CN105480803A - 一种便携式在用电梯制动器制动力矩测试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种便携式在用电梯制动器制动力矩测试仪，它可对在用电梯静态状态下的制动力矩进行定量的精确检验，为电梯的综合检验提供可靠依据。它包括盘车装置和控制系统，盘车装置包括盘车手轮和与盘车手轮同轴且可拆卸的不同规格的小轮若干个；小轮与盘车手轮的半径呈倍数关系，盘车手轮上装有力矩传感器和触控显示器；控制系统包括输入输出系统和电脑芯片控制系统。仪器携带方便，便于电梯检验人员现场测量，测量过程方便、快捷，测量数据科学、准确，对实验电梯不会造成任何损害且安全性高。

Description

一种便携式在用电梯制动器制动力矩测试仪
技术领域
本发明属于电梯安全检验测试仪，具体来说是一种便携式在用电梯制动器制动力矩测试仪。
背景技术
电梯制动器装置是安装在曳引驱动电梯上，在电梯平层停车时保持电梯轿厢位置和在电梯失控运行时使电梯轿厢停止运动的装置。它对电梯的安全运行起着非常重要的作用。但是随着电梯的长期运行和保养不到位等原因，例如电梯制动器出现螺钉松动、制动衬磨损、制动器轮上有油污等造成制动力矩减少，而使电梯轿厢非正常移动造成电梯乘客伤亡事故。近年来由于电梯制动器制动力矩不足而造成电梯轿厢溜梯伤人是电梯事故的主要原因之一。例如2015年7月15日沈阳华阳大厦电梯轿厢从27楼向下坠落，造成12人受伤；2015年7.30杭州新华坊小区电梯非正常溜梯夹人致死事故；2014年9月14日厦门大学电梯夹人致死等事故都是由于电梯制动器制动力矩不足造成的。
由于电梯制动器制动力矩不合格造成电梯溜车伤人的事故时有发生，国内外有很多单位和个人投入了对电梯制动器制动力矩的研究。在我国有著名的孙立新教授和重庆特种设备安全检验院等机构，他们的研究主要采用电梯在额定速度时电梯空载、额定载荷、125%额定载荷三种工况下紧急制动测量轿厢的制动距离和制动减速度的方法来间接检测制动器的制动力矩。这种方法也是动态测试推荐的方法。
这种方法的缺陷是：首先它测试的的是电梯制动器的动态制动能力,而电梯的事故大多是电梯在平层开门停车状态下由于制动器的静态制动力矩不足轿厢发生非正常移动造成电梯伤人事故；其次在实际检验时这种方法较难准确测量轿厢的制动距离和制动减速度；再次是由于紧急制动造成制动衬的磨损对制动器有一定的伤害。
根据现在的电梯溜梯事故大多是电梯轿厢在平层时制动器的静态制动力矩不足造成轿厢非正常移动而夹人造成的，本申请的目的主要是根据电梯的事故的根本原因研制出一种在电梯静态状态下，电梯检验人员快速、准确测量制动器的制动力矩大小的仪器。本测试仪的技术标准和检验方法完全符合GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》、GB/T10059《电梯实验方法》、GB/T 10060-2011《电梯安装验收安全规范》和GB/T 24478-2009《电梯曳引机》等国家强制或推荐性标准。
根据GB/T 24478-2009《电梯曳引机》 中4.2.2.2款规定“曳引机的额定制动力矩应按GB 7588-2003中12.4.2.1与曳引机用户商定，或为额定转矩折算到制动轮（盘）上的转矩的2.5倍”，在曳引机的制造厂出厂检验中对静态制动力矩的检测一般采用在试验台上曳引轮上固定杠杆，在杠杆端部加砝码的方法检测。但对在用电梯的制动器的制动力矩检测中，由于轿厢与对重的重量、曳引钢丝绳的重量、补偿链的重量、轿厢位于不同的位置等因素的影响，使计算变得较为复杂，数学模型较难建立，所以至今无对在用电梯制动器制动力矩检测的专用仪器。
