智能化水砝碼電梯載荷試驗(yàn)方法的研究探討

張志成，程建山，趙世軍，蘆永軍

（1.山西省檢驗(yàn)檢測(cè)中心，山西 太原 030012；2.大連光程光電有公司，遼寧 大連 116602）

目前，傳統(tǒng)的載荷試驗(yàn)手段所存在的固有問(wèn)題，已經(jīng)極大地限制了電梯檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)老百姓日常乘用電梯安全產(chǎn)生了很大的隱患，對(duì)國(guó)家監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則的有效實(shí)施提出了挑戰(zhàn)。

以水替代傳統(tǒng)金屬砝碼、以水的流動(dòng)替代人工的搬運(yùn)、以水的自動(dòng)化精確輸送控制實(shí)現(xiàn)載荷的重量控制的解決方案，該方案方案可行性好、技術(shù)易于整合、未來(lái)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益好、易于推廣使用等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。新技術(shù)的高效應(yīng)用無(wú)論從監(jiān)督管理、有效保證乘梯人員安全、降低試驗(yàn)單位成本及人力需求等多方面都具有積極意義。

1 新試驗(yàn)方法技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1.1 總體設(shè)計(jì)方案

該項(xiàng)目為集水泵電氣變頻控制、流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控、卷管器自動(dòng)電氣控制收放、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等一系列技術(shù)整合應(yīng)用的綜合項(xiàng)目，每一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破性應(yīng)用都是電梯檢驗(yàn)行業(yè)從未涉及的，這些技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新將為該行業(yè)提供全新的技術(shù)參考，為行業(yè)的發(fā)展提供了全新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路和啟發(fā)。以下是項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)思路：

（1）采用國(guó)產(chǎn)運(yùn)輸車輛通過(guò)設(shè)計(jì)研發(fā)和改造，使之具有水砝碼的裝載、輸送、回收、運(yùn)輸?shù)墓δ堋?/p>

（2）采用智能控制的泵水回路，通過(guò)流量計(jì)緊密計(jì)量控制，使之具有水砝碼加減載和準(zhǔn)確的計(jì)量功能。

（3）研發(fā)設(shè)計(jì)專用的液體儲(chǔ)存裝置實(shí)現(xiàn)水載荷的有效加載和移動(dòng)，該裝置具有足夠的裝載強(qiáng)度和抗壓能力，才可收縮和重復(fù)使用。

（4）研制專用的輸送管線自動(dòng)收放裝置實(shí)現(xiàn)管路的自動(dòng)助力收放。

（5）采用有效的切換方式使系統(tǒng)具有智能和手動(dòng)雙重有效控制，從而實(shí)現(xiàn)水載荷的高效可靠回收。

1.2 需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

（1）針對(duì)整套裝置設(shè)計(jì)專用的總控電氣控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括微電腦控制總控板、顯示界面、集成操作界面等組成，負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理各功能單元的協(xié)同運(yùn)行，各項(xiàng)專用技術(shù)高效集成是關(guān)鍵核心技術(shù)問(wèn)題。

（2）總控系統(tǒng)的軟件無(wú)疑是整套系統(tǒng)的靈魂，負(fù)責(zé)管理各硬件單元的協(xié)調(diào)工作及狀態(tài)監(jiān)控工作，軟件設(shè)計(jì)的可靠性及穩(wěn)定性需要經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試才能實(shí)現(xiàn)，成為整套系統(tǒng)至關(guān)重要的技術(shù)難題。

（3）將電控系統(tǒng)、水泵及控制管路、儲(chǔ)水水箱等幾大核心部件與車平臺(tái)的機(jī)械整合成為機(jī)械設(shè)計(jì)所要突破的難點(diǎn)，在保證整車裝置合理布局的前提下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化配置，要充分考慮系統(tǒng)、各單元、試驗(yàn)場(chǎng)地、運(yùn)輸條件等多種要求。

1.3 技術(shù)設(shè)計(jì)方案

1.3.1 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

如圖1所示為電梯載荷試驗(yàn)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案原理圖，其中包括供電系統(tǒng)、人機(jī)交互顯示與控制、一體化各執(zhí)行元器件集成邏輯控制電路板。

