CN106715310B - 基于振动的电梯牵拉构件磨损和寿命监视系统 - Google Patents

Abstract

一种电梯系统(100)包括电梯驱动系统(101)和磨损监视系统(102)，所述电梯驱动系统包括在拉紧状态下支承电梯轿厢(106)的牵拉构件(103)。所述监视系统包括用于检测所述牵拉构件和所述电梯轿厢的至少其中之一的振动的振动传感器(111)和用于基于所述振动检测器检测到的所述牵拉构件的振动确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平的分析单元(112)。

Description

基于振动的电梯牵拉构件磨损和寿命监视系统

发明背景

本发明的实施例涉及电梯，并且具体地来说涉及电梯牵拉构件的基于振动的磨损和寿命监视。

电梯系统典型地利用牵拉构件，如绳、带、传送带或缆绳来沿着电梯井推送电梯轿厢。一种类型的牵拉构件是可以由外套材料内的多个束线构成的镀层钢带。在正常电梯工作期间，随着牵拉构件行进通过电梯系统的驱动滑轮和导向滑轮，牵拉构件承受大量次数的弯曲循环。此外，随着时间推移，作用于牵拉构件上的电梯轿厢的重量可能导致牵拉构件的拉伸，这可能导致疲劳，如在牵拉构件中形成微裂纹。此类疲劳是对牵拉构件的使用寿命缩短的主要促成因素。虽然可以通过计算来估计牵拉构件的使用寿命，但是往往利用寿命监视系统来获取镀层钢牵拉构件的剩余寿命的更精确估计。

一种此类系统是称为基于电阻的检验(RBI)。RBI系统监视牵拉构件中的每个线束的电阻。但是，一些线束构造未展现人可以关联到多个完全循环或线束劣化的显著且可测量的电阻变化。在此类情况中，基于线束的电阻变化来估计牵拉构件状况是困难的，因为线束的电阻随着线束磨损的变化量值很小。

发明概要

本发明的实施方案包括电梯系统。该系统可以包括电梯驱动系统和磨损和寿命监视系统，该电梯驱动系统包括在拉紧状态下支承电梯轿厢的牵拉构件。该磨损和寿命监视系统可以包括用于检测牵拉构件和电梯轿厢的至少其中之一的振动的振动传感器和用于基于振动检测器检测到的牵拉构件的振动确定牵拉构件的磨损和寿命的水平的磨损和寿命分析单元。

在一个实施方案中，该振动传感器可以检测电梯轿厢的振动，以及该磨损和寿命分析单元可以基于电梯轿厢的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平。

在上文的实施方案中或在备选中，该振动传感器可以直接检测牵拉构件的振动，以及该磨损和寿命分析单元可以基于牵拉构件的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平。

在上文的实施方案中或在备选中，该振动传感器可以通过检测一个或多个牵拉构件引导元件的振动来检测牵拉构件的振动，以及该磨损和寿命分析单元可以基于牵拉构件引导元件的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平。

在上文的实施方案中或在备选中，该振动传感器可以包括连接到电梯轿厢和牵拉构件引导元件的其中之一以分别用于检测电梯轿厢和牵拉构件引导元件的振动的加速仪。

在上文的实施方案中或在备选中，该振动传感器可被配置成检测牵拉构件的纵向振动。

在上文的实施方案中或在备选中，该磨损和寿命分析单元可被配置成通过执行所检测的振动的频谱分析并测量所检测的振动相对于参考频谱的频率偏移程度来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平。

在上文的实施方案中或在备选中，该磨损和寿命分析单元可被配置成通过确定牵拉构件的弹性模量来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平。

在上文的实施方案中或在备选中，振动诱发元件产生牵拉构件和电梯轿厢的至少其中之一的振动。

根据本发明的另一个实施方案，一种确定支承负载的牵拉构件的磨损和寿命的水平的方法包括检测电梯轿厢和支承电梯轿厢的牵拉构件的其中之一的振动，并基于所检测到的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平。

