CN112499420A

CN112499420A - 电梯钢丝绳破断预警系统及预警方法

Info

Publication number: CN112499420A
Application number: CN202110072969.XA
Authority: CN
Inventors: 倪建伟; 于芳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2021-03-16

Abstract

本发明涉及钢丝绳测试技术领域，公开了一种电梯钢丝绳破断预警系统，包括声发射传感器单元、断丝识别单元，所述声发射传感器单元至少设置在一台电梯上，至少两个声发射传感器分别设置在对应电梯的曳引轮、导向轮、与承重梁、与轿厢、与对重相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线中的多个位置中的最少两个位置上，所述声发射传感器将接收到的断丝声发射信号发送至断丝识别单元，所述断丝识别单元根据断丝声发射信号中的声发射能量计数、声发射幅度、持续时间判断实际断丝数和断丝位置。本发明还公开了对应的预警方法。本发明根据钢丝断丝声发射特征，确定断丝数量及各断丝位置，全天候监测钢丝绳的断丝现象，提高电梯的安全性。

Description

电梯钢丝绳破断预警系统及预警方法

技术领域

本发明涉及钢丝绳测试技术领域，尤其涉及一种电梯钢丝绳破断预警系统及预警方法。

背景技术

随着电梯数量的增加，电梯故障发生的频率也越来越高。在电梯故障中，钢丝绳故障占据了较大的比重。影响钢丝绳寿命的因数：拉力、弯曲、曳引轮槽形和材质、腐蚀等。

电梯的钢丝绳是保障电梯运行安全性的重要结构，其服役期间损伤状态与电梯运行安全性密切相关，电梯钢丝绳的损伤状态监测对于避免因钢丝绳破断引起电梯坠毁，保障人们的生命安全意义重大。

在钢丝绳无损检测方面的技术主要有两种，分别是：局部缺陷检测法和金属截面积损失检测法。在钢丝绳无损检测的过程中，剩磁、导磁材料和人工因素会对检测结果产生的一定的影响。现有的断丝的监测方法存在耗时耗力、效果差、操作条件高等缺点，还难以满足钢丝绳断丝的在线监测要求，更无法满足相应预警提示。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种电梯钢丝绳破断预警系统及预警方法，根据钢丝断丝声发射特征，确定断丝数量及各断丝位置，全天候监测钢丝绳的断丝现象，提高电梯的安全性。

电梯的曳引钢丝绳一般采用圆形股状结构，主要由钢丝、绳股和绳芯组成。在电梯工作过程中，钢丝绳受拉力、弯曲变形、曳引轮槽形和材质的腐蚀等因素的影响，产生失效，失效表现为绳股中的钢丝断裂。而由于钢丝绳的特性，其断裂声发射信号符合一定的规则，另外，由于声发射传感器接收声发射信号时，在30m以内的距离，信号衰减不明显，因此，可以将30m作为声发射传感器的有效监测距离，在此距离内测量声发射信号，实现对钢丝绳的实时监测。

本发明采取的技术方案是：

一种电梯钢丝绳破断预警系统，其特征是，包括声发射传感器单元、断丝识别单元，所述声发射传感器单元至少设置在一台电梯上，包括每台电梯上设置的至少两个声发射传感器，至少两个声发射传感器分别设置在对应电梯的曳引轮、导向轮、与承重梁相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线、与轿厢相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线、与对重相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线中的多个位置中的最少两个位置上，所述声发射传感器将接收到的断丝声发射信号发送至断丝识别单元，所述断丝识别单元根据断丝声发射信号中的声发射能量计数、声发射幅度、持续时间判断实际断丝数和断丝位置。

进一步，所述声发射传感器包括供电模块、无线传输模块、前置放大器模块、数据采集模块，所述供电模块连接至电梯电源，所述无线传输模块与断丝识别单元无线通信连接。

进一步，所述电梯钢丝绳破断预警系统还包括预警单元，所述预警单元连接至断丝识别单元，所述预警单元根据断丝量或者钢丝绳安全系数达到预警值时，进行报警。

进一步，所述电梯的钢丝绳的垂直高度≤30米，所述声发射传感器安装在电梯曳引轮、导向轮上，所述声发射传感器的数量为2至3个。

进一步，所述电梯的钢丝绳的垂直高度>30米，所述声发射传感器中的最少一个安装在导向轮、与轿厢相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线、与对重相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线三者中的一个移动位置上，所述声发射传感器的数量为3至7个。

