CN112955395B - 检测电梯轴承故障的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测电梯中的轴承故障的装置，所述电梯包括带有在旋转轴(13)上的牵引绳轮(2)的提升机械(1)、电梯轿厢(3)、配重(4)和连接在轿厢(3)和配重(4)之间并布置成通过牵引滑轮(2)的旋转而移动的提升元件(5)，并且所述装置至少包括用于测量提升电机(1a)的旋转的运动传感器(14)。所述装置包括信号处理单元(12)，所述信号处理单元(12)连接到运动传感器(14)并布置成处理源自电梯系统的轴承的振动信号。

Description

检测电梯轴承故障的装置
技术领域
本发明涉及一种装置，用于检测电梯中的轴承故障。
背景技术
经由转向滑轮悬挂的电梯通常在电梯的各个部分中包括多个轴承。在那种情况下，电梯轿厢可以包括一个或多个转向滑轮，并且配重也可以包括一个或多个转向滑轮。通常所有的转向滑轮都具有轴承。另外，提升机械具有旋转元件，例如牵引绳轮，其旋转轴也具有轴承。轴承是易磨损部件，因此必须遵守其条件。如果不遵守轴承的条件，则可能会发生突然的轴承故障停止的情况，例如在电梯运行过程中的转向滑轮。这可能会导致乘坐舒适性下降，并损坏电梯设备。
轴承故障，尤其是在早期阶段，也可能会引起刺激性的噪音，该噪音打扰乘客和建筑物中的其他人员。
识别电梯中的早期轴承故障非常具有挑战性，特别是如果轴承故障发生在配重或电梯轿厢的某些转向滑轮中。
由于上述挑战性的任务，在现有技术中，电梯中轴承的状况没有得到持续的跟踪。有些故障仅通过客户的投诉才被发现，在某些情况下，维护人员在其他维护工作时会发现轴承故障。通常会发出的刺耳的噪音是注意到轴承故障的第一迹象。通常，必须使用特殊的单独工具来查找失效或故障的轴承。
发明内容
本发明的一个目的是消除现有技术的缺点，并获得一种用于检测电梯中的轴承故障的有效而可靠的装置。
本发明的任务是提供轴承故障的早期检测。
本申请的发明内容也可以与下面提出的权利要求不同地定义。本发明的内容也可以由若干单独的发明组成，特别是如果根据表述或隐含的子任务或从所实现的优点或优点类别的角度考虑本发明。在这种情况下，从单独的发明构思的观点来看，下面的权利要求中包含的一些属性可能是多余的。同样地，结合每个实施例呈现的不同细节也可以应用于其他实施例中。此外，可以说至少一些从属权利要求在至少某些情况下可以被认为本身具有创造性。
本发明的一方面提供一种用于检测电梯中的轴承故障的装置，该电梯至少包括电梯控制单元、具有提升电机的提升机械、旋转轴上的牵引绳轮、电梯轿厢、配重和连接在轿厢和配重之间并布置成通过牵引滑轮的旋转而移动的提升元件，并且该装置至少包括用于检测提升电机的旋转的运动传感器。
本发明的另一方面是检测和/或识别提升机械的哪个轴承或转向滑轮的哪个轴承可能很快故障或被损坏。
有利地，该装置包括信号处理单元，该信号处理单元连接到运动传感器并布置成处理源自电梯系统的轴承的振动信号。有利的运动传感器是旋转编码器，尽管也可以使用其他类型的运动传感器。
根据本发明的另一有利的装置包括信号处理单元，其连接到运动传感器并且布置成识别和处理源自电梯系统的轴承的振动信号，该信号处理单元和运动传感器都本地地放置在提升机械中。
在本发明的另一有利的实施例中，所测量的原始振动数据或部分处理的振动数据被发送到电梯外部的信号处理单元以进行进一步处理。例如，在那种情况下，可以将更多要求的分析作为云计算处理来进行。
总而言之，根据本发明，所测量和检测到的振动信号由信号处理单元进行处理，该信号处理单元可以是硬件或软件部件，或者是二者组合在一起。优选地，如上所述，信号处理单元或相应的单元被放置在运动传感器中、在提升机械中、在电梯中的其他地方、或者甚至被远程地放置在电梯外部的云服务器中。有利地，所测量的振动数据作为原始数据或部分处理的振动数据在数据总线中被传输以进行进一步处理。
在本发明的有利的实施例中，识别出了轴承的轴承振动中的异常并且推断出了轴承故障的早期检测。
本发明的一个优点是可以在完全失效之前发现故障的轴承。其他优点是可以为客户提供预防性维护和更短的电梯停机时间。另一个优点是由于有关失效或故障轴承的更准确的初步信息，可以更有效地使用维护人员。还有一个优点是一种经济有效的跟踪轴承的状态并查找失效或故障的轴承的方式，因为不需要额外的测量设备。
附图说明
在下文中，将借助于示例实施例并参照所附的简化和示意性附图来详细描述本发明，其中
图1以简化且示意性的侧视图示出了根据本发明的具有提升机械、电梯轿厢和配重的电梯，