在上文的实施方案中，确定牵拉构件的磨损和寿命的水平可以包括基于所检测到的振动来确定牵拉构件的弹性模量。

在上文的实施方案中或在备选中，检测电梯轿厢和支承电梯轿厢的牵拉构件的其中之一的振动可以包括检测电梯轿厢的振动，以及基于所检测到的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平可以包括基于电梯轿厢的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平。

在上文的实施方案中或在备选中，检测电梯轿厢和支承电梯轿厢的牵拉构件的其中之一的振动可以包括直接地检测牵拉构件的振动，以及基于所检测到的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平可以包括基于牵拉构件的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平。

在上文的实施方案中或在备选中，检测电梯轿厢和支承电梯轿厢的牵拉构件的其中之一的振动可以包括检测一个或多个牵拉构件引导元件的振动，以及基于所检测到的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平可以包括基于一个或多个牵拉构件引导元件的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平。

在上文的实施方案中或在备选中，检测电梯轿厢和支承电梯轿厢的牵拉构件的其中之一的振动可以包括检测牵拉构件的纵向振动。

在上文的实施方案中或在备选中，基于所检测到的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平可以包括执行所检测的振动的频谱分析以及测量所检测的振动相对于参考频谱的频率偏移程度。

根据实施方案的另一个实施方案，牵拉构件磨损和寿命监视系统包括用于检测电梯轿厢和支承电梯轿厢的牵拉构件的至少其中之一的振动的传感器和用于基于一个或多个传感器检测到的牵拉构件的振动来确定牵拉构件的磨损和寿命的水平的磨损和寿命分析单元。

在上文的实施方案中，该一个或多个传感器可被配置成检测牵拉构件的纵向振动。

在上文的实施方案中或在备选中，该一个或多个传感器可被配置成检测电梯轿厢的轿厢振动。

附图简述

视为本发明公开的发明标的，具体在说明书结论处的权利要求中予以指出并对其明确地要求权利。鉴于下文结合附图的详细描述，本发明的前述和其他特征和优点是显而易见的。

图1图示根据本发明的实施方案的电梯系统；

图2图示根据本发明实施方案的方法的流程图；

图3图示根据本发明另一个实施方案的电梯系统；

图4A图示根据本发明实施方案的检测到的振动；

图4B图示根据本发明实施方案的检测到的振动的频谱分析；

图5A图示根据本发明实施方案的另一种频谱分析；以及

图5B图示根据本发明实施方案的相位偏移。

具体实施方式

电梯系统中的牵拉构件承受磨损，以及高磨损程度可能导致系统中的意外或其他故障。本发明的实施方案涉及通过测量牵拉构件或牵拉构件支承的电梯轿厢的振动来确定电梯系统中的牵拉构件的磨损和寿命。实施方案包括使用能够应用于多种电梯牵拉构件的基于振动的系统来提供磨损和寿命预测能力的系统。

图1图示根据本发明的实施方案的电梯系统100。图2图示根据本发明实施方案的方法的流程图。系统100可以包括电梯驱动系统101和牵拉构件磨损和寿命检测系统102。电梯驱动系统101包括牵拉构件103，牵拉构件103也可以称为缆绳、传送带、带或绳。牵拉构件103支持电梯轿厢106的重量。牵拉构件103可以由足够强以支持包括电梯轿厢106的重量的预定重量的任何材料制成。可以制成牵拉构件103的材料的示例包括钢缆和碳纤维，但是实施方案不限于这些材料。

电梯驱动系统101还包括牵拉构件引导元件104和配重装置105。牵拉元件引导元件104包括影响牵拉构件103的路径的任何元件，且可包括驱动牵拉构件103的驱动元件和更改或管理牵拉构件103的路径的被动元件。牵拉构件引导元件104的示例包括轴、滚轮、齿轮、驱动滑轮、导向轮或振动或具有基于牵拉构件103的振动而改变的其他特征的任何其他元件。例如，由引用数字104指代的牵拉构件引导元件可以基于牵拉构件103的振动而振动。

