CN1926044B - 抗拉支承件强度测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种方法和系统通过监测作为整体的抗拉支承件的电特性例如抗拉支承件的总电阻来确定电梯系统中抗拉支承件的可能强度退化，所述电特性随着抗拉支承件中剩余强度的变化而变化。一个示例系统确定强度退化与各种物理因素之间的关系以获得平均退化的图(100)，所述物理因素例如是对于给定负荷(102)的退化速度、抗拉支承件(104)的运行环境信息以及估计的使用数据(106)。该平均退化的图(100)然后用于产生一个或多个使强度退化与电特性相关的图。
Description
技术领域
本发明涉及评估抗拉支承件(tensile support)中的强度，更特别地涉及一种基于抗拉支承件的电特性来监测抗拉支承件强度的系统和方法。
背景技术
抗拉支承件，例如镀层钢带或者含有金属绳索的钢索，用于使电梯车厢在电梯井内上下运动。由于抗拉支承件的状况对于电梯的安全运行是至关重要的，所以需要确定抗拉支承件的剩余强度水平，并且检测剩余强度水平是否下降到最小阈值之下。
抗拉支承件强度可通过电梯的正常运行而减小。抗拉支承件强度退化(degradation)的主要原因在于当电梯在电梯井中上下运动时抗拉支承件围绕滑轮的周期性弯曲。抗拉支承件的退化通常沿着抗拉支承件的长度不是均匀的；代之以，受到高水平或者严重弯曲循环的抗拉支承件的区域将比经历较少弯曲循环的区域退化得更快。
当绳索的横截面积减小时，抗拉支承件中绳索的一些电特性例如电阻或者阻抗将发生变化。因此，理论上有可能基于绳索的电特性来确定抗拉支承件的剩余支承件强度。然而，如上所述，根据电梯的使用(例如速度、加速度、急动等)、电梯系统的设计、绳索的材料、制造变量以及其它因素，抗拉支承件中较弱的点通常以变化的方式分布于抗拉支承件上，从而使得难以准确地确定抗拉支承件何时和在哪里可达到其最小剩余强度。没有与具有剩余抗拉支承件强度的抗拉支承件的电特性有关的定量方法，抗拉支承件的电监测仅可揭示抗拉支承件是完好的还是被破坏的。
需要一种可基于绳索的电特性、并因此基于抗拉支承件的电特性来定量指示抗拉支承件中绳索的剩余强度水平的系统和方法。
发明内容
本发明涉及一种可基于电特性例如电阻来确定抗拉支承件中强度退化的方法和系统。一种示例系统确定在强度退化与各种物理因素之间的关系以得到平均退化的图(map)，所述物理因素例如是对于给定负荷的退化速度、抗拉支承件的运行环境信息、以及估计的或实际的使用数据。该平均退化的图然后用于产生一个或多个联系强度退化(即以剩余强度百分比的形式)与电特性例如电阻的图，所述电特性随剩余支承件强度的变化而变化。基于这些电特性的图，有可能通过测量电特性来检测何时抗拉支承件丧失给定水平的强度。
在一个实施例中，考虑抗拉支承件的退化速度的变化(variance)、电特性与强度退化之间的关系、温度和/或用于测量电特性的电设备以产生电特性图。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的用于产生平均退化的图的过程的框图；
图2是根据本发明一个实施例的用于确定视在电阻的过程的框图；
图3是根据本发明一个实施例的剩余强度概率对于视在电阻中的给定增加的曲线图；
图4是根据本发明另一实施例的剩余强度概率对于估计的使用和对于实际的使用的曲线图；
图5是说明本发明的一种可能的实施方式的框图。
具体实施方式
如上所述，抗拉支承件的强度与抗拉支承件中绳索的横截面积以及在电梯运行期间当抗拉支承件围绕一个或多个滑轮弯曲和伸直时在绳索中积累的破裂有关。经验性测试可以产生将抗拉支承件强度的损失与电梯运行因素相联系的强度损失模型，所述电梯运行因素例如是抗拉支承件负荷、滑轮的几何尺寸(例如滑轮直径)、以及弯曲循环的数量。换言之，该模型提供了在恒定负荷与由恒定负荷引起的强度退化的速度之间的关系。
由于抗拉支承件的不同段以不同的速度丧失强度，所以期望产生平均退化的图来对于抗拉支承件中任何段预测强度退化量。在实践中，事实上不可能直接定位抗拉支承件的最弱部分。然而，由于在使用过程中抗拉支承件的减弱部分分布在整个抗拉支承件的长度上，所以整个抗拉支承件的电阻可以是抗拉支承件中最弱段的准确指示，其规定了抗拉支承件的剩余强度。
