CN113651204A - 一种空载补偿法电梯渐进式安全钳检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特种设备的检测方法及测试装置。技术方案是：一种空载补偿法电梯渐进式安全钳检测方法，按以下步骤进行：1)在连接电梯轿厢端的每一根钢丝绳上安装钢丝绳张力传感器，获得每一根钢丝绳的拉力值；将加速度传感器安装在电梯轿厢上，通过轿厢在空中的静止时刻的数据即可得到轿厢质量P；2)首先将电梯轿厢上升到一定高度，点击上位机里开始测试按钮，并启动电梯；3)电梯下行至检测速度后，拨动限速器上的限位开关，触发安全钳制动，直到电梯轿厢停止，点击数据接收按钮，将张力传感器数据和加速度数据通过无线模块导入到上位机；4)数据处理。该方法可补偿获得自由落体有载式安全钳试验数据，检测数据准确、不会对电梯造成损害。

Description

一种空载补偿法电梯渐进式安全钳检测方法及装置
技术领域
本发明涉及一种特种设备的检测方法及测试装置，具体是空载补偿法电梯渐进式安全钳的检测方法及装置。
背景技术
渐进式安全钳是一种电梯的安全保护装置；当电梯轿厢下行速度超过限制速度或悬挂钢丝绳断裂的情况下，安全钳由限速器触发，将轿厢紧急制停。根据中华人民共和国国家标准GB/T7588.2-2020《电梯制造与安装的安全规范》中说明渐进式安全钳试验应以自由下落的方式进行，并测量下列项目：a下落的总高度、b在导轨上的制动距离、c限速器绳或其代用装置所用绳的滑动距离，d 作为弹性部件的总行程(实际需要测试的是a、b两项，d、c两项可采用其它方式测得)目前，由于自由落体式安全钳试验会对电梯造成较大损害，因此通常只对渐进式安全钳进行定性检测，使得检测效果受到影响。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种基于空载补偿法的渐进式安全钳检测方法；该方法可补偿获得自由落体有载式安全钳试验数据，具有检测数据准确率高、不会对电梯造成损害的特点。
本发明的另一个目的是提供一种基于空载补偿法的渐进式安全钳检测装置，该装置能够实现安全钳的补偿法检测，并具有检测效率高的特点。
本发明提供的技术方案是：
一种空载补偿法电梯渐进式安全钳检测方法，按以下步骤进行：
1)在连接电梯轿厢端的每一根钢丝绳上安装钢丝绳张力传感器，获得每一根钢丝绳的拉力值；将加速度传感器安装在电梯轿厢上，通过轿厢在空中的静止时刻的数据即可得到轿厢质量P；
Fsum＝F1+F2+F3+····+Fn
P＝(Fsum×k)/g
Fsum为所有钢丝绳张力传感器测得数据之和；
n是电梯轿厢端钢丝绳的根数；
g为重力加速度，取9.81；
k是电梯曳引比；
2)首先将电梯轿厢上升到一定的高度，点击上位机里开始测试按钮，并启动电梯；
3)电梯下行至检测速度后，拨动限速器上的限位开关，触发安全钳制动，直到电梯轿厢停止，点击数据接收按钮，将张力传感器数据和加速度数据通过无线模块导入到上位机；
4)数据处理
以1ms为时间间隔，通过上位机软件获得每一时刻的加速度值a1(t)、电梯钢丝绳张力值Fsum(t)；根据加速度a1(t)变化情况自动判别电梯启动时刻 Tstart、安全钳制动时刻Tbreak、停止时刻Tend；
(1)先将Fsum(t)在Tstart-Tend时间段获得的采样值乘以曳引比，获得牵引轿厢的总拉力Fcw(t)；
(2)将a1(t)在Tstart-Tbreak时间段获得的采样值用公式a2(t)＝a1(t)+FCW (t)/P进行补偿，得到电梯启动时刻至安全钳制动时刻的自由落体加速度a2(t)；
(3)从Tbreak-Tend时间段获得的数据代入FS(t)＝Pa1(t)+Pg-FCW(t)，得到制动力与时间的函数关系；并代入公式a2(t)＝a1(t)-(Fs(t)/P-Fs(t)/(P+Q))；