磨损和寿命检测系统102包括振动传感器111和牵拉构件磨损和寿命分析单元112。虽然图示一个振动传感器111，但是可以在系统100中包括任何数量的振动传感器111。在一个实施方案中，振动传感器111测量牵拉构件引导元件104的振动，如从牵拉构件引导元件104延伸的虚线箭头所示。在另一个实施方案中，传感器111直接地检测牵拉构件103的振动。此类传感器可以是例如光传感器或位置传感器。此类传感器由直接从牵拉构件103延伸的虚线指示。在又一个实施方案中，传感器111测量电梯轿厢106的振动，如从牵拉构件引导元件111延伸的虚线箭头所示。换言之，本发明的实施方案兼且涵盖通过牵拉构件引导元件104或电梯轿厢106间接地测量牵拉构件103的振动的实施方案以及直接测量牵拉构件103的振动的实施方案。一些实施方案涵盖直接设在电梯轿厢106、牵拉构件103和牵拉构件引导元件104上的传感器，以及远离电梯轿厢106、牵拉构件103和牵拉构件引导元件104设置的传感器。传感器的示例包括加速仪、速度传感器、光传感器、磁传感器以及能够直接或远距离地测量振动的任何其他传感器。例如，可以将光传感器设在远离牵拉构件103的位置以测量牵拉构件103的振动，同时可以将加速仪直接设在电梯轿厢106上以测量电梯轿厢106的振动。

磨损和寿命分析单元112包括频谱分析单元113、频率偏移检测单元114和阈值信号监视单元115。

参考图1和图2，在图2的框201中，确定作用于牵拉构件103上的负载。在一个实施方案中，在已知电梯轿厢106是空载且该负载对应于空载电梯轿厢106的重量时测量牵拉构件103或电梯轿厢106的振动。在另一个实施方案中，电梯轿厢106可能有乘客或货物，并且可以测量乘客或货物的重量来计算负载。在图2的框202中，振动传感器111检测牵拉构件103和电梯轿厢106的其中一个或二者兼有的振动。牵拉传感器111可以直接通过指向牵拉构件103或位于牵拉构件103上的传感器来检测牵拉构件103的振动，或该传感器可以间接地通过一个或多个传送带引导元件104来测量牵拉构件103的振动。相似地，传感器111可以直接通过位于或指向电梯轿厢106的传感器来测量电梯轿厢106的振动，或间接地通过连接到电梯轿厢106的元件来测量电梯轿厢106的振动。

可以在电梯系统100的正常工作期间或在电梯系统100的受控测试期间，由振动传感器111来执行测量。例如，如果由电梯轿厢106来渡运乘客或货物，乘客或货物的重量可能影响牵拉构件103的振动频率。相应地，通过磨损和寿命分析单元112对牵拉构件103或电梯轿厢106的振动进行任何分析都将电梯轿厢106中的乘客或货物的重量纳入考虑。在一个实施方案中，测量牵拉构件103或电梯轿厢106的振动包括在电梯轿厢106中无乘客的情况下运行电梯系统100并测量振动。在一个实施方案中，通过停止电梯轿厢106在系统中生成振动，然后测量所产生的振动。

在图3所示的备选实施方案中，可以将振动诱发元件116应用于牵拉构件103或电梯轿厢106以便对系统产生刺激，而系统则产生轿厢或牵拉构件振动响应。例如，此振动诱发事件可以是轿厢中无人的非工作运行期间在着地处轿厢的预编程制动停止。

图4A图示根据本发明一个实施方案的牵拉构件103的测量振动的波形401的示例，其中水平轴对应于时间以及垂直轴对应于量值。牵拉构件103的振动可以是相对较高频率的振动，如在数百赫兹的范围或兆赫范围中，而电梯轿厢106的振动可以是在低频范围中，如一位数赫兹或数十赫兹。