图2以简化且示意性的放大侧视图示出了根据本发明的提升机械和电梯控制单元，
图3以简化且示意性视图示出了根据本发明的装置中的轴承故障检测装置到电梯控制单元的连接，并且
图4以简化且示意性的放大侧视图示出了根据本发明的另一实施例的提升机械和电梯控制单元。
具体实施方式
可以使用根据本发明的装置的电梯有利地是牵引绳轮电梯，其中电梯轿厢和配重通过配备有旋转牵引绳轮的提升机械来移动。
图1以简化且示意性的侧视图示出了具有根据本发明的提升机械1、电梯轿厢3和配重4的电梯。提升机械1包括提升电机1a，该提升电机1a布置成使牵引绳轮2旋转。优选地，提升电机1a是电动机。提升机械1的功能由至少通过数据总线11连接到提升机械1的电梯控制单元10控制。
在图1所示的实施例中，电梯轿厢3和配重4通过柔性提升元件5彼此连接，该柔性提升元件5可以包括一个或多个提升绳索或皮带。在示例性实施例中，提升元件5的第一端已经被紧固到固定的第一紧固点7，该固定的第一紧固点7优选地被放置在顶部部分或电梯竖井处。提升元件5从第一固定点7被向下引导以绕过一个或多个转向滑轮6，这些转向滑轮可旋转地放置在电梯轿厢3中，例如正好在电梯轿厢3的底部下方。提升元件5从电梯轿厢3被向上引导以绕过提升机械1中的牵引绳轮2。此外，提升元件5从牵引绳轮2再次被向下引导以绕过一个或多个转向滑轮8，这些转向滑轮可旋转地放置在配重4中，例如恰好在配重4的顶部。最后，提升元件5从配重4被向上引导至其固定的第二紧固点9，提升元件5的第二端已被紧固在该第二紧固点9处。
取决于电梯轿厢3和配重4的悬挂，这种电梯结构包括多个转向滑轮6和8，它们全部具有旋转轴，因此还具有使转向滑轮6和8可以旋转的轴承。此外，牵引滑轮2的旋转轴13包括轴承，以使牵引滑轮2能够旋转。旋转轴13优选也是提升电机1a的轴。轴承是易磨损的部件，因此必须在一定的时间间隔内进行更换，最好是在故障导致电梯的其他部件损坏之前。
图2和图3以简化且示意性的放大侧视图示出了在根据本发明的装置中使用的提升机械1和电梯控制单元10。该装置包括至少一个运动传感器14，该运动传感器有利地放置在提升机械1的本地，优选地用于测量和监视或检测牵引滑轮2的旋转轴13的旋转或牵引滑轮2本身的旋转。运动传感器14用作运动反馈设备。另外，该装置包括信号处理单元12，该信号处理单元12经由双向数据总线11连接至电梯控制单元10。优选地，运动传感器14和信号处理单元12已经用数据电缆15连接在一起，该数据电缆15布置成将由运动传感器14测量和检测的数据传输到信号处理单元12以进行进一步处理。
在图2和图4中，附图标记5a代表在牵引绳轮2和电梯轿厢3之间的提升元件5的一部分，附图标记5b代表在牵引绳轮2和配重4之间的提升元件5的一部分。
图4以简化且示意性的放大侧视图示出了根据本发明的另一实施例的提升机械1和电梯控制单元10。在该实施例中，信号处理单元12和运动传感器14已经被集成到一个可以称为智能旋转编码器16的实体中，该智能旋转编码器16还经由数据总线11连接到电梯控制单元10。因此，在那种情况下，智能旋转编码器16包括信号处理单元12和运动传感器14。
在该实施例中，借助于紧固在提升电机1a的旋转圆周上的编码环17来测量和检测提升电机1a的旋转运动。编码环17包括例如一系列短的径向定位的带18，它们彼此之间成均匀的角度放置。集成的智能旋转编码器16放置在编码环17上，以识别每个经过的带18。
通过过滤和监视由轴承产生的振动频率信号，可以检测到提升电机上或牵引绳轮2的旋转轴13中、电梯轿厢3的转向滑轮6中和配重4的转向滑轮8中的轴承故障。
信号处理单元12优选地放置在提升机械1本地中，靠近运动传感器14，或者甚至如上所述集成在其中。信号处理单元12包括用于以如下方式处理由运动传感器14测量和检测的信号的器件，即，对所测量的信号进行傅立叶变换，并且将计算出的频谱发送至电梯控制单元10以进行进一步处理。取决于局部目标，信号处理单元12执行快速傅立叶变换(FFT)或执行离散傅立叶变换(DFT)。有利地，DFT算法使得可以使用实时监视和检测。优选地，如图4的实施例中所述，将运行DTF监视算法的信号处理单元12直接装配到运动传感器14中。在那种情况下，可以达到最大的测量精度。
接收到的来自电梯轴承的检测信号作为振动频率。由于其在提升机械1中的本地定位，信号处理单元12从牵引绳轮2的旋转轴13的轴承以相同的距离接收始终检测到的信号。所检测到的振动信号具有某些已知的特性，并且如果该信号开始改变，则很容易识别牵引绳轮2的旋转轴13的轴承中的轴承开始出现故障。
