CN104512779A - 升降机悬挂元件检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升降机悬挂元件检测装置及方法，所述悬挂元件是钢丝绳或由若干纵向平行排列的钢丝绳及包覆层构成的扁平拉伸组件，检测装置包括磁场激励器和传感元件，磁场激励器用于在钢丝绳上施加磁场；传感元件用于检测钢丝绳上的磁通信号，每根钢丝绳由两个传感元件检测且两个传感元件采集的磁通信号进行差分处理；检测同一根钢丝绳的两个传感元件间隔设置在钢丝绳的拉伸方向上且位于钢丝绳所在磁场内，两个传感元件的间距为钢丝绳捻距的N倍，N为自然数。本发明通过两个传感元件对同一钢丝绳进行检测并对采集的信号进行差分处理，可以去除钢丝绳波浪形外表面、钢丝绳外层绳股因张紧力不同而高低周期性变化以及钢丝绳振动引起的干扰信号。

Description

升降机悬挂元件检测装置及方法

技术领域

本发明与升降设备有关，具体属于一种升降机悬挂元件检测装置及方法。

背景技术

在日常的维护保养中，专业人员通常采用目测检查升降机悬挂钢丝绳的断丝、断股等异常情况，但是，由于现场条件的限制（如现场光线昏暗或钢丝绳安装位置难以到达），往往难以快速准确地检测出钢丝绳上的所有异常情况，因此，磁探测的方法被引入并广泛用于要求较高的升降机悬挂钢丝绳检测领域。

如专利文献JP特开7-198684公开了一种用于升降机悬挂钢丝绳检测的磁探测装置，利用升降机悬挂钢丝绳导磁的特点，通过其内部磁场激励器形成包含被检测钢丝绳的一部分在内的磁回路，由传感元件检测出因钢丝绳断丝或断股异常而引起的磁通信号变化。

此外，随着科学技术的进步和发展，除了钢丝绳外，升降机系统的悬挂元件还可以设计成外包覆弹性材料的钢丝绳或者由内部若干根纵向排列的钢丝绳和外层弹性材料包覆层构成的扁平拉伸组件。与传统的钢丝绳相比，这两种悬挂元件有更长的寿命和更高的摩擦系数，其中后者还可以有效地减小升降机的滑轮直径，所以已经在升降机领域被广泛使用，但是这两种悬挂元件因外层包覆了弹性材料而无法采用直接目测的方法检查内部钢丝绳的异常情况，所以更需要利用其它方法对内部的钢丝绳进行异常检测。中国专利ZL00807684.7就公开了利用前述磁探测的方法和装置对扁平拉伸组件内部的钢丝绳进行异常检测的技术方案。

然而，由于钢丝绳因卷绕捻制的固有特性，其表面到传感元件的距离存在波动性变化，造成干扰信号，影响到传感元件对断丝或断股引起的磁通信号的获取。此外，检测过程通常在升降机的检修运行模式下进行，被检测的悬挂钢丝绳或扁平拉伸组件不可避免地会发生轻微的摆动，也会影响到传感元件对断丝或断股引起的磁通信号的获取。所以仍然存在如何准确检测上述升降机悬挂元件异常的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种升降机悬挂元件检测装置及方法，可以准确有效地检测悬挂元件的异常。

为了解决上述问题，本发明提供的升降机悬挂元件检测装置，包括磁场激励器和传感元件，

悬挂元件，为至少一根钢丝绳；

磁场激励器，用于在钢丝绳上施加磁场；

传感元件，用于检测钢丝绳上的磁通信号，每根钢丝绳由两个传感元件检测，且两个传感元件采集的磁通信号进行差分处理；检测同一根钢丝绳的两个传感元件间隔地设置在该钢丝绳的拉伸方向上且位于钢丝绳所在磁场内，两个传感元件的间距为钢丝绳捻距的N倍，N为自然数。