图1说明一种产生平均退化的图100的方法。在该实施例中，基于用于正考虑的电梯系统的强度损失模型102、电梯构造104以及估计的电梯交通106而产生图100。这些部件中的每个将在下面更详细地进行解释。
为了获得强度损失模型102，对于给定恒定负荷经验性地得到抗拉支承件的退化速度。在一个实施例中，将重复的弯曲循环施加于多个样品抗拉支承件直至它们破裂。这可使用任何已知的疲劳试验机来进行。通过该信息，有可能确定对于已知的恒定负荷使给定抗拉支承件弯曲到失效所需的弯曲循环数的统计分布。
抗拉支承件中的剩余强度还受电梯构造104支配，例如电梯系统中的滑轮数、围绕滑轮的抗拉支承件的路径选择、滑轮之间的距离以及滑轮的构造。估计的电梯交通106，例如使用频率、平均乘客重量等，在产生平均退化图中也被考虑。诸如电梯在某些楼层之间运动的次数之类的使用细节直接影响抗拉支承件中退化的位置和量。考虑估计的电梯交通106和电梯构造可以知道滑轮接触抗拉支承件的特定段的次数和此时的张力。这是通过滑轮触点和负荷跟踪算法108来跟踪的。通过该信息，有可能预测抗拉支承件的给定段的磨损状态，并因此预测整个抗拉支承件的剩余强度。
对于给定的电梯构造104而言，平均退化图100可通过改变估计的电梯交通数据106和关于退化速度102的数据以及用于监测在不同负荷和交通状况下滑轮接触抗拉支承件的区域的负荷影响的数据108来统计分析。所得到的平均退化图100提供了对于给定恒定负荷的特定电梯系统的强度退化的统计分布。换言之，平均退化图100表明其中预期抗拉支承件对于一种类型的电梯系统出现故障的弯曲循环的范围。
为了基于电特性例如电阻来检测抗拉支承件中的剩余强度，平均退化图100中的信息需要与抗拉支承件的电特性相联系，优选是以电特性图的形式。图2是说明根据本发明一个实施例的确定电阻与剩余强度之间的关系的过程200的框图。
在该实施例中为了产生电阻图，首先认为退化图100具有退化速度变化202，其反映了由图100所反映的退化速度的不确定性。尽管平均退化图100提供了可能值的范围，但是在图100中所反映的该范围本身也可变化。退化速度变化202在确定电阻图时考虑了这一点。变化的量可以经验性地确定。
相对于退化速度变化202来估计退化图100产生了抗拉支承件的使用模式和磨损率的范围，并且产生了最小抗拉支承件强度和/或最大制动强度损失(LBS)204的范围，该最大制动强度损失204的范围反映了抗拉支承件强度可退化的最大量。更特别地，在考虑了退化速度变化202之后，该最大LBS可通过检测退化图中抗拉支承件强度最低的点并且然后使用该点作为最大LBS值204来确定。最大LBS值204表明抗拉支承件如果被置于极限负荷下则将破裂的点。
该最大LBS 204值可与视在电阻205值相联系，这将在下面更详细地进行描述。通过这种联系，当视在电阻205达到与最大LBS 204对应的值时，操作者可被警告弱的抗拉支承件状况。
注意，在电阻与用于多个抗拉支承件的LBS之间的关系的关联仅仅提供了对于最大LBS的可能电阻值的范围。需要将在下面解释的另外的分析以得到在电阻值与不同于LBS的强度特征之间的关系。
如上所述，抗拉支承件中绳索的横截面积的损失与绳索中破裂的积累可以影响抗拉支承件的电特性，例如增加了电阻。在图2所示的例子中，经验性地并分析地形成了电阻R与LBS之间的关系以产生R与LBS的关系的图206。因为在抗拉支承件中电阻R与LBS之间的关系由于不可控制的因素例如制造变量和不同的材料特性而可以随机变化，所以过程200模拟在变化图208中的这些随机变化，并且将它们添加到R与LBS的关系的图206上。
改进的退化图100、202和改进的R与LBS的关系的图206、208被结合在一起以产生电阻图210，其反映了在抗拉支承件的任何给定段处的电阻。如图所示，在改进的退化图100、202以及改进的R与LBS的关系的图206、208中对应的图点被一起相乘以得到电阻图210。在任何给定时刻抗拉支承件的总电阻可通过将抗拉支承件各段的电阻一起求和212来计算。