再次参考图1和图2，在框205中，频谱分析单元113可以执行振动测量的频谱分析113以确定牵拉构件103或电梯轿厢106振动所在的频率。频谱分析单元113包括能够接收具有特定频率信息的信号并基于所接收的信号生成频谱以表示所接收的信号的频率信息的任何存储器、处理器、逻辑和用于控制该处理器的软件。图4B图示由图4A的波形401的频谱分析得到的频谱402的示例。在图4B中，水平轴对应于频率，以及垂直轴对应于量值。

在图2的框206中，频率偏移检测单元114可以分析通过频谱分析生成的频谱，并且可以确定相对于参考频谱的频率偏移，该参考频谱为诸如从先前振动测量获得的频谱或任何其他预定义的频谱。频率偏移检测单元114可以包括用于存储预定义的频谱或来自频谱分析的先前测量的频谱的任何存储器，以及用于检测频谱中的频率偏移的任何其他处理器、逻辑和其他电路。图5A图示第一次频谱分析生成的参考频谱501，图5B图示至第二频谱502的频率偏移。此类频率偏移可以指示例如牵拉构件103的磨损和寿命。

在图2的框203中，基于框202中检测到的振动来确定牵拉构件103的磨损和寿命。例如，可以基于图2的框206中由频率偏移单元114检测到的频率偏移来确定牵拉构件103的磨损和寿命。

在测量电梯轿厢106的主振动的实施方案中，根据如下公式，测得的振动的频率对应于牵拉构件103的特性：

K_牵拉构件＝nEA/L，以及 (1)

f_轿厢＝(1/2π)*√(K牵_拉构件/M) (2)

在上文公式(1)中，K表示牵拉构件103的频率偏移，n表示构成电梯系统100的牵拉构件的数(牵拉构件103可以仅包括一个牵拉构件或多个牵拉构件)，E表示牵拉构件103的弹性模量，A表示牵拉构件103的横截面面积并且L表示牵拉构件长度。在公式(2)中，f_轿厢是电梯轿厢106的振动频率并且M是电梯轿厢106的质量。根据上文公式(1)和(2)，电梯轿厢106振动所在的频率的偏移与牵拉构件103的弹性模量E以及电梯轿厢及其所含有效负载的质量相关。此信息可以用于预测牵拉构件的弹性模量的变化，可以进一步将其与牵拉构件103的磨损和寿命的有效水平建立相关性。

在测量牵拉构件103的振动的实施方案中，牵拉构件103的测得的纵向振动频率与牵拉构件103的特性之间的关系由如下公式表示：

V＝E/rho (3)

f_纵＝V/L (4)

在上文公式(3)中，V是波动速度以及rho是牵拉构件的密度。在上文公式4中，f_纵是沿着牵拉构件103的主纵向频率。可以存在为主纵向频率的高阶谐波的牵拉构件频率。根据上文公式(3)和(4)，牵拉构件103振动所在的频率的偏移与牵拉构件103的弹性模量E相关，可以用于测量牵拉构件103的磨损和寿命的水平。

再次参考图1和图2，如果阈值信号监视单元115确定牵拉构件103磨损超过预定阈值，如确定检测到的频率偏移超过预定频率偏移，则可以采取校正措施。例如，磨损和寿命监视系统102可以生成有关磨损和寿命水平的通知或告警，可以生成更换牵拉构件103的通知，并且可以更换牵拉构件103或可以执行牵拉构件103的附加检验。

本发明实施方案的技术效果包括检测承载负载的牵拉构件、绳或缆线的磨损和寿命。此类检测可以由振动检测器执行而无需人工检验。此类检测还可以在电梯系统工作期间执行，或在系统不在正常使用的时间期间执行，而无需在使用高峰时段期间中断正常服务。

虽然本发明是仅结合有限数量的实施方案来详细描述的，但是应该容易地理解，本发明公开不限于此类公开的实施方案。相反，可以对本发明进行修改以并入前文未描述的任何数量的变化、备选、替代或等效布置，但是这些与本发明公开的精神和范围等同。此外，虽然描述了本发明的多种实施方案，但是应该理解本发明的多个方面可以仅包含所描述的实施方案的其中一些。相应地，本发明不应视为受限于前文描述，而是仅由所附权利要求的范围来限定。