进一步的，所述传感元件与一差分处理单元相连，检测同一根钢丝绳的两个传感元件采集的磁通信号传输至差分处理单元中进行差分处理。

其中，所述钢丝绳由若干股外层钢丝包围中心钢丝或绳芯捻制而成，该钢丝绳还可以位于由弹性材料制成的包覆层中。

优选的，检测同一根钢丝绳的两个传感元件之间的距离可根据传感元件的检测信号差分处理后得到的差分信号中干扰信号的特征进行调整，当干扰信号最小时，两个传感元件之间的距离达到钢丝绳捻距的N倍，N为自然数。

进一步的，该检测装置还包括一个里程轮，所述里程轮在钢丝绳的驱动下发生滚动，且该里程轮与钢丝绳同步运动。

本发明还提供一种升降机悬挂元件检测装置，包括磁场激励器和传感元件，

悬挂元件，为扁平拉伸组件，所述扁平拉伸组件包括若干钢丝绳和一包覆层，该钢丝绳均位于包覆层内；

磁场激励器，用于在钢丝绳上施加磁场；

传感元件，用于检测扁平拉伸组件中钢丝绳的磁通信号，每根钢丝绳由两个传感元件检测，且两个传感元件采集的磁通信号进行差分处理；检测同一根钢丝绳的两个传感元件间隔地设置在扁平拉伸组件的拉伸方向上且位于钢丝绳所在磁场内，两个传感元件的间距为扁平拉伸组件内钢丝绳捻距的N倍，N为自然数。

进一步的，所述传感元件与一差分处理单元相连，检测同一根钢丝绳的两个传感元件采集的磁通信号传输至差分处理单元中进行差分处理。

其中，所述钢丝绳由若干股外层钢丝包围中心钢丝或绳芯捻制而成。

优选的，检测同一根钢丝绳的两个传感元件之间的距离可根据传感元件的检测信号差分处理后得到的差分信号中干扰信号的特征进行调整，当干扰信号最小时，两个传感元件之间的距离达到钢丝绳捻距的N倍，N为自然数。

进一步的，该检测装置还包括一个里程轮，所述里程轮在扁平拉伸组件的表面滚动，该里程轮与扁平拉伸组件同步运动。

此外，本发明的升降机悬挂元件检测方法，包括：

在钢丝绳上施加一磁场，该磁场与钢丝绳相对运动；

在磁场的两极之间设置两个传感元件，且两传感元件的间距为钢丝绳捻距的N倍，N为自然数；

两个传感元件采集与磁场有关的磁通信号；

对两个传感元件采集的磁通信号进行差分处理，判断钢丝绳上是否出现因断丝断股异常引起的磁通变化。

本发明的有益之处在于：

1）检测装置同时使用两个传感元件采集一根钢丝绳的磁通变化信号，由于这两个传感元件与被检测钢丝绳对齐并在拉伸方向上以钢丝绳捻距的自然数倍间隔布置，所以这两个传感元件检测过程中所采集到的因钢丝绳波浪形外表面造成的干扰信号几乎完全相同，经过差分处理后就可以基本去除该干扰信号，避免了干扰信号对断丝、断股引起的磁通变化信号的影响；

2）钢丝绳在捻制过程中外层绳股的张紧力并不完全相等，会存在一定允许范围内的偏差，这种情况会造成各绳股相对钢丝绳中心的高度呈周期变化，变化周期长度为一个捻距，由此造成除前述钢丝绳波浪形外表面外，钢丝绳上各绳股高低的周期性变化也会产生干扰信号，影响断丝、断股引起的磁通变化信号的检测；本发明的检测装置及方法同时使用两个传感元件采集一根钢丝绳的磁通变化信号，因这两个传感元件与被检测钢丝绳对齐并在拉伸方向上间隔钢丝绳捻距的自然数倍布置，所以这两个传感元件采集到的因钢丝绳绳股高低周期性变化引起的干扰信号几乎完全相同，同样经过差分处理可以基本去除该干扰信号对正常检测的影响；

