CN105621185A - 一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检装置和方法，解决齿条式升降机制动器测试依靠人为判断，可靠性差的问题。本装置包括井架、吊笼、带动吊笼升降的齿轮和齿条，齿轮通过电机驱动，通过制动器制动。本装置设置变频器控制电机输出的频率、电压、电流，设置重力传感器读取吊笼的重力数据。本方法在新装制动器时对125％载重的吊笼重力扭矩T_L进行测定、对电机最大堵转扭矩T_m进行测定，继而制定参考制动扭矩T_R。每次升降机启动时候，自检检测实际制动扭矩T_H，与参考制动扭矩T_R进行比较进行自检。本发明以新装制动器制动力为标准制定参考制动力矩，并在每次升降机开机时进行制动力矩校验，保障升降机工作安全可靠。

Description

一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检装置和方法

技术领域

本发明属于升降机领域，涉及一种齿条式升降机，特别涉及一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检装置和方法。

背景技术

建筑机械中最常用的齿条式垂直升降机是把人及建筑器材等送到所需楼层的常用运输设备。这种升降机的井架垂直地面固定在地基上，并通过支架和建筑墙壁固定，装载人及货物的吊笼通过固定在吊笼顶端传动板的电机带动齿轮沿着固定的井架上的齿条来实现升降工作。升降机的载重吊笼能够停止在井架的任意位置是依靠制动器制动。制动器的制动摩擦力矩大于重物运动时产生的重力扭矩时就能够可靠制动。如果制动器的摩擦制动力矩不够，则升降机载重吊笼就不能够停止在指令位置而下滑。这种由于制动力矩的不足，后果十分严重，不但会产生溜勾下滑，甚至会导致机毁人亡。

制动器制动力矩的测试是升降机最重要的安全措施之一。以往的对制动器制动力矩的测试是凭操作员的经验来判别，如果操作员觉得制动疲软，即不能在很短时间内停止吊笼，就要求更换制动器制动片。这种方法受人为因素影响大，既不可靠又不安全。

发明内容

本发明的目的在于解决齿条式升降机制动器测试依靠人为判断，可靠性差的问题，提供一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检装置和方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检装置，包括井架、竖直固定在井架上的齿条、吊笼以及随吊笼升降的电机，电机输出轴刚性连接与齿条啮合的齿轮，所述吊笼上方设有带动吊笼升降的传动板，电机设置在传动板上，电机上固定有制动器，传动板上还设有监测吊笼升降动作的位移传感器，传动板和吊笼之间设有获取吊笼重量信息的重力传感器，吊笼上设有控制电机运行参数的变频器。

作为优选，所述吊笼上还设有控制器，所述变频器、位移传感器、重力传感器均与控制器相连。

作为优选，所述位移传感器为设置在电机轴上的电机转动传感器或者设置在齿条上的齿轮齿数传感器。

一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检方法，包括以下步骤：

步骤1、电机运行参考参数标定：吊笼在125％额定负载的条件下，电机驱动吊笼上行，在最高速上行的条件下，测得变频器的输出频率f₁、输出电压u₁、输出电流i₁、及重力传感器信息m_Lg；在后续测试自检中保持输出频率f₁稳定不变；

步骤2、升降机新装时的制动器参考制动力矩T_R标定：

步骤2.1、计算吊笼重物重量所产生的扭矩T_L与步骤1频率f₁、电压u₁、电流i₁、重力m_Lg的函数关系：T_L＝k_lM_Lg＝f(f₁.u₁.i₁)＝k_pp_l；

其中：k_l为重力扭矩转换系数，与制动器制动盘面积、摩擦系数、弹簧压力的有关的已知参数；k_p为输出功率p_l与重力扭矩T_L之间的关系系数，p_l为变频器输出的功率p_l＝u₁i₁；

步骤2.2、在制动的状态下，变频器对电机输出反向转矩功率，此时电机堵转，保持输出频率为f₁，不断加大变频器输出功率，直至电机转动传感器检测到转动信号，记录此时的变频器输出电压u₂、输出电流i₂和输出功率p_m，计算电机施加于制动器的电机堵转扭矩

