載保護裝置類型及原理

電梯的超載保護裝置的常見類型按照設置位置分繩頭稱重式、轎頂稱重式和轎底稱重式3種。按照動作原理主要有機械式、電磁式、壓力傳感器式［6-7］。

超載保護裝置的工作原理基本相似：通過壓力傳感器壓力感知傳輸到載荷控制器將電信號轉化為載荷信號；彈簧（橡膠）受壓縮產生位移觸發電氣開關動作；霍爾傳感器與固定永久磁體之間的位移變化實現磁通量的變化，基于霍爾磁效應原理而產生相應的線性電壓信號；基本上是通過以上3種測量原理來實現轎廂承載載荷大小的測量，當轎廂內的載荷達到超載預設動作值時，會發出警示信號，使轎廂不能運行。

1.2 國內超載保護裝置測試方法研究概述

截止2021年底全國電梯保有量已突破844萬臺，假設每臺電梯一次檢驗合格那么按照國家法律法規的要求，電梯的額定載重量按照1 000 kg來算，每年需要進行的載荷試驗的總載荷量就達844萬t，需要耗費的人力物力財力是極其巨大的，所以國內相關學者一直致力于電梯超載保護裝置的檢測方法的創新，并取得了一些進展和成果。

國內超載保護裝置的檢測方法包括有載荷檢測法、微載荷檢測法和無載荷檢測法3種［8-11］。其中有載荷檢測法以人力搬運砝碼形式為主，通過經計量檢定或校準的固定規格質量的砝碼搬運至電梯轎廂進行試驗，為了降低人力損耗、提高經濟性，部分機構研制了自動搬運砝碼的搬運車。微載荷檢測法［12］通過對轎廂施加載荷后，轎底中心位置會產生微小的變形位移，變形位置再由光柵測微儀檢測后輸出方波信號，經過倍頻電路細分后，將位移脈沖信號傳輸給控制器，實現對轎廂底中心位置的檢測，用小載荷時轎底中心與結構梁之間的距離變化推算大載荷時的距離變化量，盡而檢測電梯超載保護裝置是否有效。

無載荷檢測法是不使用實體載荷利用液壓、電氣加載方式實現等值載荷傳遞至轎廂內、轎廂頂、轎廂底或繩頭處，判別超載裝置的有效性。除此之外還有部分學者研究基于圖像識別的超載警示提醒，但是無法實現對超載保護裝置本體的功能是否符合要求進行判別，只可以作為乘梯安全提醒的輔助方案。

以上3種超載保護裝置的檢測方法各有優缺點，其中無載荷測試方法越來越成為研究熱點，其在人力、物力和財力損耗及安全性方面具有極大優勢，最大程度上減少檢測人員的參與度，更加保證了檢測的公正性和公平性。目前的無載荷檢測法存在以下不足：智能化程度不足，無法實現超載保護裝置的符合性自動判別并出具檢驗報告；通用性差，并不能適用所有的超載保護裝置類型；受到實際的電梯檢測現場的限制，電梯部件承載力不足、無法安裝或者安裝繁瑣；由于結構原理缺陷容易出現偏載、加載力不足，甚至加載載荷位置等。急需研究一種新型的智能化通用型無載荷超載保護裝置的檢測方法及裝置，滿足行業的發展需求。

2 無載荷智能超載保護裝置檢測方法

2.1 系統功能架構設計

本研究基于無載荷試重思想提出一種電梯超載保護裝置的性能檢測方法，以下是檢測系統架構，如圖1所示。

圖1 檢測系統主要功能架構

首先需要通過檢驗機構的MIS系統導出或現場采集待檢目標電梯的基本參數（如速度、額定載重量、設備編號、使用登記編號及位置信息等），輸入到手持控制終端，主要目的有兩個，一是為了后期生成標準的檢驗檢測報告提供信息基礎，二是為了系統自動確定夾持組件的夾持力及加載器的加載力的實際大小。

利用導軌夾持器、導軌端部支撐拉力組件及平衡桿為加載器提供安裝平臺和加載力基礎，通過設置在轎廂底的加載器對轎廂底梁施加一定等值載荷，模擬實際的砝碼載荷加載于轎廂內時的工況，通過設置在轎廂內的信號采集器及轎廂姿態傳感器實時采集超載保護裝置是否報警且保證轎廂始終處于加載前的水平狀態保證垂直加載，最后所有的加載檢測裝置都與手持控制終端采用無線連接，完成初始加載、加載過程監控到最終檢測結果的智能判斷并生成檢測報告。

該檢測方法能夠適用于所有類型的電梯超載保護裝置的檢測，簡單便捷，僅需兩人即可完成所有裝置的安裝到檢測完畢的全過程，最大程度減少了人力物力財力消耗并保證人員安全。

2.2 系統總體組成及安裝

以常見的曳引驅動乘客電梯為例，該裝置的總體組成及安裝如圖2所示。

圖2 系統總體組成及安裝示意圖

現場安裝時需要先將電梯升至次底層，技術人員攜帶夾持器、加載器及轎廂連接件等相關零件至底坑位置，液壓泵站可以設置在底坑也可以設置在最底層站層門外側。首先安裝夾持器保證水平預先給一定的夾持力保證夾持在導軌上不掉落，然后安裝固定保持器及導向力桿并擰緊緊固螺栓，最后安裝加載器及轎廂連接件，之后技術人員需要撤離底坑，將電梯移動至近平層位置（并非平層位置，需要留一定缺口用于觀察底坑狀態）。