圖1 電氣控制系統(tǒng)實(shí)施方案

考慮到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件需求，一般電源獲取位置多在工地現(xiàn)場(chǎng)或小區(qū)保安室或電梯井道底坑位置，所以設(shè)備供電采用220VAC市電電壓等級(jí)輸入；同時(shí)為了保證當(dāng)出現(xiàn)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法有效獲取到電源時(shí)設(shè)備也可正常工作，并且在試驗(yàn)過(guò)程中如果突然發(fā)生斷電、電梯故障等其他失去電源獲取的情況能夠把電梯轎廂內(nèi)的液體載荷排出，增加了備用電源的設(shè)計(jì)方案。所以整套電氣控制系統(tǒng)在電源供給設(shè)計(jì)上采用雙回路供電。

為了使整個(gè)系統(tǒng)操作更加人性化，人機(jī)交互界面采用了雙操作器設(shè)置，其一為安裝在控制柜上的一體化觸摸屏，方便工作過(guò)程中的數(shù)據(jù)顯示并且操作簡(jiǎn)單；其二為遠(yuǎn)程手持操作器，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)地點(diǎn)多為電梯底層地下室內(nèi)或者一樓樓房單元內(nèi)等車輛無(wú)法直接到達(dá)的位置，為了測(cè)試操作人員能夠在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操控，所以需要配備遠(yuǎn)程手持操作器滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求。并且為了試驗(yàn)過(guò)程中的設(shè)備安全考慮，增加了檢修操作模式，能夠在設(shè)備故障時(shí)或有調(diào)試需求時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單功能的使用。

為適應(yīng)平衡系數(shù)檢測(cè)、110%超載、125%靜載及動(dòng)載制動(dòng)等多種載荷試驗(yàn)項(xiàng)目，以及對(duì)所有電氣設(shè)備集成管理，需配備專用的集成邏輯控制電路板及專用軟件控制系統(tǒng)，搭載多種控制模式選擇，能夠適應(yīng)各種檢驗(yàn)項(xiàng)目與工況需求。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)車內(nèi)及輸出的液體流量精確反饋，并協(xié)同各個(gè)電氣執(zhí)行元器件按照人機(jī)交互輸入指令工作，組成高效率、高精度、可靠、安全的一體化電氣控制系統(tǒng)。

1.3.2 輸送車的改造及車載液體輸送管路設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

在進(jìn)行輸送車整體電氣控制系統(tǒng)及液體輸送管路布局設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）輸送管路布局空間合理，各零部件方便拆卸和維修；（2）車載顛簸震動(dòng)的工作環(huán)境下，需要對(duì)管路添加柔性連接位置，消除在車輛運(yùn)行中的顛簸震動(dòng)影響，并且需要對(duì)核心元器件增加減震措施；（3）需要適應(yīng)我國(guó)南方高溫的天氣和北方的極寒天氣，所以需要對(duì)車載罐體增加保溫措施，對(duì)核心驅(qū)動(dòng)部件和控制部件增加散熱措施；（4）整車輕量化設(shè)計(jì)，避免車輛滿載超重；（5）需要考慮車輛空載和滿載時(shí)候的重心位置，避免車輛運(yùn)行轉(zhuǎn)彎中發(fā)生傾覆。輸送車整體設(shè)計(jì)布局如圖2所示。

圖2 輸送車及車載液體輸送管路布局

1.3.3 系統(tǒng)工作模式設(shè)定

由于該設(shè)備主要應(yīng)用于電梯載荷試驗(yàn)中，所以輸送液體砝碼的精度為重中之重，但是在液體管路輸送過(guò)程中，管內(nèi)若存在氣體則會(huì)嚴(yán)重影響控制計(jì)量精度。所以針對(duì)此問(wèn)題需要提出以下兩種工作模式，來(lái)解決液體管路輸送中氣體對(duì)計(jì)量精度干擾的問(wèn)題。