$T_m=K_m\frac{{\mathrm{SR}}_2{u_2}^2}{{R_2}^2+{{\mathrm{SX}}_2}^2},$

其中，k_m为常数，与电机的材料、结构等有关，对于固定电机来说是固定常数；

S是电机工作时的转差比，N为电机同步转速，对于额定电机N＝60f₁；n为电机实际转速，电机堵转时n＝0，此时S＝1；

R₂是转子内阻；X₂为堵转时候的转子电感量，即X₂＝ωL₂，L₂为转子等效电感，ω＝2πf₁为变频器提供的角频率；

因此得到： $T_m=K_m\frac{R_2{u_2}^2}{{R_2}^2+{X_2}^2}={{\mathrm{K\δu}}_2}^2,$ 其中 $\mathrm{\δ}=\frac{R_2}{{R_2}^2+{X_2}^2};$

步骤2.3、制定参考制动力矩T_R，当T_m≤T_L时，取T_R＝T_L+T_m，当T_m≥T_L，取T_R＝2T_L；

步骤3、升降机每次开机时制动力矩自检：

步骤3.1、在开机后的第一时间，使吊笼处于悬空状态，并测得吊笼的重力信息m_L'g，计算吊笼重力扭矩T_L'＝k_lM_L'g；

步骤3.2、制动器处于制动状态，变频器对电机输出反向转矩功率，此时电机堵转，保持输出频率为f₁，不断加大变频器输出功率，直至电机转动传感器检测到转动信号，记录此时的变频器输出电压u₂'，输出电流i₂'和输出功率p_m'，计算电机堵转扭矩

${T_m}^{\′}=K_m\frac{R_2{u_2}^{\′2}}{{R_2}^2+{X_2}^2}={{\mathrm{K\δu}}_2}^{\′2};$

步骤3.3、将u₂'，i₂'与分别与标定参数u₁、i₁比较，若是u₂'>u₁、i₂'>i₁，则认定制动器合格，否则进行步骤3.4；

步骤3.4、计算电机实际制动力矩T_H＝T_L'+T_m'，与T_R对比，若T_H≥80％T_R，则认为制动器合格；若50％T_R≤T_H≤80％T_R，认为制动器制动力不足报警；若50％T_R≤T_H，则认为制动器失效，强制停机。

工程应用上按照[TSGT7001-2009]规定，当吊笼载有125％的额定负载并以额定速度向下运行时，升降机突然失电时制动器应该使使电机停止转动并使吊笼可靠停止。即制动器必须迅速吸收此时的能量， $\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2=F_{H}S=F_{H}RSin\mathrm{\θ}=T_{H}Sin\mathrm{\θ};T_H=F_{H}R,$

式中：m为吊笼载重总重量；v为吊笼最大下降速度；F_H为制动器摩擦力；S为制动力做功的距离，也即吊笼下坠距离；s＝Rsinθ为制动摩擦盘偏移量，θ为制动盘的旋转角度，T_H为制动力矩，由上可见，制动器摩擦力越大，制动力矩就越大，制动时的下坠时间越短，制动越安全可靠。因此验证时必须设置足够可靠的制动力矩参考值，才能保证制动安全。

本发明以新装制动器的最大制动力矩或者超载状态下的吊笼重力力矩的两倍值为参考制动力矩，并在每次升降机开机时进行制动力矩校验，保障升降机工作安全可靠。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明参考制动力矩标定流程图。

图3是本发明升降机启动自检流程图。

图中：1-井架，2-齿条，3-齿轮，4-吊笼，5-制动器，6-电机，7-电机转动传感器，8-控制器，9-变频器，10-传动板，11-重力传感器。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。

实施例：一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检装置，如图1所示。本装置包括井架1，吊笼4，吊笼4上方设有带动吊笼升降的传动板10，传动板上设有电机6，电机输出轴刚性连接有齿轮3，井架上固定有竖向设置的齿条2，齿轮3与齿条2啮合，通过电机转动带动齿轮在齿条上啮合滚动实现吊笼升降。电机6上固定有制动器5，电机轴上还设有检测电机轴是否转动的电机转动传感器7，传动板和吊笼之间设有获取吊笼重量信息的重力传感器11，吊笼上设有控制电机运行参数的变频器9以及控制变频器输出参数的控制器8。