得到完整的a2(t)曲线公式：
Figure BDA0003236376900000031
式中：a2(t)为通过空载试验补偿后的加速度，即自由落体状态下装载质量为Q的轿厢加速度；
P为电梯轿厢质量，单位kg；
FCW为牵引轿厢的总拉力，FCW＝Fsum×k；
Fs为安全钳的制动力；
a1(t)为加速度传感器测得数据；
Q为按国标进行常规检测所需装载砝码的质量，单位kg；
需要说明的是：本发明采用的是空载法，检测时无需加载检测砝码；但是 GB7588要求得到的检测数据是在加载检测砝码情况下的数据；因此，本发明提供的补偿公式中需要加入检测砝码质量Q；Q可根据GB7588中的安全钳预期制动力除以16减去P求得；或者根据安全钳现场检测时的电梯额定载重量的25％、 50％、75％、125％；本方法采用额定载重的125％；
(4)利用补偿得到的自由落体有载加速度a2(t)还原自由落体速度v(t)；
首先导入从Tstart-Tend(单位ms)时刻的加速度a2(t)的值，并代入公式
Figure BDA0003236376900000032
得出各个时刻的自由落体速度， i为第i毫秒时刻，v(ti)为第ti时刻速度，单位m/s；
利用公式
Figure BDA0003236376900000033
可计算出下落总高度，并在软件中形成与时间相关的函数图；
i为第i毫秒时刻，h(ti)为0-ti时间段位移，单位m；
同样的，由公式
Figure BDA0003236376900000041
可计算出制动距离，并在软件中形成与时间相关的函数图；
i为第i毫秒时刻，s(ti)为Tbreak-ti时刻位移，单位m；
(5)求平均制动力
Figure BDA0003236376900000042
以及最大最小制动力检测结束。
所述电梯启动时刻Tstart、安全钳制动时刻Tbreak以及停止时刻Tend由上位机软件依照以下方法判定：
当电梯由静止变为运动的时刻为电梯启动时刻Tstart，当电梯速度受到一反向加速度的时刻为安全钳制动时刻Tbreak，当电梯由运动变为静止的时刻为停止时刻Tend。
所述加速度传感器和钢丝绳张力传感器具有相同的时钟周期。
所述上位机为PC机。
一种空载补偿电梯渐进式安全钳检测装置，其特征在于：该装置包括安装在轿厢上的加速度传感器、一一安装连接电梯轿厢的每根钢丝绳上用于测试钢丝绳拉力的钢丝绳张力传感器、分别配有无线模块且分别电连接加速度传感器与钢丝绳张力传感器的两个单片机以及分别通过所述无线模块与两个单片机通信的PC机。
所述无线模块是蓝牙模块。
所述加速度传感器和单片机蓝牙模块通过磁吸装置固定在轿厢上。
所述单片机配置有显示屏。
本发明的有益效果是：
1、本发明检测准确率高，误差小，实现了对电梯安全钳的自由落体和空载的等效替代检测，同时避免了以往检测对电梯造成的损害。
2、本发明大幅度减少了检测工作量，减少了检测时间，提高了电梯检测效率。
附图说明
图1是本发明的工作原理示意图。
图2是本发明中补偿加速度曲线图(补偿加速度随时间变化的图像)。
图3是本发明对比实施例中采用空载补偿法获得的检测报告。
图4是本发明对比实施例中采用实际自由落体法获得的检测报告。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例进一步说明。
如图1所示：电梯轿厢10通常由钢丝绳曳引着，沿着导轨(图中省略导轨) 上下运动；轿厢底梁上配置着随时准备动作的安全钳11。从机房引出的钢丝绳 (图中是两根钢丝绳)往下伸展并穿过连接在电梯轿厢顶端的滑轮后，接着往上绕过曳引轮12，然后绕过水平隔开距离的过渡轮，再连接着对重13。以上是常规的电梯牵引结构。