（1）自循環(huán)模式：圖3所示為自循環(huán)模式流程圖，自循環(huán)模式啟動(dòng)之前，球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，點(diǎn)擊手持操作器顯示屏，啟動(dòng)自循環(huán)模式，球閥開(kāi)啟到位指示燈亮，進(jìn)水電磁閥開(kāi)啟，進(jìn)水接觸器吸和，水泵開(kāi)啟，開(kāi)始進(jìn)水，流量計(jì)開(kāi)始計(jì)量，水管同時(shí)排氣，管內(nèi)氣體排空后，進(jìn)水電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，進(jìn)水接觸器釋放，水泵停止工作，進(jìn)水停止，水管排氣完成。（2）正在輸水模式：圖4所示為進(jìn)出水模式流程圖，連續(xù)進(jìn)出水循環(huán)模式啟動(dòng)之前，球閥開(kāi)啟到位指示燈亮，點(diǎn)擊手持操作器顯示屏，啟動(dòng)進(jìn)出水模式，輸入流量參數(shù)，進(jìn)水電磁閥開(kāi)啟，進(jìn)水接觸器吸和，水泵開(kāi)啟，進(jìn)水開(kāi)始，流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控，到達(dá)設(shè)定流量值，進(jìn)水電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，進(jìn)水接觸器釋放，水泵停止工作。

1.3.4 新方法電梯載荷試驗(yàn)實(shí)施步驟

（1）到達(dá)待測(cè)電梯現(xiàn)場(chǎng)，將水砝碼置于待測(cè)電梯轎廂內(nèi)部，接通電源，將手持操作器與邏輯控制顯示屏無(wú)線接通。（2）將卷管器開(kāi)關(guān)控制設(shè)為放管狀態(tài)，卷管器釋放管路，將管路與轎廂內(nèi)的水砝碼對(duì)接，對(duì)接完成后，將卷管器開(kāi)關(guān)控制設(shè)為關(guān)閉。（3）點(diǎn)擊手持操作器的自循環(huán)模式，將水砝碼供水單元中水管氣體排出。（4）開(kāi)始電梯載荷試驗(yàn)，點(diǎn)擊手持操作器連續(xù)進(jìn)出水模式，在手持操作器中輸入相應(yīng)的參數(shù)，設(shè)備自動(dòng)為水砝碼供水，到達(dá)預(yù)設(shè)水量后，自動(dòng)停止，斷開(kāi)供水管路與水砝碼的連接。（5）電梯載荷試驗(yàn)完成，將供水管路與水砝碼連接，點(diǎn)擊手持操作器連續(xù)進(jìn)出水模式，在手持操作器中輸入相應(yīng)的參數(shù)，設(shè)備自動(dòng)將水砝碼中水抽出，出水完成之后，自動(dòng)停止。（6）斷開(kāi)供水管路與水砝碼的連接，將卷管器開(kāi)關(guān)控制設(shè)為收管狀態(tài)，進(jìn)行水管回收，回收過(guò)程中可以進(jìn)行人工輔助。（7）收管完成，將卷管器開(kāi)關(guān)控制設(shè)為關(guān)閉，將水砝碼從待測(cè)電梯內(nèi)搬出，斷開(kāi)供電電源。

圖4 連續(xù)工作模式流程

2 結(jié)語(yǔ)

文章提出以水作為重量載體，來(lái)替代傳統(tǒng)金屬砝碼進(jìn)行電梯定期及監(jiān)督檢驗(yàn)載荷試驗(yàn)的新技術(shù)和新方法，詳細(xì)闡述了該技術(shù)方法的總體方案及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段。通過(guò)研發(fā)設(shè)計(jì)專用的電梯載荷車來(lái)進(jìn)行水的運(yùn)輸和自動(dòng)裝載，以電控泵驅(qū)動(dòng)水的流動(dòng)替代人工搬運(yùn)來(lái)達(dá)到節(jié)省人力并提高效率的目的，以流量計(jì)作為核心計(jì)量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)載荷試驗(yàn)對(duì)載荷精度的要求。