一种电梯钢丝绳破断预警的方法，其特征是，包括如下步骤：

（1）断丝识别单元接收声发射传感器的声发射信号，选择信号上升时间为10^-8至10^-4s、声发射幅度的值在100dB以上的声发射信号作为判断声发射信号；

（2）将判断声发射信号中的声发射能量计数、声发射幅度、持续时间参数与断丝判定条件进行比对，如果符合条件，则判定为断丝；

（3）根据断丝判定条件判断断丝数量；

（4）多个判断声发射信号到达多个声发射传感器的时间差，确定各断丝位置。

进一步，所述断丝判定条件为：

（a)当声发射的累计能量出现一次阶跃式上升或者声发射能量时程曲线出现一个异常点时，表示发生一根断丝；

或者

(b)当声发射幅度在110dB-140dB之间且持续时间小于10ms时，表示钢丝绳发生一根断丝。

进一步，还包括如下步骤：

（5）如果单根钢丝绳的断丝数量大于7%，控制所述预警单元报警。

进一步，还包括如下步骤：

（6）根据钢丝绳的断丝数量确定钢丝绳的残余承载力，计算钢丝绳的剩余安全系数，如果钢丝绳的剩余安全系数小于预定安全系数，控制所述预警单元报警。

进一步，所述断丝量取根据断丝判定条件（a）或者根据断丝判定条件（b）确定值中的大值。

本发明的有益效果是：

（1）使用声发射传感器采集的断丝声发射信号，进行钢丝绳的断丝判断，实现对整个电梯的钢丝绳的监控；

（2）可以实全天候监测，避免检测的时间盲区；

（3）将安全系数与断丝量结合预警，提高安全等级；

（4）结构小，安装简单，不影响电梯的结构和使用维护。

附图说明

附图1是电梯结构示意图；

附图2是本发明的预警系统结构示意图；

附图3是第一种示例的曳引系统构造图；

附图4是第二种示例的曳引系统构造图；

附图5是第三种示例的曳引系统构造图；

附图6是第四种示例的曳引系统构造图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明电梯钢丝绳破断预警系统及预警方法的具体实施方式作详细说明。

参见附图1，电梯的曳引系统主要由曳引机1、曳引钢丝绳2、曳引轮3、导向轮4、轿厢5、对重6等组成。曳引机1是电梯轿厢5升降的主拖动机械，曳引轮3上嵌挂钢丝绳2，钢丝绳2两端分别与轿5厢和对重6装置连接。导向轮4安装在曳引机架上或承重梁上，分开轿厢5和对重6的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。钢丝绳2承载着轿厢5、对重6、额定载重等重量总和。

参见附图2,电梯钢丝绳破断预警系统包括声发射传感器单元、断丝识别单元和预警单元，声发射传感器单元可同时处理多台电梯的声发射信号，每台电梯上设置至少两个声发射传感器，当电梯钢丝绳的垂直高度大于30米时，电梯工作时，钢丝绳上的任何一个位置的30米距离内，至少存在两个声发射传感器，声发射传感器将接收到的断丝声发射信号发送至断丝识别单元，断丝识别单元根据断丝声发射信号中的声发射能量计数、声发射幅度、持续时间判断实际断丝数和断丝位置。预警单元连接至断丝识别单元，预警单元根据断丝量或者钢丝绳安全系数达到预警值时，进行报警。

声发射传感器包括供电模块、无线传输模块、前置放大器模块和数据采集模块，供电模块连接至电梯电源，无线传输模块与断丝识别单元无线通信连接。

断丝识别单元包括数据接收器和现场服务器，数据接收器接收声发射传感器的无线信号，再送给现场服务器进行处理，输出对应电梯的钢丝绳断丝位置、断丝量等数据，并可通过人机交互实现监控。

声发射传感器分别设置在对应电梯的曳引轮、导向轮、与承重梁相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线、与轿厢相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线、与对重相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线中的多个位置中的最少两个位置上。

下面举列说明不同构造电梯的声发射传感器的设置方式。

参见附图3,钢丝绳的倍率为1，曳引机1通过曳引轮和一个导向轮4实现电梯的运作。当电梯钢丝绳的垂直高度大于30米时，声发射传感器布置在曳引轮3上，同时，需要在与轿厢相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线和与对重相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线上也安装声发射传感器。当电梯钢丝绳的垂直高度小于等于30米时，声发射传感器布置在曳引轮3上以及其他位置。

参见附图4,钢丝绳的倍率为2，曳引机1通过曳引轮3和两个导向轮4实现电梯的运作。当电梯钢丝绳的垂直高度大于30米时，声发射传感器分别布置在曳引轮3、两个导向轮4、与承重梁相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线上，共安装传感器5个。当电梯钢丝绳的垂直高度小于等于30米时，声发射传感器分别布置在两个导向轮4上，共安装传感器2个。

参见附图5,钢丝绳的倍率为2，曳引机1通过曳引轮3和四个导向轮4实现电梯的运作。当电梯钢丝绳的垂直高度大于30米时，声发射传感器分别布置在曳引轮3、四个导向轮4、与承重梁相连的两个钢丝绳绳头附近的钢绞线上，共安装传感器7个。当电梯钢丝绳的垂直高度≤30米时，声发射传感器分别布置在曳引轮3、轿厢上梁上的导向轮4、对重上部的导向轮4上，共安装传感器3个。