图1所示的基于空载的渐进式安全钳检测装置，加速度传感器1安装在轿厢上，两个钢丝绳张力传感器2各自安装在一根钢丝绳上(两个钢丝绳张力传感器测得的钢丝绳的张力数据总和为Fsum；所牵引的轿厢的总拉力FCW＝Fsum×k。图1所示电梯的曳引比为2)。
两个单片机分别配有无线模块(优选蓝牙模块)且分别电连接加速度传感器与钢丝绳张力传感器；其中，每个钢丝绳张力传感器通过一数据线电连接位于机房的单片机6(优选STM32单片机)，该单片机配置有与PC机14通信用的蓝牙模块4；轿厢上还设置有配置着蓝牙模块3的单片机5(优选STM32单片机)，加速度传感器通过另一数据线电连接该单片机。
所述钢丝绳张力传感器的数据由单片机6采集保存，并由蓝牙模块4发送给PC机；所述加速度传感器的数据由单片机5采集保存，也由蓝牙模块3发送给PC机；作为推荐，加速度传感器可固定在一个底部带有磁吸装置(外购获得的成熟产品)且无盖的盒子中(图1中显示：单片机5、蓝牙模块3、加速度传感器1均安装在该盒子中)，盒子通过磁吸装置安装在轿厢中。
两个单片机具有相同的高精度晶振，其在100h内计时误差不低于10ms；电连接钢丝绳张力传感器的单片机，还可配置一块显示屏(优选LCD屏幕9)，可以了解所测得的钢丝绳张力数据。
所述PC机可以接收到来自两个蓝牙模块的数据，并进行分析运算，得出结论。
基于空载补偿的渐进式安全钳检测方法，按以下步骤进行：
1)将钢丝绳张力传感器安装(常规安装方法)在连接电梯轿厢的每根钢丝绳上，加速度传感器安装在(可利用磁吸装置固定)电梯轿厢上，；通过轿厢在空中的静止时刻的数据(Fsum×k)/g即可得到轿厢质量P；
2)首先将电梯轿厢上升到一定的高度，点击开始测试，电梯启动下行(配设PC机的，可点击PC机通过蓝牙发送一个启动指令)，加速度传感器和钢丝绳张力传感器(两个传感器具有相同的时钟周期)同时启动；
3)电梯下行至检测速度后，检测人员拨动限速器上的限位开关，触发安全钳制动，直到电梯轿厢停止；
在PC机软件中输入曳引比，点击数据接收按钮，PC机软件接收检测全过程的数据，并获得电梯的加速度数据a1(t)、钢丝绳张力传感器测得的拉力Fsum；
4)数据处理
本实施例的数据处理采用PC机(配设软件优选Labview)；
在上位机软件里获得每1ms的加速度值a1(t)、电梯钢丝绳张力值Fsum(t)；且上位机软件根据加速度a1(t)变化情况自动判别电梯启动时刻Tstart、安全钳制动时刻Tbreak、停止时刻Tend。
(1)先将Fsum(t)在Tstart-Tend时间段获得的采样值均乘以曳引比，获得牵引轿厢的总拉力Fcw(t)；
(1)将a1(t)在Tstart-Tbreak时间段获得的采样值用公式a2(t)＝a1(t)+FCW (t)/P进行补偿，得到电梯启动时刻至安全钳制动时刻的自由落体加速度a2(t)；
(参见图2；图中，方向往下的加速度为正)
(3)从Tbreak-Tend时间段获得的数据代入FS(t)＝Pa1(t)+Pg-FCW(t)，得到制动力与时间的函数关系；并代入公式a2(t)＝a1(t)-(Fs(t)/P-Fs(t)/(P+Q))；
得到完整的a2(t)曲线公式：
Figure BDA0003236376900000071
式中：a2(t)为补偿后的加速度，即自由落体状态下装载砝码(砝码质量为Q)的轿厢加速度；
P为电梯轿厢质量，单位kg；本发明中的砝码质量Q采用电梯额定载重量的125％；
FCW为牵引轿厢的总拉力，FCW＝Fsum×k；
Fs为安全钳的制动力；
a1(t)为加速度传感器测得数据；
公式：FS(t)＝Pa1(t)+Pg-FCW(t)、公式a2(t)＝a1(t)-(Fs(t)/P-Fs(t)/(P+Q))，均由牛顿定理导出。