3）由于检测过程通常在升降机检修运行模式下进行，被检测的悬挂钢丝绳或扁平拉伸组件因运动会出现轻微的振动，引起钢丝绳与检测装置内传感元件距离的变化，造成干扰信号影响正常的检测；检测装置同时使用两个传感元件采集一根钢丝绳的磁通变化信号，由于这两个传感元件与被检测钢丝绳对齐并在拉伸方向上间隔钢丝绳捻距的自然数倍布置，所以即使钢丝绳出现轻微振动，这两个传感元件与钢丝绳外表面的距离仍几乎相等，采集到的因钢丝绳振动引起的干扰信号也几乎完全相同，同样经过差分处理可以基本去除该干扰信号对断丝、断股引起磁通变化信号的检测影响。

尽管本文所述的检测装置主要用于曳引式的升降机系统中，但是所述检测装置也可以被用于非曳引式的升降机系统中，例如同样使用扁平拉伸组件的液压升降机系统或卷扬升降机系统。在这些应用场合中，所述检测装置同样具有以上优点。

附图说明

图1是本发明的检测装置在一种升降机系统上的安装位置示意图；

图2是本发明的检测装置在另一种升降机系统上的安装位置示意图；

图3是本发明的一种检测装置的结构示意图；

图4是图3中检测装置的原理示意图；

图5是本发明的另一种检测装置的结构示意图；

图6是图5中检测装置的原理示意图；

图7是图6的A-A剖视图；

图8是图4和图7中钢丝绳的截面示意图；

图9是钢丝绳可能存在的钢丝（股）相对钢丝绳中心的高度呈周期变化的示意图；

图10是采用单个传感元件进行检测的信号示意图；

图11是本发明采用两个传感元件进行检测的信号示意图。

其中附图标记说明如下：

10、20为曳引式升降机系统；11为轿厢；12为对重；13为驱动电机；14为悬挂元件；141为钢丝绳；142为扁平拉伸组件；15为检测装置；16为牵引轮；17为导向滑轮；18为反绳轮；31、41为检测装置框架；32、42为检测单元；33为导向磁极头；34、45为传感元件；38、49为磁场激励器；51为外层钢丝。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是悬挂比为1:1的一个曳引式升降机系统10，该系统包括轿厢11和与之对应的对重12，轿厢11和对重12分别直接与悬挂元件14相连。驱动电机13的牵引轮16带动悬挂元件14运动，完成升降机的上升与下降动作。导向滑轮17的作用是保持轿厢11与对重12的间距。检测装置15优选地固定在驱动电机13附近，如电机座或承重梁上。当升降机上升或下降时，检测装置15就可以对经过的悬挂元件14不同区域进行检测。

图2是悬挂比为2:1的另一曳引式升降机系统20，该系统包括轿厢11和与之对应的对重12，轿厢11和对重12分别通过各自的反绳轮18悬挂于悬挂元件14上，该悬挂元件14的两端相对于空间固定。驱动电机13的牵引轮16带动悬挂元件14运动，完成升降机的上升与下降动作。与图1相似，检测装置15较佳地固定在驱动电机13附近，如电机座或承重梁上；此外，检测装置15也可以安装在轿厢11或对重12的适当位置，如承载框架上，当升降机上升或下降时，检测装置15可以对经过的悬挂元件14不同区域进行检测。

图3是本发明检测装置的一种外形结构，检测装置15包含检测装置框架31和安装于检测装置框架31上的若干个检测单元32，在本实施例中检测装置包括三个检测单元32，检测装置15通过检测装置框架31安装在图1和图2的相应位置，检测单元32与升降机系统的悬挂元件——钢丝绳141相对应，每个检测单元32检测一根钢丝绳141。参考图4，检测单元32内部有磁场激励器38，通常采用永磁体，通过间隔一定距离的两个导向磁极头33对两个导向磁极头33之间的钢丝绳进行局部磁化。如图3、图4所示，每根钢丝绳141由两个传感元件34检测，两个传感元件34设置于对应钢丝绳141所通过的两个导向磁极头33之间。当钢丝绳141上存在断丝或断股的位置靠近传感元件34时，因为两个导向磁极头33之间的钢丝绳35已经被磁化，所以断丝或断股的位置产生的磁通变化信号就会被传感元件34检测到。如图8所示，钢丝绳141由外层钢丝（股）1411围绕中心钢丝（股）或其它材质绳芯1412捻制而成，每根钢丝141对应的两个传感元件34之间的距离为钢丝绳141捻距的N倍，N为自然数（图4中两传感元件34的距离为一个捻距）。所述两个传感元件34与一差分处理单元相连（图中未示出），传感元件34采集的磁通信号传递至该差分处理单元中进行差分处理分析。