但是，识别电梯轿厢3的转向滑轮6或配重4的转向滑轮8的轴承中变化的振动频率要困难得多。然而，这可以通过考虑提升元件5的弹性系数的变化来实现，其取决于轴承距运动传感器14或提升机械1的距离。电梯轿厢3或配重4越靠近运动传感器14，则提升元件5中的弹性系数越大。这意味着，当电梯轿厢3接近牵引绳轮2并且自由距离减小时，在牵引绳轮2和电梯轿厢3之间的提升元件5的部分5a的刚度增大。当配重4接近牵引绳轮2时，在牵引绳轮2和配重4之间的提升元件5的部分5b的刚度也是这样。
刚度越大，经由提升元件5的部分5a或5b的振动频率越强。因此，当电梯轿厢3或配重4更接近提升机械1行进时，由于提升元件5的对应部分5a或5b中较高的弹性系数，振动增加。
如上所述，牵引绳轮2的旋转轴13的轴承的距离总是不变的。取而代之的是，电梯轿厢3有时处于距运动传感器14最远的位置，有时处于距运动传感器14最近的位置，并且有时在这些极限位置之间。这同样适用于配重4。当电梯轿厢3位于其最远位置时，配重4位于距运动传感器14最近的位置，反之亦然。关于电梯轿厢3和配重4的位置的信息由电梯控制单元10连续地获知。
振动信号的测量和检测可以定期或连续进行。以相同的方式，可以周期性地或连续地从运动传感器14接收检测到的测量信号到信号处理单元12并执行傅立叶变换。通过这种方式，可以早在开始阶段就足够早地检测到振动频率的变化。
基于增加的振动和关于电梯轿厢3和/或配重4的位置的获知，可以识别轴承故障的来源。例如，很容易确定轴承故障的来源在牵引绳轮2的哪一侧。
通常，根据本发明的装置旨在检测电梯部件的旋转运动的振动信号的偏差。有利地，以此方式检测到源自提升机械的轴承和/或电梯轿厢和配重的转向滑轮中的振动信号。电梯的一根或多根提升绳索可以将具有偏差数据的振动从振动源传输到所使用的一个或多个检测器，例如运动传感器。振动信号的偏差甚至指示轴承的初期故障。优选地，轴承故障检测尽可能早地完成。轴承故障明显降低乘坐舒适性甚至阻止电梯轿厢运动的情况是不希望的。
每个轴承都会产生对于该轴承典型的振动信号。因此，每个单个轴承都可以根据其特定的振动进行识别。利用根据本发明的装置，从测量和检测到的振动信号中过滤出开始出现轴承故障的早期征兆。过滤的一种方式是使用适用的傅里叶变换。
对于本领域技术人员显而易见的是，本发明不限于上述示例，而是可以在以下呈现的权利要求的范围内进行改变。因此，例如，代替检测轴承故障，该装置可以用于检测来自提升电机的噪声，该噪声不是来自轴承，而是例如由错误的电机参数、接地故障等引起的。
对于本领域技术人员显而易见的是，代替旋转运动传感器，还可以利用感应传感器来检测源自电梯轿厢或配重的轴承的振动。

Claims (18)

1.一种用于检测电梯中的轴承故障的装置，所述电梯至少包括电梯控制单元(10)、具有提升电机(1a)的提升机械(1)、旋转轴(13)上的牵引绳轮(2)、电梯轿厢(3)、配重(4)和连接在电梯轿厢(3)和配重(4)之间并布置成通过牵引绳轮(2)的旋转而移动的提升元件(5)，并且所述装置至少包括用于检测提升电机(1a)的旋转的运动传感器(14)，其特征在于，所述装置包括信号处理单元(12)，所述信号处理单元(12)连接到运动传感器(14)并布置成处理源自电梯系统的轴承的振动信号，
所述运动传感器(14)布置成检测源自电梯轿厢(3)的转向滑轮(6)的轴承和/或配重(4)的转向滑轮(8)的轴承的振动信号，这通过提升元件的弹性系数的变化来实现，其取决于轴承距运动传感器或提升机械的距离。
2.根据权利要求1所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述信号处理单元(12)包括用于对由运动传感器(14)检测到的振动信号进行傅立叶变换的器件。
3.根据权利要求2所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述信号处理单元(12)布置成对由运动传感器(14)检测到的振动信号进行快速傅立叶变换(FFT)。
4.根据权利要求2所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述信号处理单元(12)布置成对由运动传感器(14)检测到的振动信号进行离散傅里叶变换(DFT)。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述装置包括在信号处理单元(12)与电梯控制单元(10)之间的数据总线(11)。