(4)利用补偿得到的自由落体有载加速度a2(t)还原自由落体速度v(t)；
首先导入从Tstart-Tend(单位ms)时刻的加速度a2(t)的值，并代入公式
Figure BDA0003236376900000081
得出各个时刻的自由落体速度， i为第i毫秒时刻，v(ti)为第ti时刻速度，单位m/s；
利用公式
Figure BDA0003236376900000082
可计算出下落总高度h(ti)，并在软件中形成与时间相关的函数图；
i为第i毫秒时刻，h(ti)为0-ti时间段位移，单位m；
同样，由公式
Figure BDA0003236376900000083
可计算出制动距离s(ti)，并在软件中形成与时间相关的函数图；
i为第i毫秒时刻，s(ti)为Tbreak-ti时刻位移，单位m；
(5)求平均制动力
Figure BDA0003236376900000084
以及最大最小制动力。
对比实施例：
将两个同型号且相邻挨着的电梯，在同一时刻同一高度启动电梯，并同时拨动安全钳，其中第一个电梯轿厢有钢丝绳牵引并空载，第二个无钢丝绳牵引，且装载检测砝码；且两个待检电梯曳引比2:1轿厢重1t，因为第二个电梯自由落体较快，所以两个电梯都尽可能早的拨动限位开关，以避免造成较大的损坏。
第一个电梯(不加检测砝码，并正常下落，数据由空载补偿法得出)：
首先，开始点击开始测试按钮，电连接单片机的LCD屏幕上显示轿厢静止时的Fsum＝5.026KN,FCW＝10.052KN(钢丝绳张力传感器显示了轿厢的总重)。
启动电梯下行，并尽可能快地拨动限速器上的限位开关，直至电梯停止以后，单片机软件开始接收数据；并将测得的数据处理，得到Tstart(0时刻)、 Tbreak＝0.437S Tend＝0.974S；
软件求出下落总高度h＝1.201m，制动距离s＝0.249m。
接着利用公式F(t)＝Pa1(t)+Pg-FCW(t)形成FS(t)函数图像，通过软件求出最大制动力51.251KN，最小制动力8.512KN，平均制动力24.814KN。
根据这些数据便可求得GB7588中需检测的项目。
第二个电梯(自由落体，且装载125％轿厢质量的检测砝码)：
因为自由落体实验时轿厢完全不需要钢丝绳牵引拉力，即FCW在这个过程始终等于0，只在轿厢上放置加速度仪，测得a1(t)，导入到软件即可。
在软件中开始点击测试；将连接电梯轿厢的钢丝绳释放，此时电梯轿厢完全做自由落体运动，触发安全钳制动后，直到电梯轿厢停止。
导入a1数据到软件中，得出检测数据：
下落总高度h＝1.249m，制动距离s＝0.263m
最大制动力53.556KN，最小制动力8.791KN，平均制动力25.185KN。
结论：本发明通过空载补偿法得出自由落体实验情况与自由落体的真实情况存在高度的一致性。对比上述两份实验报告其制动距离、下落高度、制动力与真实的自由落体误差均不超过1％。

Claims (8)

1.一种空载补偿法电梯渐进式安全钳检测方法，按以下步骤进行：
1)在连接电梯轿厢端的每一根钢丝绳上安装钢丝绳张力传感器，获得每一根钢丝绳的拉力值；将加速度传感器安装在电梯轿厢上，通过轿厢在空中的静止时刻的数据即可得到轿厢质量P；
Fsum＝F1+F2+F3+····+Fn
P＝(Fsum×k)/g
Fsum为所有钢丝绳张力传感器测得数据之和；
n是电梯轿厢端钢丝绳的根数；
g为重力加速度，取9.81；
k是电梯曳引比；
2)首先将电梯轿厢上升到一定的高度，点击上位机里开始测试按钮，并启动电梯；
3)电梯下行至检测速度后，拨动限速器上的限位开关，触发安全钳制动，直到电梯轿厢停止，点击数据接收按钮，将张力传感器数据和加速度数据通过无线模块导入到上位机；
4)数据处理