图5是本发明检测装置的另一种外形结构，检测装置15包含检测装置框架41和安装于检测装置框架41上的若干个检测单元42，在本实施例中检测装置15包括五个检测单元42。检测装置15通过检测装置框架41安装于图1和图2的相应位置，检测单元42与升降机系统的悬挂元件——扁平拉伸组件142相对应，每个检测单元42检测一根扁平拉伸组件142，所述扁平拉伸组件142由若干根钢丝绳141（本实施例中以六根为例）和外层弹性材料包覆层构成，如图7所示。参考图6，检测单元42内部有磁场激励器49，通常采用永磁体，通过抵近扁平拉伸组件142的两极对扁平拉伸组件142内部的所有钢丝绳141进行局部磁化。对于扁平拉伸组件142内部的每根钢丝绳141，检测单元42上都有两个传感元件45设置在磁场激励器49两极之间并与被检测的钢丝绳141对齐，如图7所示。当钢丝绳141上存在断丝或断股的位置靠近传感元件45时，因为磁场激励器49抵近扁平拉伸组件142的两极之间的钢丝绳141已经被磁化，所以断丝或断股的位置产生的磁通变化信号就会被传感元件45检测到。扁平拉伸组件142内部的钢丝绳141同样由外层钢丝（股）围绕中心钢丝（股）或其它材质绳芯捻制而成，如图8所示，检测扁平拉伸组件142内同一根钢丝绳141的两个传感元件45之间的距离为扁平拉伸组件142内部钢丝绳141捻距的N倍，N为自然数。所述两个传感元件45与一差分处理单元相连（图中未示出），传感元件45采集的磁通信号传递至该差分处理单元中进行差分处理分析。检测装置15上还安装有一个在扁平拉伸组件142表面滚动的里程轮，通过将检测单元42内传感元件的检测信息与里程轮的转动信息同步记录并分析，可以获取扁平拉伸组件142内钢丝绳141出现缺陷的具体位置信息。

采用将钢丝绳局部磁化并通过检测磁通变化的方法对钢丝绳进行断丝、断股检测的方法已经被广泛采用，但是由于升降机系统悬挂元件使用的钢丝绳或扁平拉伸组件内部的钢丝绳都是由钢丝（股）捻制而成的，故外表面呈波浪形,这样就会引起检测装置内探测磁通变化的传感元件与钢丝绳141表面的距离随钢丝绳的波浪形外表面波动变化，产生干扰信号，影响正常检测信号的的获取。此外，被检测的悬挂钢丝绳或扁平拉伸组件也会因检测时升降机所处的运行状态出现轻微的振动，引起钢丝绳或扁平拉伸组件内部的钢丝绳与传感元件之间的距离出现变化，同样也会造成干扰信号影响正常的检测。由于钢丝绳由多根钢丝（股）捻制而成，在捻制过程中，外层各钢丝（股）的张力很难保证完全一致，会存在一定允许范围内的张力偏差。张力小的钢丝（股）缠绕较松，张力大的钢丝（股）缠绕较紧，张力小的外层钢丝（股）顶面到钢丝绳中心的高度会略高于张力大的外层钢丝（股）到钢丝绳中心的高度，所以实际钢丝（股）相对钢丝绳中心的高度会呈周期变化，变化幅度与捻制钢丝绳时各钢丝（股）的张力偏差有关，变化周期长度为一个捻距。如图9所示，捻制钢丝绳141时，外层钢丝（股）51与其它外层钢丝（股）相比张力较小，所以在制绳后，外层钢丝（股）51顶面最高点至钢丝绳141中心的高度也比其它外层钢丝（股）顶面最高点至钢丝绳141中心的高度高，当有传感元件34/45贴近钢丝绳51表面检测因断丝或断股产生的磁通变化信号时，这种不同绳股高低周期性变化情况引起的干扰信号也会影响到正常的检测。