齿条式施工升降机制动力矩的测试自检方法，包括以下步骤：

步骤1、电机运行参考参数标定：吊笼在125％额定负载的条件下，电机驱动吊笼上行，在最高速上行的条件下，测得变频器的输出频率f₁、输出电压u₁、输出电流i₁、及重力传感器信息m_Lg；在后续测试自检中保持输出频率f₁稳定不变；

步骤2、升降机新装时的制动器参考制动力矩T_R标定，如图2所示：

步骤2.1、计算吊笼重物重量所产生的扭矩T_L与步骤1频率f₁、电压u₁、电流i₁、重力m_Lg的函数关系：T_L＝k_lM_Lg＝f(f₁.u₁.i₁)＝k_pp_l；

其中：k_l为重力扭矩转换系数，与制动器制动盘面积、摩擦系数、弹簧压力的有关的已知参数；k_p为输出功率p_l与重力扭矩T_L之间的关系系数，p_l为变频器输出的功率p_l＝u₁i₁；

步骤2.2、在制动的状态下，变频器对电机输出反向转矩功率，此时电机堵转，保持输出频率为f₁，不断加大变频器输出功率，直至电机转动传感器检测到转动信号，记录此时的变频器输出电压u₂、输出电流i₂和输出功率p_m，计算电机施加于制动器的电机堵转扭矩

$T_m=K_m\frac{{\mathrm{SR}}_2{u_2}^2}{{R_2}^2+{{\mathrm{SX}}_2}^2},$

其中，k_m为常数，与电机的材料、结构等有关，对于固定电机来说是固定常数；

S是电机工作时的转差比，N为电机同步转速，对于额定电机N＝60f₁；n为电机实际转速，电机堵转时n＝0，此时S＝1；

R₂是转子内阻；X₂为堵转时候的转子电感量，即X₂＝ωL₂，L₂为转子等效电感，ω＝2πf₁为变频器提供的角频率；

因此得到： $T_m=K_m\frac{R_2{u_2}^2}{{R_2}^2+{X_2}^2}={{\mathrm{K\δu}}_2}^2,$ 其中 $\mathrm{\δ}=\frac{R_2}{{R_2}^2+{X_2}^2};$

步骤2.3、制定参考制动力矩T_R，当T_m≤T_L时，取T_R＝T_L+T_m，当T_m≥T_L，取T_R＝2T_L；

步骤3、升降机每次开机时制动力矩自检，如图3所示：

步骤3.1、在开机后的第一时间，使吊笼处于悬空状态，并测得吊笼的重力信息m_L'g，计算吊笼重力扭矩T_L'＝k_lM_L'g；

步骤3.2、制动器处于制动状态，变频器对电机输出反向转矩功率，此时电机堵转，保持输出频率为f₁，不断加大变频器输出功率，直至电机转动传感器检测到转动信号，记录此时的变频器输出电压u₂'，输出电流i₂'和输出功率p_m'，计算电机堵转扭矩

${T_m}^{\′}=K_m\frac{R_2{u_2}^{\′2}}{{R_2}^2+{X_2}^2}={{\mathrm{K\δu}}_2}^{\′2};$

步骤3.3、将u₂'，i₂'与分别与标定参数u₁、i₁比较，若是u₂'>u₁、i₂'>i₁，则认定制动器合格，否则进行步骤3.4；

步骤3.4、计算电机实际制动力矩T_H＝T_L'+T_m'，与T_R对比，若T_H≥80％T_R，则认为制动器合格；若50％T_R≤T_H≤80％T_R，认为制动器制动力不足报警；若50％T_R≤T_H，则认为制动器失效，强制停机。

Claims (4)

1.一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检装置，包括井架、竖直固定在井架上的齿条、吊笼以及随吊笼升降的电机，电机输出轴刚性连接与齿条啮合的齿轮，其特征在于，所述吊笼上方设有带动吊笼升降的传动板，电机设置在传动板上，电机上固定有制动器，传动板上还设有监测吊笼升降动作的位移传感器，传动板和吊笼之间设有获取吊笼重量信息的重力传感器，吊笼上设有控制电机运行参数的变频器。