发明内容
本发明提供了一种便携式在用电梯制动器制动力矩测试仪，它可对在用电梯静态状态下的制动力矩进行定量的精确检验，为电梯的安全技术检验提供可靠依据。
本发明实现上述目的采用以下技术方案：
一种便携式在用电梯制动器制动力矩测试仪，它包括盘车装置和控制及显示系统。
所述的盘车装置包括盘车手轮和与盘车手轮同轴且可拆卸的不同规格的小轮若干个；所述的小轮与盘车手轮的半径呈倍数关系，所述的小轮以四方轴轴接或六边形轴轴接的形式与盘车手轮实现同轴；所述的盘车手轮上装有力矩传感器和控制及显示系统；所述的控制及显示系统包括输入输出系统和电脑芯片控制系统，所述的输入输出系统采用触控的液晶显示器，录入的参数包括人工输入参数和传感器测量输入参数；所述的人工输入参数包括：电梯状态(空载为1，满载为2)、曳引机盘车主轮半径、曳引轮半径、空轿厢质量、曳引钢丝绳在曳引轮上的包角、曳引机额定转矩（或制动器额定制动力矩）、电梯额定载重量、平衡系数、曳引比、盘车小轮编号；所述的传感器测量参数为力矩传感器测量的人力施加在盘车手轮上的力矩。电脑芯片控制系统主要实现仪器自身的控制和根据上述输入参数自动计算出该电梯的的临界力矩。
所述的电梯状态指电梯的空载或满载状态；所述的盘车小轮编号的作用为确定盘车大小轮的半径比。
所述的电脑芯片控制系统的计算方式为：
1）电梯电机需要的功率公式：
(Kw)式中：P—电机所需要功率（Kw）；
Q—额定载重量（kg）；
V—轿厢速度（m/s）；
K平—平衡系数；
g—重力加速度（9.8m/s2）;
η—电梯系统效率
2）电机额定转矩（N·m）：
式中：P—电机所需要功率（Kw）；
ne—电机转速
3）对重的质量：
G对重质量= G空轿厢质量+ K平×Q
式中：G空轿厢质量—轿厢的自身质量；
K平—平衡系数；
Q—额定载重量（kg）
4）对重侧由于导向轮的作用在曳引轮上形成的垂直力：
T=cos(180-α) ×T拉
式中：
α—曳引钢丝绳在曳引轮上的包角
T拉—导向轮侧拉力
5）两种典型状态下临界力矩的计算：
a. 轿厢与对重位于水平位置，轿厢内空载，用盘车手轮向上盘车时，制动器的临界力矩：
MP+M对≥MZ+M空轿
临界力矩：MP + M对= MZ + M空轿
MP = MZ -（M对- M空轿）
式中：MP—盘车手轮施加在制动轮上的力矩
M对—对重重量施加在制动轮上的力矩
MZ—曳引机制动器的额定制动力矩
M空轿—空轿厢重量施加在制动轮上的力矩
当盘车测试力矩＜MP即出现制动块与制动轮之间滑动时，说明制动器的制动力矩比额定制动力矩变小，制动器的制动力矩不合格，制动器应调整；当盘车测试力矩≥MP还没有出现制动块与制动轮之间的滑动时，说明制动器的制动力矩能够达到额定制动力矩，制动器的制动力矩合格。
b. 轿厢与对重位于水平位置，轿厢内满载，用盘车手轮向下盘车时，制动器的临界力矩：
MP + M满轿≥MZ + M对
临界力矩：MP + M满轿= MZ + M对
MP = MZ - （ M满轿-M对）
M满轿= M空轿+ Q
式中：M满轿—轿厢满载重量施加在制动轮上的力矩；
其它MP、MZ、M对、Q与上式意义相同。
当盘车测试力矩＜MP即出现制动块与制动轮之间滑动时，说明制动器的制动力矩比额定制动力矩变小，制动器的制动力矩不合格，制动器应调整；当盘车测试力矩≥MP还没有出现制动块与制动轮之间的滑动时，说明制动器的制动力矩能够达到额定制动力矩，制动器的制动力矩合格。
6）盘车力矩的计算：
MP =F2×R制动轮半径
F2—为利用盘车手轮作用在制动轮上的力
本仪器盘车手轮上有一个大轮和一个小轮，大轮用于手动盘车的施力，小轮用于与制动轮的结合，两个轮通过同轴固定在一起，两个轮上的力矩是相同的。