Claims (18)

1.一种电梯系统，其包括：

电梯驱动系统，所述电梯驱动系统包括在拉紧状态下支承电梯轿厢的牵拉构件；以及

磨损和寿命监视系统，所述磨损和寿命监视系统包括用于检测(i)一个或多个牵拉构件引导元件和(ii)所述电梯轿厢的至少其中之一的振动的振动传感器和用于基于所述振动检测器检测到的振动确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平的磨损和寿命分析单元。

2.如权利要求1所述的电梯系统，其中所述振动传感器检测所述电梯轿厢的振动，并且所述磨损和寿命分析单元基于所述电梯轿厢的振动来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平。

3.如权利要求1所述的电梯系统，其中所述振动传感器检测一个或多个牵拉构件引导元件的振动，并且所述磨损和寿命分析单元基于所述牵拉构件引导元件的振动来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平。

4.如权利要求1所述的电梯系统，其中所述振动传感器包括连接到所述电梯轿厢和牵拉构件引导元件的其中之一以分别用于检测所述电梯轿厢和所述牵拉构件引导元件的振动的加速仪。

5.如权利要求1所述的电梯系统，其中所述振动传感器被配置成检测所述牵拉构件的纵向振动。

6.如权利要求1所述的电梯系统，其中所述磨损和寿命分析单元被配置成通过执行所检测的振动的频谱分析并测量所检测的振动相对于参考频谱的频率偏移程度来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平。

7.如权利要求1所述的电梯系统，其中所述磨损和寿命分析单元被配置成通过确定所述牵拉构件的弹性模量来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平。

8.如权利要求1所述的电梯系统，还包括振动诱发元件，所述振动诱发元件用于产生所述牵拉构件和所述电梯轿厢的至少其中之一的振动。

9.一种确定支承负载的牵拉构件的磨损和寿命的水平的方法，所述方法包括：

检测(i)电梯轿厢和(ii)一个或多个牵拉构件引导元件的其中之一的振动；以及

基于所检测到的振动来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平。

10.如权利要求9所述的方法，其中确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平包括，基于所检测到的振动来确定所述牵拉构件的弹性模量。

11.如权利要求9所述的方法，其中检测所述电梯轿厢的振动包括，检测所述电梯轿厢的振动，并且基于所检测到的振动来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平包括，基于所述电梯轿厢的振动来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平。

12.如权利要求9所述的方法，基于所检测到的振动来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平包括，基于所述一个或多个牵拉构件引导元件的振动来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平。

13.如权利要求9所述的方法，其中检测所述电梯轿厢和支承所述电梯轿厢的所述牵拉构件的其中之一的振动包括，检测所述牵拉构件的纵向振动。

14.如权利要求9所述的方法，基于所检测到的振动来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平包括，执行所检测的振动的频谱分析并测量所检测的振动相对于参考频谱的频率偏移程度。

15.一种牵拉构件磨损和寿命监视系统，其包括：

一个或多个传感器，所述一个或多个传感器用于在执行停止电梯轿厢的动作时检测电梯轿厢和支承所述电梯轿厢的牵拉构件的至少其中之一的振动；以及

磨损和寿命分析单元，所述磨损和寿命分析单元用于基于所述一个或多个传感器检测到的所述牵拉构件的振动来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平。

16.如权利要求15所述的牵拉构件磨损和寿命检测系统，其中所述磨损和寿命分析单元被配置成通过确定所述牵拉构件的弹性模量来确定所述牵拉构件的磨损和寿命的水平。

17.如权利要求15所述的牵拉构件磨损和寿命检测系统，其中所述一个或多个传感器被配置成检测所述牵拉构件的纵向振动。

18.如权利要求15所述的牵拉构件磨损和寿命检测系统，其中所述一个或多个传感器被配置成检测所述电梯轿厢的轿厢振动。