以1ms为时间间隔，通过上位机软件获得每一时刻的加速度值a1(t)、电梯钢丝绳张力值Fsum(t)；根据加速度a1(t)变化情况自动判别电梯启动时刻Tstart、安全钳制动时刻Tbreak、停止时刻Tend；
(1)先将Fsum(t)在Tstart-Tend时间段获得的采样值乘以曳引比，获得牵引轿厢的总拉力Fcw(t)；
(2)将a1(t)在Tstart-Tbreak时间段获得的采样值用公式a2(t)＝a1(t)+FCW(t)/P进行补偿，得到电梯启动时刻至安全钳制动时刻的自由落体加速度a2(t)；
(3)从Tbreak-Tend时间段获得的数据代入FS(t)＝Pa1(t)+Pg-FCW(t)，得到制动力与时间的函数关系；并代入公式a2(t)＝a1(t)-(Fs(t)/P-Fs(t)/(P+Q))；
得到完整的a2(t)曲线公式：
Figure FDA0003236376890000021
式中：a2(t)为空载试验补偿后的加速度，即自由落体状态下装载质量为Q的轿厢加速度；
P为电梯轿厢质量，单位kg；
FCW为牵引轿厢的总拉力，FCW＝Fsum×曳引比；
Fs为安全钳的制动力；
a1(t)为加速度传感器测得数据；
Q为按国标进行常规检测所需装载砝码的质量，单位kg；
(4)利用补偿得到的自由落体有载加速度a2(t)还原自由落体速度v(t)；
首先导入从Tstart-Tend(单位ms)时刻的加速度a2(t)的值，并代入公式
Figure FDA0003236376890000022
得出各个时刻的自由落体速度，i为第i毫秒时刻，v(ti)为第ti时刻速度，单位m/s；
利用公式
Figure FDA0003236376890000023
可计算出下落总高度h(ti)，并在软件中形成与时间相关的函数图；
i为第i毫秒时刻，h(ti)为0-ti时间段位移，单位m；
同样的，由公式
Figure FDA0003236376890000024
可计算出制动距离s(ti)，并在软件中形成与时间相关的函数图；
i为第i毫秒时刻，s(ti)为Tbreak-ti时刻位移，单位m；
(5)求平均制动力
Figure FDA0003236376890000031
以及最大最小制动力检测结束。
2.根据权利要求1所述的空载补偿法电梯渐进式安全钳检测方法，其特征在于：所述电梯启动时刻Tstart、安全钳制动时刻Tbreak以及停止时刻Tend由上位机软件依照以下方法判定：
当电梯由静止变为运动的时刻为电梯启动时刻Tstart，当电梯速度受到一反向加速度的时刻为安全钳制动时刻Tbreak，当电梯由运动变为静止的时刻为停止时刻Tend。
3.根据权利要求2所述的空载补偿法电梯渐进式安全钳检测方法，其特征在于：所述加速度传感器和钢丝绳张力传感器具有相同的时钟周期。
4.根据权利要求3所述的空载补偿法电梯渐进式安全钳检测方法，其特征在于：所述上位机为PC机。
5.一种空载补偿法电梯渐进式安全钳检测装置，其特征在于：该装置包括安装在轿厢上的加速度传感器(1)、一一安装连接电梯轿厢的每根钢丝绳上用于测试钢丝绳拉力的钢丝绳张力传感器(2)、分别配有无线模块且分别电连接加速度传感器与钢丝绳张力传感器的两个单片机(5,6)以及分别通过所述无线模块与两个单片机通信的PC机。
6.根据权利要求5所述的空载补偿法电梯渐进式安全钳检测装置，其特征在于：所述无线模块是蓝牙模块。
7.根据权利要求5所述的空载补偿法电梯渐进式安全钳检测装置，其特征在于：所述加速度传感器通过磁吸装置固定在轿厢上。
8.根据权利要求7所述的空载补偿法电梯渐进式安全钳检测装置，其特征在于：所述单片机配置有显示屏。
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