F2×R小轮=F1× R大轮
F1—为人力施加于盘车手轮大轮上的力
F2= F1× R大轮÷R小轮
则：MP = F2×R制动轮半径= F1× R大轮÷R小轮×R制动轮半径
优选的，所述的盘车手轮可采用电动式盘车轮结构，它为在盘车轮上加装直流电机组成。
电机电压选取110VDC，功率选取输出力矩能达到额定载重量1600Kg、额定速度2.5m/s电梯的临界力矩的电机功率。电机转子轴伸出端安装盘车轮，盘车轮上安装力矩传感器，可实时向主控制器传送力矩测量值。控制及显示部分由电源开关、“启动/暂停”按钮、电脑芯片及触控液晶屏式的输入输出显示和直流电机的控制部分组成。电脑芯片及触控液晶屏式的输入输出显示部分的功能及输入输出参数与人力驱动盘车测量型号相同。直流电机的控制部分主要由电源的整流部分和电机控制电路组成，它通过控制输出电流的递增逐渐增加输出力矩，当从盘车轮处反馈的力矩达到临界力矩时，停止电机输出，完成测量；或者虽然输出力矩小于临界力矩而制动块与制动轮之间出现滑动时也停止电机输出，完成测量。为保证安全，当出现输出力矩达到临界力矩而电机未停止输出等故障时，设置“启动/暂停”按钮可人为停止电机运行。
本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：
1、仪器携带方便，便于电梯检验人员现场测量
本仪器装于一小型仪器箱中，重量只有五、六公斤，方便电梯检验人员现场携带；
2、测量过程方便、快捷
本仪器在现场不需任何接线，只需简单地输入电梯参数，就可自动计算出电梯的两种状态下的临界力矩，又因为本仪器是静态测量，与动态测量相比，测量时间更短；
3、测量数据科学、准确
本仪器的相关理论依据全部采用国家电梯相关的强制或推荐标准，例如GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》、GB/T 10059《电梯实验方法》、GB/T 10060-2011《电梯安装验收安全规范》、GB/T 24478-2009《电梯曳引机》等，计算模型建立科学，计算过程严谨，数据显示直接采用数码显示，准确，直观；
4、通用性强
本仪器采用可更换的盘车小轮，能够适用不同的电梯规格；
5、对实验电梯不会造成任何损害
本仪器采用静态测量的方法，与动态测量制动器的制动力矩的方法相比较，不会对电梯制动衬造成磨损，不会对电梯制动器造成任何损害；
6、安全性高
本仪器测量过程是在电梯本身断电静态状态下工作，所以对于测量人员更安全。
附图说明
图1和图2为盘车手轮的结构。
图3为控制系统的模块示意图。
图4为曳引轮和导向轮上拉力的示意图。
图5为电动式盘车结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
一种便携式在用电梯制动器制动力矩测试仪，它包括盘车装置和控制系统。
如图1和图2所示的盘车装置包括盘车手轮和与盘车手轮同轴且可拆卸的不同规格的小轮若干个；所述的小轮与盘车手轮的半径呈倍数关系，所述的小轮以四方轴轴接或六边形轴轴接的形式与盘车手轮实现同轴；所述的盘车手轮上装有力矩传感器和触控显示器；如图3所示的控制系统包括输入输出系统和电脑芯片控制系统，所述的输入输出系统录入的参数包括人工输入参数和传感器测量输入参数；所述的人工输入参数包括：电梯状态(空载为1，满载为2)、曳引机盘车主轮半径、曳引轮半径、空轿厢质量、曳引钢丝绳在曳引轮上的包角、曳引机额定转矩（或制动器额定制动力矩）、电梯额定载重量、平衡系数、曳引比、盘车小轮编号；所述的传感器测量参数为力矩传感器测量的人力施加在盘车手轮上的力矩。
