一種垂直電梯超載保護裝置檢測儀*

朱博能，李 宸，王笠喜，謝安民，孟子皓，王玉琳

(合肥工業大學 機械工程學院，安徽 合肥 230009)

0 引言

電梯屬于一種復雜的機電特種設備，其平穩運行離不開各種保護裝置的可靠支持，而電梯超載保護裝置的可靠性關系到電梯運行的安全性[1]。如果電梯使用過程中超載保護裝置失效，那么當電梯超載時就不會發出警報，從而造成很大的安全隱患，因此對電梯超載保護裝置的精準檢測尤為重要。目前對電梯超載保護裝置較為普遍的檢測方法是通過往轎廂內均勻放置與電梯的超載載荷等量的砝碼，觀察超載保護裝置是否能及時報警[2，3]。但該檢測方法在實際操作中搬運砝碼勞動強度大，檢驗耗時長，致使對超載保護裝置進行加載試驗的要求得不到保證，若超載保護裝置失效后不能及時被發現和處理，則嚴重影響電梯的正常運行及安全性[4]。除此之外，大連凱晟科技公司研制出一種電梯超載保護檢測裝置檢測儀[5]，其利用液壓裝置對轎廂進行施力直至超載，通過壓力傳感器測量此時轎底所承受的壓力，從而評測電梯超載保護裝置是否符合標準，但這種檢測儀的設備復雜，裝配流程繁瑣，不便于檢測人員攜帶，降低了檢測效率；廣州特種機電設備檢測研究院研制了一種無載荷的電梯超載開關檢測裝置[6]，它通過伺服電機輸出扭矩從而對轎廂施力，通過讀取壓力傳感器的壓力值來評測電梯超載保護裝置是否符合標準，其中，伺服電機定位準、輸出穩定，諧波減速機可實現大減速比，雖然設備便攜，無需砝碼，但是在檢測中只能在轎底的對角加載，對轎底所加的壓力不均，對于電梯超載保護裝置的檢測并不全面。

為避免上述現有技術的不足，本文提出一種垂直電梯超載保護裝置檢測儀及檢測方法，使檢測過程更加便捷，無需搬運大量砝碼，可提高檢測效率，降低檢測成本和勞動強度，保證定期檢測的順利進行，進而保障電梯安全可靠運行。

1 垂直電梯超載保護裝置檢測儀結構

圖1為垂直電梯超載保護裝置結構示意圖，由安裝在轎底中心位置處的磁鋼4、安裝在下橫梁上的可伸縮支架5、安裝在可伸縮支架上的霍爾接近開關6組成。霍爾接近開關和磁鋼構成接近傳感器，承受載荷的轎廂使轎底受壓下凹，當載荷達到設定值時，接近傳感器輸出報警信號，實現超載保護。

1-轎底；2-減震墊；3-下橫梁；4-磁鋼；5-可伸縮支架；6-霍爾接近開關

根據電梯超載保護裝置的結構，設計了超載保護裝置檢測儀，總體上由光柵測微裝置和位移檢測儀兩部分組成，其結構如圖2所示。

1-可伸縮支架；2-磁鋼支座；3-緊定螺栓；4-立桿；5-螺孔；6-光柵測微儀；7-霍爾接近開關；8-通孔；9-數據傳輸線；10-位移檢測儀

1.1 光柵測微裝置

光柵測微裝置包括磁鋼支座2、立桿4以及光柵測微儀6。磁鋼支座2利用磁力吸附并固定在可伸縮支架1的上端面; 在磁鋼支座2上設有通孔8及直立套管，霍爾接近開關7在通孔8中凸伸，立桿4插裝在直立套管中并由緊定螺栓3進行固定；立桿4端部的兩個螺孔5用于固定光柵測微儀6，光柵測微儀6可通過立桿4改變高度和角度，以便在操作過程中使其測頭抵靠在轎底中心。光柵測微儀6的測量范圍為0～20 mm，分辨力為0.5 μm，即測頭每產生0.5 μm的軸向移動量，光柵測微儀就發出一個脈沖。因此測微儀的精度能達到10-3mm，保證檢測的精確性。

1.2 位移檢測儀

圖3為位移檢測儀結構框圖。位移檢測儀通過USB接口外接20 000 mAh的可充電鋰電池(+5 V輸出)，檢測儀的最大工作電流為190 mA，當電池充滿電后，理論上可維持檢測儀連續工作105 h，為續航提供保障。檢測儀選用高性能單片機AT89S52作為CPU，該芯片帶有8 kB×8 bit 的EEPROM存儲器，可用于存儲系統的底層程序。由于檢測過程中需要存儲一些重要數據，因此擴展8 kB×8 bit的SRAM芯片6264用作數據存儲器；可編程接口芯片8279對測控系統上的矩陣鍵盤和LED數字顯示器進行監控；AT89S52主要管理SRAM 6264和8279，還接收單個按鍵信號和輸入信號，并通過T0、T1兩個16位的加法計數器接收光柵測微儀經過四倍頻電路輸出的兩路脈沖信號；與CPU芯片配套的有復位電路與晶振電路。