参见附图6,钢丝绳的倍率为3，曳引机1通过曳引轮3和四个导向轮4实现电梯的运作。当电梯钢丝绳的垂直高度大于30米时，声发射传感器分别布置在曳引轮3、四个导向轮4、与轿厢相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线、与对重相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线上，共安装传感器7个。当电梯钢丝绳的垂直高度小于等于30米时，声发射传感器分别布置在曳引轮3、两个与承重梁相连固定导向轮上，共安装传感器3个。

在电梯工作过程中，声发射传感器接收到各种声发射，经分析，发生断丝时，声发射传感器的信号上升时间为10^-8至10^-4s，因此，可以滤除声发射信号上升时间在10^-8至10^-4s之外的信号。

干扰声发射传感器的声发射主要来自曳引机、工作环境以及乘客，这些声发射都在100dB以下，而断丝的声发射高于100dB，因此，可以滤除声发射幅度的值在100dB以下的噪声。

将断丝声发射特征参数中的声发射能量计数、声发射幅度、持续时间作为断丝量判定的标准条件。分为以下两种判断条件，只要满足其中一个条件，就判断为断丝发生，多次满足则表示多次断丝发生。

根据声发射能量计数，当声发射累计能量出现一次阶跃式上升或者声发射能量时程曲线出现一个异常点时，表示发生一根断丝。

根据声发射幅度、持续时间，当声发射幅度的值在110dB-140dB之间且持续时间的值小于10ms时，表示钢丝绳发生断丝，出现一次上述情况，表示钢丝绳发生一根断丝。

当两种标准得到的断丝数量不一致时，将多者作为断丝值，以提高安全性。

声发射信号传播的时间和不同传感器的布设位置，可以判断是不是同一个断丝信号，也可以计算出断丝的位置，以此确定断丝位置。

检测到单根钢丝绳的断丝量超过7%时，作为一个关键节点，预警单元控制报警。

按规范规定的，钢丝绳为两根时，安全系数不得小于16；钢丝绳为3根或以上时，安全系数不能小于12。钢丝绳的安全系数与钢丝绳的破断拉力有关系，遵循公式：

，式中，k为安全系数；P为钢丝绳的破断拉力；n为钢丝绳根数；T为作用在轿厢侧钢丝绳上的最大静载荷，包括：轿厢自重、额定载重和轿厢侧钢丝绳的最大自重。

钢丝绳的断丝量直接影响破断拉力，通过计算可以得到破断拉力与断丝之间的关系。当钢丝绳的剩余安全系数小于规定的安全系数时，控制预警单元报警。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种电梯钢丝绳破断预警系统，其特征在于：包括声发射传感器单元、断丝识别单元，所述声发射传感器单元至少设置在一台电梯上，包括每台电梯上设置的至少两个声发射传感器，至少两个声发射传感器分别设置在对应电梯的曳引轮、导向轮、与承重梁相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线、与轿厢相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线、与对重相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线中的多个位置中的最少两个位置上，所述声发射传感器将接收到的断丝声发射信号发送至断丝识别单元，所述断丝识别单元根据断丝声发射信号中的声发射能量计数、声发射幅度、持续时间判断实际断丝数和断丝位置。

2.根据权利要求1所述的电梯钢丝绳破断预警系统，其特征在于：所述声发射传感器包括供电模块、声发射传感元件、无线传输模块、前置放大器模块和数据采集模块，所述供电模块连接至电梯电源，所述无线传输模块与断丝识别单元无线通信连接。

3.根据权利要求1所述的电梯钢丝绳破断预警系统，其特征在于：所述电梯钢丝绳破断预警系统还包括预警单元，所述预警单元连接至断丝识别单元，所述预警单元根据断丝量或者钢丝绳安全系数达到预警值时，进行报警。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电梯钢丝绳破断预警系统，其特征在于：所述电梯的钢丝绳的垂直高度≤30米，所述声发射传感器安装在电梯曳引轮、导向轮上，所述声发射传感器的数量为2至3个。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电梯钢丝绳破断预警系统，其特征在于：所述电梯的钢丝绳的垂直高度>30米，所述声发射传感器中的最少一个安装在导向轮、与轿厢相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线、与对重相连的钢丝绳绳头附近的钢绞线三者中的一个移动位置上，所述声发射传感器的数量为3至7个。

6.一种应用如权利要求1至5中任一项所述的电梯钢丝绳破断预警系统进行电梯钢丝绳破断预警的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（3）根据断丝判定条件判断断丝数量；

（4）根据多个判断声发射信号到达多个声发射传感器的时间差，确定各断丝位置。

7.根据权利要求6所述的电梯钢丝绳破断预警的方法，其特征在于：所述断丝判定条件为：

或者

8.根据权利要求7所述的电梯钢丝绳破断预警的方法，其特征在于：还包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的电梯钢丝绳破断预警的方法，其特征在于：还包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的电梯钢丝绳破断预警的方法，其特征在于：所述断丝量取根据断丝判定条件（a）或者根据断丝判定条件（b）确定值中的大值。