2.根据权利要求1所述的一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检装置，其特征在于：所述吊笼上还设有控制器，所述变频器、位移传感器、重力传感器均与控制器相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检装置，其特征在于：所述位移传感器为设置在电机轴上的电机转动传感器或者设置在齿条上的齿轮齿数传感器。

4.一种齿条式施工升降机制动力矩的测试自检方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、电机运行参考参数标定：吊笼在125％额定负载的条件下，电机驱动吊笼上行，在最高速上行的条件下，测得变频器的输出频率f₁、输出电压u₁、输出电流i₁、及重力传感器信息m_Lg；在后续测试自检中保持输出频率f₁稳定不变；

步骤2、升降机新装时的制动器参考制动力矩T_R标定：

步骤2.1、计算吊笼重物重量所产生的扭矩T_L与步骤1频率f₁、电压u₁、电流i₁、重力m_Lg的函数关系：T_L＝k_lM_Lg＝f(f₁.u₁.i₁)＝k_pp_l；

其中：k_l为重力扭矩转换系数，与制动器制动盘面积、摩擦系数、弹簧压力的有关的已知参数；k_p为输出功率p_l与重力扭矩T_L之间的关系系数，p_l为变频器输出的功率p_l＝u₁i₁；

步骤2.2、在制动的状态下，变频器对电机输出反向转矩功率，此时电机堵转，保持输出频率为f₁，不断加大变频器输出功率，直至电机转动传感器检测到转动信号，记录此时的变频器输出电压u₂、输出电流i₂和输出功率p_m，计算电机施加于制动器的电机堵转扭矩 $T_m=K_m\frac{{\mathrm{SR}}_2{u_2}^2}{{R_2}^2+{{\mathrm{SX}}_2}^2},$

其中，k_m为常数，与电机的材料、结构等有关，对于固定电机来说是固定常数；

S是电机工作时的转差比，N为电机同步转速，对于额定电机N＝60f₁；n为电机实际转速，电机堵转时n＝0，此时S＝1；

R₂是转子内阻；X₂为堵转时候的转子电感量，即X₂＝ωL₂，L₂为转子等效电感，ω＝2πf₁为变频器提供的角频率；

因此得到： $T_m=K_m\frac{R_2{u_2}^2}{{R_2}^2+{X_2}^2}={{\mathrm{K\δu}}_2}^2,$ 其中 $\mathrm{\δ}=\frac{R_2}{{R_2}^2+{X_2}^2};$

步骤2.3、制定参考制动力矩T_R，当T_m≤T_L时，取T_R＝T_L+T_m，当T_m≥T_L，取T_R＝2T_L；

步骤3、升降机每次开机时制动力矩自检：

步骤3.1、在开机后的第一时间，使吊笼处于悬空状态，并测得吊笼的重力信息m_L'g，计算吊笼重力扭矩T_L'＝k_lM_L'g；

步骤3.2、制动器处于制动状态，变频器对电机输出反向转矩功率，此时电机堵转，保持输出频率为f₁，不断加大变频器输出功率，直至电机转动传感器检测到转动信号，记录此时的变频器输出电压u₂'，输出电流i₂'和输出功率p_m'，计算电机堵转扭矩 ${T_m}^{\′}=K_m\frac{R_2{u_2}^{\′2}}{{R_2}^2+{X_2}^2}={{\mathrm{K\δu}}_2}^{\′2};$

步骤3.3、将u₂'，i₂'与分别与标定参数u₁、i₁比较，若是u₂'>u₁、i₂'>i₁，则认定制动器合格，否则进行步骤3.4；

步骤3.4、计算电机实际制动力矩T_H＝T_L'+T_m'，与T_R对比，若T_H≥80％T_R，则认为制动器合格；若50％T_R≤T_H≤80％T_R，认为制动器制动力不足报警；若50％T_R≤T_H，则认为制动器失效，强制停机。