信號采集器通過磁吸或吸盤方式安裝在轎廂選層板附近，確保能讀取識別超載后的音響或者發光信號。姿態傳感器借助可調三角支架安裝在轎廂地板，確定無載狀態時的轎廂位置姿態信息并實時進行監測。

上述裝置安裝完畢后進行系統聯調，確保檢測人員手持終端能夠實時接收各組成部分的信號數據并進行預加載試驗，確保無誤后再進行正式加載試驗。

2.3 系統載荷加載

加載主要包括線性快速加載階段、觀察變化加載階段、緩慢加載階段、穩定保持加載階段、第一次卸載階段和第二次卸載階段，各加載階段的加載載荷分別是A、B、C、D，其中A≤0.5P，0.5P≤B≤0.8P，0.8P≤C≤0.95P，0.95P≤D≤1.1P，且P為所述電梯的額定載荷，如圖3所示。

圖3 系統載荷加載曲線

當電梯的額定載荷M≥750 kg，當加載載荷在1～1.1M區間內時，若電梯超載安全保護裝置產生報警，則判斷電梯超載安全保護裝置的性能符合要求，當加載載荷超過1.1M時，若電梯超載安全保護裝置未產生報警，則判斷電梯超載安全保護裝置的性能不符合要求。

當電梯的額定載荷M＜750 kg，當加載載荷在M～（M+75）區間內時，若電梯超載安全保護裝置產生報警，則判斷所述電梯超載安全保護裝置的性能符合要求，當加載載荷超過M+75時，若電梯超載安全保護裝置未產生報警，則判斷電梯超載安全保護裝置的性能不符合要求；當電梯的額定載荷為M，當加載載荷不到0.9M電梯安全保護裝置就產生報警，則判斷電梯超載安全保護裝置的性能不符合要求；當電梯的額定載荷M，若電梯安全保護裝置產生報警后連續卸載載荷至0.8M時仍產生報警，則判斷所述電梯安全保護裝置的性能不符合要求。

3 無載荷智能檢測裝置關鍵部件設計

3.1 夾持器

夾持器主要由夾緊件本體、夾緊件、平衡鎖緊桿、防滑凸起、液壓軟管及內部管路組成，其主要作用視為整個加載系統提供固定支承，因此必須要有足夠的夾緊力和摩擦力。需要注意一點的是該夾緊件只運行使用在T型實心導軌上，如果采用空心導軌則不適用，會導致導軌變形。綜合考慮決定采用液壓驅動活塞式夾緊件加載方式提供可靠的夾緊力，并在夾緊件上預制壓力傳感器用來感知加載力的大小并控制液壓泵站持續提供所需夾緊力，在夾緊件本體上設置防滑凸起作為增大摩擦力的輔助措施，具體的安裝過程如圖4所示。

圖4 夾持器安裝示意圖

3.2 固定保持器

固定保持器安裝在電梯轎廂側導軌的下端，通過長兩條長拉桿與夾持器相連接，作為整個系統的固定輔助支撐，如圖5所示。保持器底座上設置有手動加壓組件、夾緊柱塞及內部液壓油管路，安裝固定保持器時需要先將保持器底座卡在T型導軌上，然后用手動加壓組件的手動泵桿加壓直到保持器底座能夠夾緊在T型導軌上并保持水平狀態，最后安裝長拉桿與夾持器相連接。

3.3 實踐應用效果分析

將本文給出的無載荷電梯載荷試驗智能檢測系統應用到電梯檢測現場實踐中，效果良好。該系統可以實現對不同類型的電梯超載保護裝置的連續實時監測，根據電梯技術參數自動實現線性變載荷加載，同時讀取電梯轎廂的三維姿態信息實時反饋控制調整載荷加載平衡狀態，基于轎廂內或者控制柜的超載聲光報警信號自動分析判斷是否符合國家法律法規要求。檢測過程自動生產動態加載曲線及輸出檢測報告，最大程度上減少人為因素干擾，能夠客觀公正的評估電梯的載荷試驗安全性能。

4 結束語

電梯安全越來越受到社會廣泛重視，電梯載荷試驗作為電梯安全性能優劣的重要檢驗指標，在保障電梯安全方面發揮著不可或缺的作用。本文以安全、高效為原則，提出一種無載荷狀態下進行電梯載荷試驗的系統裝置，闡述了其組成及基本結構，能夠提供較大的穩定性加載力，通過加載數據及超載保護裝置信號數據自動判別超載裝置有效性，達到法規標準對超載保護裝置性能符合性目的。本研究的實施將指導電梯無載荷試驗進一步應用到電梯安全檢測實踐中，作為電梯性能測試的有效輔助方法，為電梯在第一時間發現隱患并及時處理奠定了堅實基礎。