为了减少上述三种情况对正常检测的影响，对于被检测的每根钢丝绳或扁平拉伸组件内部的每根钢丝绳，本发明检测装置都使用两个传感元件34/45同时检测因断丝或断股而产生的磁通变化信号，且这两个传感元件34/45在被检测的钢丝绳的拉伸方向上间隔设置，二者的间距为该钢丝绳捻距的N倍，N为自然数，这在前述图4、图6的检测装置内部检测结构中都已经介绍。因此，本发明的升降机悬挂元件检测方法是利用两个传感元件采集与磁场有关的磁通信号，对两个传感元件采集的磁通信号进行差分处理，判断钢丝绳上是否出现因断丝断股异常引起的磁通变化。

虽然受到钢丝绳波浪形外表面的影响，以及钢丝绳外层钢丝（股）因捻制时张力偏差造成相对钢丝绳中心的高度呈周期变化的影响，每个传感元件与钢丝绳外表面距离始终存在波动变化，但是由于两个传感元件在被检测钢丝绳的拉伸方向上相距捻距的自然数倍间隔布置，所以这两个传感元件与钢丝绳外表面的距离是相等的，不会受到前述问题的影响。如图10所示，信号61是因传感元件至钢丝绳表面的距离随波浪形外表面波动变化而产生的干扰信号，信号62是因钢丝绳外层钢丝（股）因捻制时张力偏差造成相对钢丝绳中心的高度呈周期变化而产生的干扰信号，信号63是因钢丝绳微小振动而产生的干扰信号，信号64是被检测的钢丝绳出现断丝或断股后产生的磁通变化信号，信号65是以上四个信号叠加后的信号，即存在上述干扰信号时，检测装置内单个传感元件所采集的实际信号。在单个传感元件所采集的信号65中，因受到前述各类干扰信号的影响，实际由钢丝绳断丝或断股产生的磁通变化信号（图中圆圈位置）相比其它干扰信号并不明显，很容易引起误判或漏检。在本发明的检测装置中，通过在每根钢丝绳上以钢丝绳捻距N倍（N为自然数）间隔布置的两个传感元件采集信号，并对分别采集的信号进行差分处理，可以有效地减小钢丝绳波浪形外表面、钢丝绳外层钢丝（股）因捻制时张力偏差造成相对钢丝绳中心的高度呈周期变化以及钢丝绳存在微小振动所产生的干扰信号对检测结果的影响。参考图11，通过对两个传感元件采集的信号进行差分处理后获得的信号70中，前述三种干扰信号已经被显著消减，钢丝绳上分别由两个传感元件先后检测到的因断丝或断股造成的磁通变化信号（图中圆圈位置）很容易被识别，结合被检测的钢丝绳或扁平拉伸组件的运动信息，就可以准确获取钢丝绳上出现断丝或断股缺陷的具体位置信息。

对于某些情况下无法提前预知被检测的钢丝绳或扁平拉伸组件内钢丝绳捻距的情况下，本发明检测装置也可以根据内部传感元件的检测信号中干扰信号的特征，自动调整检测同一根钢丝绳的两个传感元件的间隔距离，其间隔距离的调整原则是当检测同一根钢丝绳的两个传感元件间隔距离达到被测钢丝绳捻距的N倍（N为自然数）时，会出现最小（幅值）的干扰信号。

综上所述，检测装置同时使用两个传感元件采集一根钢丝绳的磁通变化信号，由于这两个传感元件与被检测钢丝绳对齐并在拉伸方向上以钢丝绳捻距的自然数倍间隔布置，所以，因钢丝绳波浪形外表面造成的干扰信号几乎完全相同，因捻制过程中外层绳股的张紧力不完全相等导致的钢丝绳绳股高低周期性变化引起的干扰信号几乎完全相同，因钢丝绳振动引起的干扰信号也几乎完全相同，经过差分处理后就可以基本去除这些干扰信号，避免了干扰信号对断丝、断股引起的磁通变化信号的影响。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不局限于上述实施方式。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员对检测装置中传感元件的形状或位置、检测单元的结构或位置等做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (12)