所述的电梯状态指电梯的空载或满载状态；所述的盘车小轮编号的作用为确定盘车大小轮的半径比。
所述的电脑芯片控制系统的计算方式为：
1）电梯电机需要的功率公式：
(Kw)式中：P—电机所需要功率（Kw）；
Q—额定载重量（kg）；
V—轿厢速度（m/s）；
K平—平衡系数；
g—重力加速度（9.8m/s2）;
η—电梯系统效率
2）电机额定转矩（N·m）：
式中：P—电机所需要功率（Kw）；
ne—电机转速
3）对重的质量：
G对重质量= G空轿厢质量+ K平×Q
式中：G空轿厢质量—轿厢的自身质量；
K平—平衡系数；
Q—额定载重量（kg）
4）对重侧由于导向轮的作用在曳引轮上形成的垂直力：
在图4中，已知：包角为α，则β=180º-α
∆AOD中，∠AOD+∠OAD=90º
而OA⊥AC,所以∠BAC+∠OAD=90º
所以∠BAC=∠AOD=180º-α
∆ABC中，AB=COS∠BAC×AC=COS(180º-α)×AC
5）两种典型状态下临界力矩的计算：
a. 轿厢与对重位于水平位置，轿厢内空载，用盘车手轮向上盘车时，制动器的临界力矩：
MP+M对≥MZ+M空轿
临界力矩：MP + M对= MZ + M空轿
MP = MZ -（M对- M空轿）
式中：MP—盘车手轮施加在制动轮上的力矩
M对—对重重量施加在制动轮上的力矩
MZ—曳引机制动器的额定制动力矩
M空轿—空轿厢重量施加在制动轮上的力矩
当盘车测试力矩＜MP即出现制动块与制动轮之间滑动时，说明制动器的制动力矩比额定制动力矩变小，制动器的制动力矩不合格，制动器应调整；当盘车测试力矩≥MP还没有出现制动块与制动轮之间的滑动时，说明制动器的制动力矩能够达到额定制动力矩，制动器的制动力矩合格。
b. 轿厢与对重位于水平位置，轿厢内满载，用盘车手轮向下盘车时，制动器的临界力矩：
MP + M满轿≥MZ + M对
临界力矩：MP + M满轿= MZ + M对
MP = MZ - （ M满轿-M对）
M满轿= M空轿+ Q
式中：M满轿—轿厢满载重量施加在制动轮上的力矩；
其它MP、MZ、M对、Q与上式意义相同。
当盘车测试力矩＜MP即出现制动块与制动轮之间滑动时，说明制动器的制动力矩比额定制动力矩变小，制动器的制动力矩不合格，制动器应调整；当盘车测试力矩≥MP还没有出现制动块与制动轮之间的滑动时，说明制动器的制动力矩能够达到额定制动力矩，制动器的制动力矩合格。
6）盘车力矩的计算：
MP =F2×R制动轮半径
F2：为利用盘车手轮作用在制动轮上的力
本仪器盘车手轮上有一个大轮和一个小轮，大轮用于手动盘车的施力，小轮用于与制动轮的结合，两个轮通过同轴固定在一起，两个轮上的力矩是相同的。
F2×R小轮=F1× R大轮
F1—为人力施加于盘车手轮大轮上的力
F2= F1× R大轮÷R小轮
则：MP = F2×R制动轮半径= F1× R大轮÷R小轮×R制动轮半径
7）实施计算举例
假设曳引机额定力矩为650 N.m，平衡系数K平为46%，电梯额定载重量Q为1000kg，曳引轮半径R曳引轮为0.2m，曳引比为2/1，盘车手轮大轮与小轮的半径是8，空轿厢质量G空轿厢质量为900kg，包角α为150°。
（1）两种典型状态下轿厢与对重的重量差对制动轮上产生的力矩计算：
a、轿厢与对重位于水平位置，轿厢内空载，轿厢与对重的重量差对曳引轮上产生的力矩差：
M对- M空轿=G对重重量÷2×COS(180º-α)×g×R曳引轮- G空轿厢重量÷2×g×R曳引轮
=（G空轿厢质量+ K平×Q）÷2×COS(180º-α)×g×R曳引轮
- G空轿厢重量÷2×g×R曳引轮
=［（G空轿厢质量+ K平×Q）×COS(180º-α)- G空轿厢重量］÷2×g×R曳引轮