在电梯系统中的电子设备中的温度改变和变化可以改变抗拉支承件的视在电阻。一般而言，温度引起的变化214和电子设备变化216的影响可通过经验和/或分析来确定。例如，可以计算以及经验性地测量温度改变对抗拉支承件电阻的影响，而电子设备中的变化可通过测试来经验性地确定。过程200结合了温度引起的变化214和电子设备变化216对电阻值的影响，以产生反映视在电阻205的可能值的电阻图。可选择地，如果沿着抗拉支承件的温度是已知的或者被模拟，那么在执行求和212之前温度变化可被施加到电阻图210中的每个值上。
因此，图1和2中所示的分析产生了最小剩余抗拉支承件强度估计和与该强度估计对应的视在电阻的相应分布。可对这些分布进行统计学分析，以对于选定电阻产生剩余抗拉支承件强度的概率估计。
图3是说明在视在的总抗拉支承件电阻中的改变与剩余抗拉支承件强度的概率估计之间的一种可能关系的曲线图。如图所示，视在电阻(在图3中示出为“DR”)的百分比增加越大，抗拉支承件中剩余强度的量就越低。图3中所示的分布说明了对于视在电阻的给定百分比增加而言具有给定百分比的剩余强度的抗拉支承件的百分比。通过该曲线图，基于其电阻的增加量来估计抗拉支承件中剩余强度的量是简单的。
在另一实施例中，用于计算视在电阻并确定强度概率图的平均退化图100是基于实际电梯使用数据而不是模拟或历史数据。为了得到这个实施例，实际电梯使用数据可代替图1中估计的电梯交通106。
可将实际电梯使用数据持续馈送到滑轮触点和负荷跟踪算法108，以使当得到关于电梯使用的更多数据时，可以持续更新平均退化图100以及因此的视在电阻值205和相应的电阻图。除了用于估计抗拉支承件退化的电梯使用因素外，该实施例还考虑电梯实际如何被使用，并且考虑乘客的负荷以及在抗拉支承件的任何段中的刚度和弯曲循环数。由于强度概率估计是基于实际电梯使用，所以在该实施例中获得的剩余强度水平的估计将可能比在第一实施例中的那些具有更窄的范围，该第一实施例包含了宽范围的可能电梯使用。
图4示出了在基于估计的电梯使用与实际电梯使用的剩余抗拉支承件强度的估计之间的比较。实际电梯使用数据提供了电阻值，该电阻值对于给定的电梯系统改善了剩余抗拉支承件强度的估计，从而使得有可能在与被监测的特定电梯系统有关的电梯正常状态监测系统中设定动作阈值。
图5是如上所述的评价抗拉支承件强度的系统的代表图。通常，系统300应包括至少一个监测抗拉支承件的电特性测量设备例如电阻计302以及监测抗拉支承件的环境的温度测量设备303。系统300还包括处理器304，该处理器304根据测量的电和温度特性产生上述的图，并且确定抗拉支承件中可能的剩余强度。将在系统300上使用的特定部件可由本领域普通技术人员来选择。
通过基于电特性例如电阻来测量抗拉支承件的强度，本发明可监测抗拉支承件的剩余强度水平，检测最小剩余强度水平，并且如果需要的话基于剩余强度水平而引起动作。尽管上述的例子集中在电梯应用中所采用的抗拉支承件，例如镀层钢带，但是本发明还可用于监测其电特性基于抗拉支承件而变化的任何结构的强度。而且，尽管上面的例子集中在使电阻与剩余强度相关，但是也可监测和使用其它电特性。本发明可使用任何需要的部件以任何已知的方式来实现；本领域普通技术人员将能够确定需要什么设备来获得电特性数据，获得模拟数据，以及产生例如可在处理器中执行本发明的程序。
应当理解，在此所述的本发明实施例的各种替代可在实践本发明时采用。打算由后面的权利要求书来限定本发明的范围，并且由此覆盖在这些权利要求的范围内的方法和装置以及它们的等同物。
Claims (24)
1.一种模拟电梯抗拉支承件的状况的方法，包括：
确定抗拉支承件对于选定负荷的退化速度；
模拟至少一种选定电梯系统的构造；
估计电梯交通模式；
使用所模拟的构造以及所估计的交通模式来确定滑轮触点和负荷信息；以及
根据所确定的退化速度以及所确定的滑轮触点和负荷信息来确定抗拉支承件的平均退化。
2.权利要求1所述的方法，包括通过改变所模拟的构造或者所估计的电梯交通模式中的至少一个来确定多个平均退化值。