圖3 位移檢測儀結構框圖

2 超載保護裝置檢測儀檢測原理

經研究可知，當在轎底均勻施加超載載荷M時，轎底中心的超載位移量Y為：

Y=[(A1-A2)+((A2-A3)×5/8)]×M/G

.

其中：A1為空載轎底中心位置；A2為側邊加載轎底中心位置；A3為中線加載轎底中心位置；G為加載砝碼的總重量。

因此，在檢測過程中利用光柵測微裝置進行檢測，分別獲得轎底的中心位置信號(A1、A2和A3)，并將轎底的中心位置信號傳送至位移檢測儀，位移檢測儀針對設定載荷條件下的轎底中心位置信號進行數據處理，計算獲得轎底的超載中心位移量Y。空載條件下將霍爾接近開關按超載中心位移量朝接近磁鋼的方向移動，當移動距離達到Y值時，電梯中的超載保護裝置發出報警即為合格；若在移動距離尚未達到Y值時電梯中的超載保護裝置即報警，或是在移動距離已經超過Y值時電梯中的超載保護裝置仍未報警，均判斷為超載保護裝置不合格，從而完成檢測工作。

3 安裝與檢測

3.1 安裝過程

讓電梯空載并處于檢修模式，在轎底中心與下橫梁之間安裝好光柵測微裝置。具體過程如下：將光柵測微儀固定在立桿；磁鋼支座吸附于可伸縮支架上端面，并使霍爾元件凸伸在磁鋼支架通孔；立桿插入支座的直立套管內，調整高度和旋轉方向使光柵測微儀的彈性測頭抵靠在轎底中心處，并用緊定螺栓將其固定；通過數據傳輸線連接光柵測微儀和位移檢測儀，完成裝置的安裝。

3.2 檢測過程

取16個～20個重量相同(2.5 kg)的小砝碼作為加載砝碼，按如下步驟針對垂直電梯超載保護裝置實施檢測：

(1) 空載測量：在轎廂空載狀態下，利用光柵測微裝置進行測量，并經位移檢測儀進行信息處理，獲得空載轎底中心位置A1。

(2) 兩側邊加載測量。將加載砝碼按相等重量分成兩組，兩組加載砝碼在轎廂內沿轎底兩側邊的邊線呈直線均勻排列，形成兩道平行的側邊加載線，如圖4所示。利用光柵測微裝置進行測量，并經位移檢測儀進行信息處理，獲得側邊加載轎底中心位置A2。

(3) 中線加載測量。將加載砝碼在轎廂內沿轎底的中線呈直線均勻排列，形成一道與側邊加載線平行的中線加載線，如圖5所示。利用光柵測微裝置進行測量，并經位移檢測儀進行信息處理，獲得中線加載轎底中心位置A3。

(4) 根據空載轎底中心位置A1、側邊加載轎底中心位置A2和中線加載轎底中心位置A3計算獲得轎廂在超載載荷下的轎底中心超載位移量Y。

(5) 設置空載轎廂，將霍爾接近開關通過可伸縮支架按轎底中心超載位移量Y朝接近磁鋼的方向移動，根據超載保護裝置在超載位移量下的工作狀況判斷超載保護裝置正常與否，實現對超載保護裝置的檢測。

圖4 兩側加載示意圖圖5 中線加載示意圖

4 檢測實驗

表1 超載載荷為800 kg的電梯實驗結果

表2 超載載荷為1 000 kg的電梯實驗結果

表3 超載載荷為1 200 kg的電梯實驗結果

從實驗數據可以看出最大誤差不超過4%，滿足電梯檢測的安全標準，體現了該裝置的精確性。實驗所用的砝碼總重為50 kg，遠遠小于電梯的超載載荷，體現了該裝置的便攜性。除此之外，該裝置拆裝方便，不會損壞電梯的原有結構，提高了檢測的效率。

5 結束語

針對電梯超載保護裝置檢測的問題，本文設計了一種以小載荷加載的檢測儀，并分析了該檢測儀的原理、結構以及工作過程。該檢測儀檢測結果精確，能夠保障電梯運行安全。同時檢測儀的便攜性以及操作的簡單大幅度提高工作效率，應用前景廣闊。