=［（900+46%×1000）×COS(180º-150º)-900］÷2×9.8×0.2
=［1360×0.866-900］÷2×9.8×0.2
=277÷2×9.8×0.2
=271.46Nm
b、轿厢与对重位于水平位置，轿厢内满载，轿厢与对重的重量差对曳引轮上产生的力矩差：
M满轿 -M对=（G空轿厢质量+Q）÷2×g×R曳引轮-G对重重量÷2×COS(180º-α)×g×R曳引轮
=［（G空轿厢质量+ Q）-（G空轿厢质量+ K平×Q）×COS(180º-α)］÷2×g×R曳引轮
=［（900+1000）-（900+46%×1000）×COS(180º-150º)］÷2×9.8×0.2
=723÷2×9.8×0.2
=708.54Nm
(2)两种典型状态下临界力矩的计算：
a、轿厢与对重位于水平位置，轿厢内空载，用盘车手轮向上盘车时，制动器的临界力矩：
MP =MZ-（M对- M空轿）=650×2.5-271.46=1353.54 N·m
b、轿厢与对重位于水平位置，轿厢内满载，用盘车手轮向下盘车时，制动器的临界力矩：
MP = MZ -（M满轿 -M对）=650×2.5-708.54=916.46 N·m
(3)两种典型状态下施加在盘车手轮上的临界力的计算：
a、轿厢与对重位于水平位置，轿厢内空载，用盘车手轮向上盘车时，人力作用盘车手轮上的力：
Ｆ１＝1353.54÷0.2×1/8=845.96N
b、轿厢与对重位于水平位置，轿厢内满载，用盘车手轮向下盘车时，人力作用盘车手轮上的力：
Ｆ１＝916.46÷0.2×1/8=572.79N
如图5所示的为电动式盘车轮结构，它为在盘车轮上加装直流电机组成。
电机电压选取110VDC，功率选取输出力矩能达到额定载重量1600Kg、额定速度2.5m/s电梯的临界力矩的电机功率。电机转子轴伸出端安装盘车轮，盘车轮上安装力矩传感器，可实时向主控制器传送力矩测量值；控制及显示部分由电源开关、“启动/暂停”按钮、电脑芯片及触控液晶屏式的输入输出显示和直流电机的控制部分组成。电脑芯片及触控液晶屏式的输入输出显示部分的功能及输入输出参数与人力驱动盘车测量型号相同。直流电机的控制部分主要由电源的整流部分和电机控制电路组成，它通过控制输出电流的递增逐渐增加输出力矩，当从盘车轮处反馈的力矩达到临界力矩时，停止电机输出，完成测量；或者虽然输出力矩小于临界力矩而制动块与制动轮之间出现滑动时也停止电机输出，完成测量。为保证安全，当出现输出力矩达到临界力矩而电机未停止输出等故障时，设置“启动/暂停”按钮可人为停止电机运行。

Claims (3)

1.一种便携式在用电梯制动器制动力矩测试仪，它包括盘车装置和控制系统，其特征在于：所述的盘车装置包括盘车手轮和与盘车手轮同轴且可拆卸的不同规格的小轮若干个；所述的小轮与盘车手轮的半径呈倍数关系，所述的小轮以四方轴轴接或六边形轴轴接的形式与盘车手轮实现同轴；所述的盘车手轮上装有力矩传感器和触控显示器；所述的控制系统包括输入输出系统和电脑芯片控制系统，所述的输入输出系统录入的参数包括人工输入参数和传感器测量输入参数；所述的人工输入参数包括：电梯状态、曳引机盘车主轮半径、曳引轮半径、空轿厢质量、曳引钢丝绳在曳引轮上的包角、曳引机额定转矩或制动器额定制动力矩、电梯额定载重量、平衡系数、曳引比、盘车小轮编号；所述的传感器测量参数为力矩传感器测量的人力施加在盘车手轮上的力矩；所述的电梯状态指电梯的空载或满载状态；所述的盘车小轮编号的作用为确定盘车大小轮的半径比。
2.根据权利要求1所述的一种便携式在用电梯制动器制动力矩测试仪，其特征在于：
所述的电脑芯片控制系统的计算方式为：