1.一种升降机悬挂元件检测装置，其特征在于，包括磁场激励器和传感元件，

悬挂元件，为至少一根钢丝绳；

磁场激励器，用于在钢丝绳上施加磁场；

传感元件，用于检测钢丝绳上的磁通信号，每根钢丝绳由两个传感元件检测，且两个传感元件采集的磁通信号进行差分处理；检测同一根钢丝绳的两个传感元件间隔地设置在该钢丝绳的拉伸方向上且位于钢丝绳所在磁场内，两个传感元件的间距为钢丝绳捻距的N倍，N为自然数。

2.根据权利要求1所述的升降机悬挂元件检测装置，其特征在于，所述传感元件与一差分处理单元相连，检测同一根钢丝绳的两个传感元件采集的磁通信号传输至差分处理单元中进行差分处理。

3.根据权利要求1所述的升降机悬挂元件检测装置，其特征在于，所述钢丝绳由若干股外层钢丝包围中心钢丝或绳芯捻制而成。

4.根据权利要求3所述的升降机悬挂元件检测装置，其特征在于，所述钢丝绳位于由弹性材料制成的包覆层中。

5.根据权利要求1所述的升降机悬挂元件检测装置，其特征在于，检测同一根钢丝绳的两个传感元件之间的距离可根据传感元件的检测信号差分处理后得到的差分信号中干扰信号的特征进行调整，当干扰信号最小时，两个传感元件之间的距离达到钢丝绳捻距的N倍，N为自然数。

6.根据权利要求1所述的升降机悬挂元件检测装置，其特征在于，还包括一个里程轮，所述里程轮在钢丝绳的驱动下发生滚动，且该里程轮与钢丝绳同步运动。

7.一种升降机悬挂元件检测装置，其特征在于，包括磁场激励器和传感元件，

悬挂元件，为扁平拉伸组件，所述扁平拉伸组件包括若干钢丝绳和包覆层，该钢丝绳均位于包覆层内；

磁场激励器，用于在钢丝绳上施加磁场；

传感元件，用于检测扁平拉伸组件中钢丝绳的磁通信号，每根钢丝绳由两个传感元件检测，且两个传感元件采集的磁通信号进行差分处理；检测同一根钢丝绳的两个传感元件间隔地设置在扁平拉伸组件的拉伸方向上且位于钢丝绳所在磁场内，两个传感元件的间距为扁平拉伸组件内钢丝绳捻距的N倍，N为自然数。

8.根据权利要求7所述的升降机悬挂元件检测装置，其特征在于，所述传感元件与一差分处理单元相连，检测同一根钢丝绳的两个传感元件采集的磁通信号传输至差分处理单元中进行差分处理。

9.根据权利要求7所述的升降机悬挂元件检测装置，其特征在于，所述钢丝绳由若干股外层钢丝包围中心钢丝或绳芯捻制而成。

10.根据权利要求7所述的升降机悬挂元件检测装置，其特征在于，检测同一根钢丝绳的两个传感元件之间的距离可根据传感元件的检测信号差分处理后得到的差分信号中干扰信号的特征进行调整，当干扰信号最小时，两个传感元件之间的距离达到钢丝绳捻距的N倍，N为自然数。

11.根据权利要求7所述的升降机悬挂元件检测装置，其特征在于，还包括一个里程轮，所述里程轮在扁平拉伸组件的表面滚动，该里程轮与扁平拉伸组件同步运动。

12.一种升降机悬挂元件检测方法，其特征在于，包括：

在钢丝绳上施加一磁场，该磁场与钢丝绳相对运动；

在磁场的两极之间设置两个传感元件，且两传感元件的间距为钢丝绳捻距的N倍，N为自然数；

两个传感元件采集与磁场有关的磁通信号；

对两个传感元件采集的磁通信号进行差分处理，判断钢丝绳上是否出现因断丝断股异常引起的磁通变化。