6.根据权利要求5所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述信号处理单元(12)布置成经由数据总线(11)将傅里叶变换的输出数据作为频谱发送到电梯控制单元(10)。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述运动传感器(14)布置成通过移动的提升元件(5)接收源自电梯轿厢(3)的转向滑轮(6)的轴承和/或配重(4)的转向滑轮(8)的轴承的振动信号。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述运动传感器(14)布置成通过移动的提升元件(5)和通过提升电机(1a)的旋转轴(13)检测源自电梯轿厢(3)的转向滑轮(6)的轴承和/或配重(4)的转向滑轮(8)的轴承的振动信号。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述运动传感器(14)布置成通过移动的提升元件(5)和通过提升电机(1a)的转子检测源自电梯轿厢(3)的转向滑轮(6)的轴承和/或配重(4)的转向滑轮(8)的轴承的振动信号。
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，通过移动的提升元件(5)和通过牵引绳轮(2)检测源自电梯轿厢(3)的转向滑轮(6)的轴承和/或配重(4)的转向滑轮(8)的轴承的振动信号。
11.根据权利要求1-4中的任一项所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述运动传感器(14)通过数据电缆(15)连接到信号处理单元(12)。
12.根据权利要求1-4中的任一项所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述运动传感器(14)和所述信号处理单元(12)被集成为一个实体。
13.一种用于检测电梯中的轴承故障的装置，所述电梯至少包括电梯控制单元(10)、具有提升电机(1a)的提升机械(1)、旋转轴(13)上的牵引绳轮(2)、电梯轿厢(3)、配重(4)和连接在电梯轿厢(3)和配重(4)之间并布置成通过牵引绳轮(2)的旋转而移动的提升元件(5)，并且所述装置至少包括用于检测提升电机(1a)的旋转的运动传感器(14)，其特征在于，所述装置包括信号处理单元(12)，所述信号处理单元(12)连接到运动传感器(14)并布置成识别和处理源自电梯系统的轴承的振动信号，所述信号处理单元(12)和所述运动传感器(14)均本地放置在提升机械(1)中，
所述运动传感器(14)布置成通过移动的提升元件(5)接收源自电梯轿厢(3)的转向滑轮(6)的轴承和/或配重(4)的转向滑轮(8)的轴承的振动信号,这通过提升元件的弹性系数的变化来实现，其取决于轴承距运动传感器或提升机械的距离。
14.根据权利要求13所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述运动传感器(14)布置成通过移动的提升元件(5)和通过提升电机(1a)的旋转轴(13)检测源自电梯轿厢(3)的转向滑轮(6)的轴承和/或配重(4)的转向滑轮(8)的轴承的振动信号。
15.根据权利要求13或14所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述运动传感器(14)布置成通过移动的提升元件(5)和通过提升电机(1a)的转子检测源自电梯轿厢(3)的转向滑轮(6)的轴承和/或配重(4)的转向滑轮(8)的轴承的振动信号。
16.根据权利要求13或14所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，通过移动的提升元件(5)和通过牵引绳轮(2)检测源自电梯轿厢(3)的转向滑轮(6)的轴承和/或配重(4)的转向滑轮(8)的轴承的振动信号。
17.根据权利要求13或14所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述运动传感器(14)通过数据电缆(15)连接到信号处理单元(12)。
18.根据权利要求13或14所述的用于检测电梯中的轴承故障的装置，其特征在于，所述运动传感器(14)和所述信号处理单元(12)被集成为一个实体。
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