1）电梯电机需要的功率公式：
(Kw) 式中：P—电机所需要功率（Kw）；
Q—额定载重量（kg）；
V—轿厢速度（m/s）；
K平—平衡系数；
g—重力加速度（9.8m/s2）;
η—电梯系统效率
2）电机额定转矩（N·m）
式中：P—电机所需要功率（Kw）；
ne—电机转速
对重的质量
G对重质量= G空轿厢质量+ K平×Q
式中：G空轿厢质量—轿厢的自身质量；
K平—平衡系数；
Q—额定载重量（kg）
对重侧由于导向轮的作用在曳引轮上形成的垂直力：
T=cos(180-α) ×T拉
式中：
α—曳引钢丝绳在曳引轮上的包角
T拉—导向轮侧拉力
5）两种典型状态下临界力矩的计算
a.轿厢与对重位于水平位置，轿厢内空载，用盘车手轮向上盘车时，制动器的临界力矩；
MP+M对≥MZ+M空轿
临界力矩：MP + M对= MZ + M空轿
MP = MZ -（M对- M空轿）
式中：MP—盘车手轮施加在制动轮上的力矩
M对—对重重量施加在制动轮上的力矩
MZ—曳引机制动器的额定制动力矩
M空轿—空轿厢重量施加在制动轮上的力矩
当盘车测试力矩＜MP即出现制动块与制动轮之间滑动时，说明制动器的制动力矩比额定制动力矩变小，制动器的制动力矩不合格，制动器应调整；当盘车测试力矩＞MP还没有出现制动块与制动轮之间的滑动时，说明制动器的制动力矩比额定制动力矩大，制动器的制动力矩合格；
b.轿厢与对重位于水平位置，轿厢内满载，用盘车手轮向下盘车时，制动器的临界力矩；
MP + M满轿≥MZ + M对
临界力矩：MP + M满轿= MZ + M对
MP = MZ - （M满轿-M对）
式中：M满轿—轿厢满载重量施加在制动轮上的力矩；
其它MP、MZ、M对与上式意义相同；
当盘车测试力矩＜MP即出现制动块与制动轮之间滑动时，说明制动器的制动力矩比额定制动力矩变小，制动器的制动力矩不合格，制动器应调整；当盘车测试力矩＞MP还没有出现制动块与制动轮之间的滑动时，说明制动器的制动力矩比额定制动力矩大，制动器的制动力矩合格；
6）盘车力矩的计算
MP =F2×R制动轮半径
F2：为利用盘车手轮作用在制动轮上的力
盘车手轮上有一个大轮和一个小轮，大轮用于手动盘车的施力，小轮用于与制动轮的结合，两个轮通过同轴固定在一起，两个轮上的力矩是相同的；
F2×R小轮=F1× R大轮
F1—为人力施加于盘车手轮大轮上的力
F2= F1× R大轮÷R小轮
则：MP = F2×R转子= F1× R大轮÷R小轮×R制动轮半径。
3.根据权利要求2所述的一种便携式在用电梯制动器制动力矩测试仪，其特征在于：所述的盘车手轮可采用电动式盘车轮结构，它为在盘车轮上加装直流电机组成；电机电压选取110VDC，功率选取输出力矩能达到额定载重量1600Kg、额定速度2.5 m/s电梯的临界力矩的电机功率；电机转子轴伸出端安装盘车轮，盘车轮上安装力矩传感器，可实时向主控制器传送力矩测量值；控制及显示部分由电源开关、“启动/暂停”按钮、电脑芯片及触控液晶屏式的输入输出显示和直流电机的控制部分组成；电脑芯片及触控液晶屏式的输入输出显示部分的功能及输入输出参数与人力驱动盘车测量型号相同；直流电机的控制部分主要由电源的整流部分和电机控制电路组成，它通过控制输出电流的递增逐渐增加输出力矩，当从盘车轮处反馈的力矩达到临界力矩时，停止电机输出，完成测量；或者虽然输出力矩小于临界力矩而制动块与制动轮之间出现滑动时也停止电机输出，完成测量；为保证安全，当出现输出力矩达到临界力矩而电机未停止输出等故障时，设置“启动/暂停”按钮可人为停止电机运行。
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