3.权利要求1所述的方法，包括确定在电特性与抗拉支承件的选定状况之间的关系，并且使用所确定的关系和所确定的平均退化来确定与抗拉支承件的选定状况对应的视在电特性值。
4.权利要求3所述的方法，包括重复地执行权利要求3所述的步骤以确定多个视在电特性值，并且使用所述值来确定在相应测量的电特性与抗拉支承件的状况之间的关系。
5.权利要求4所述的方法，其中所述电特性是电阻。
6.权利要求5所述的方法，包括随后测量抗拉支承件的电阻，并且使用在电阻与抗拉支承件的选定状况之间所确定的关系来确定抗拉支承件的当前状况。
7.权利要求1所述的方法，包括：
根据所确定的平均退化来产生第一图；
产生将电特性与选定的强度退化程度相关的第二图；
结合第一和第二图来产生将电特性与抗拉支承件中的剩余强度相关的第三图。
8.权利要求7所述的方法，其中产生第一图的步骤包括将至少一个抗拉支承件运行因素与所确定的退化速度结合。
9.权利要求8所述的方法，其中所述至少一个抗拉支承件运行因素选自由电梯系统构造、估计的电梯交通、实际电梯使用、以及滑轮触点组成的组。
10.权利要求9所述的方法，其中所述至少一个抗拉支承件运行因素是实际电梯使用，以及其中产生第一图的步骤还包括使用更新的实际电梯使用。
11.权利要求7所述的方法，其中结合步骤包括：
产生将电特性与抗拉支承件的段中的剩余强度相关的中间图，其中抗拉支承件包括多个段；以及
将多个段的剩余强度求和以产生第三图。
12.权利要求7所述的方法，包括将退化速度变化因素结合在第一图中。
13.权利要求7所述的方法，包括将电特性变化因素结合在第二图中。
14.权利要求7所述的方法，包括结合温度引起的变化因素和电子设备变化因素中的至少一个以产生第三图。
15.权利要求7所述的方法，其中所述电特性是电阻。
16.一种用于确定电梯抗拉支承件的状况的系统，包括：
用于测量抗拉支承件的至少一部分的电特性的设备；
通过将所测量的特性与预定数据集相关来确定抗拉支承件的当前状况的控制器，所述预定数据集表示在对应的视在特性值 与抗拉支承件的状况之间的关系，所述关系是基于下述中的一个：对于选定负荷所确定的抗拉支承件的退化速度，所模拟的电梯系统的构造，所估计的电梯交通模式，基于所模拟的电梯系统的构造和所估计的电梯交通模式而确定的滑轮触点和负荷信息，或者基于对于选定负荷所确定的抗拉支承件的退化速度以及所确定的滑轮触点和负荷信息而确定的抗拉支承件的平均退化。
17.权利要求16所述的系统，其中所述控制器
对于选定负荷确定抗拉支承件的退化速度；
模拟至少一种选定电梯系统的构造；
估计电梯交通模式；
使用所模拟的构造以及所估计的交通模式来确定滑轮触点和负荷信息；以及
根据所确定的退化速度以及所确定的滑轮触点和负荷信息来确定抗拉支承件的平均退化。
18.权利要求17所述的系统，其中所述控制器确定在电特性与抗拉支承件的选定状况之间的关系，并且使用所确定的关系和所确定的平均退化来确定与抗拉支承件的选定状况对应的视在电特性值。
19.权利要求18所述的系统，其中所述控制器确定多个视在电特性值，并且使用那些值来确定在对应测量的电特性与抗拉支承件的状况之间的关系。
20.权利要求16所述的系统，其中所述电特性是电阻。
21.一种对确定电梯抗拉支承件的状况有用的控制器，包括：
编程以对于选定负荷确定抗拉支承件的退化速度；
模拟至少一个选定电梯系统的构造；
估计电梯交通模式；
使用所模拟的构造以及所估计的交通模式来确定滑轮触点和负荷信息；以及
根据所确定的退化速度以及所确定的滑轮触点和负荷信息来确定抗拉支承件的平均退化。
22.权利要求21所述的控制器，包括编程以通过改变所模拟的构造或所估计的电梯交通模式中的至少一个来确定多个平均退化值。
23.权利要求21所述的控制器，包括编程以确定在电特性与抗拉支承件的选定状况之间的关系，并且使用所确定的关系和所确定的平均退化来确定与抗拉支承件的选定状况对应的视在电特性值。
24.权利要求23所述的控制器，包括编程以确定多个视在电特性值，并且使用所述值来确定在相应测量的电特性与抗拉支承件的状况之间的关系。
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