CN219173984U - 用于电梯的钢丝绳张力监控系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于电梯的钢丝绳张力监控系统，包括设置在轿厢的顶部轿顶反绳轮机构和曳引机构，轿顶反绳轮机构包括：反绳固定架和固定在反绳固定架上的反绳轮，反绳轮上缠绕有多根钢丝绳；钢丝绳张力监控装置，钢丝绳张力监控装置包括钢丝绳频率采样组件和信号处理器，钢丝绳频率采样组件设置在轿顶反绳轮机构的旁边的任一采样点，每根钢丝绳至少对应一个采样点，钢丝绳频率采样组件与信号处理器通讯连接，钢丝绳频率采样组件能够产生第一磁场，钢丝绳被钢丝绳频率采样组件的永磁体磁化后产生第二磁场，在钢丝绳被卷入或卷出反绳轮时，第二磁场选择性地靠近或远离钢丝绳频率采样组件，以使第二磁场影响第一磁场内的磁通量生成感应电流。

Description

用于电梯的钢丝绳张力监控系统

技术领域

本申请涉及电梯技术领域，尤其涉及一种用于电梯的钢丝绳张力监控系统。

背景技术

电梯运行过程中，钢丝绳的张力尤为重要，钢丝绳张力分配不均会降低钢丝绳和曳引轮的寿命，同时也会影响电梯运行时的舒适感。因此钢丝绳需要定期监控检测并调节到规定的范围之内。

目前电梯中测量钢丝绳张力的钢丝绳张力检测仪，需要在每次使用时在每个绳头分别安装套筒式压力传感器，在调节完成之后还需要一一拆卸下来，耗费较多的时间，且钢丝绳的张力调节需要多次才能完成，对于有调节经验的工程师来说，完成一台梯的调节通常也需要2-3个小时。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本申请的一个目的在于提出一种用于电梯的钢丝绳张力监控系统，可一次性固定安装在轿顶反绳轮机构的旁边的多个采样点之一的位置上，无需多次拆卸，定时开启监控钢丝绳的张力，测量快速且结果可靠。

为了达到上述目的，本申请第一方面提供了用于电梯的钢丝绳张力监控系统，包括：曳引机构；轿顶反绳轮机构，所述轿顶反绳轮机构设置在轿厢的顶部，所述轿顶反绳轮机构包括：反绳固定架和固定在反绳固定架上的反绳轮，所述反绳轮上缠绕有多根钢丝绳，所述曳引机构通过转动使所述钢丝绳卷入或卷出所述反绳轮；钢丝绳张力监控装置，所述钢丝绳张力监控装置包括钢丝绳频率采样组件和信号处理器，所述钢丝绳频率采样组件设置在所述轿顶反绳轮机构的旁边的任一采样点，每根所述钢丝绳至少对应一个所述采样点，每根所述钢丝绳至少对应一个所述采样点，所述钢丝绳频率采样组件与所述信号处理器通讯连接，所述钢丝绳频率采样组件用于输出感应电流，所述信号处理器用于将所述感应电流的数值与所有所述采样点计算得到的平均电流值进行对比并将对比结果输出，其中，所述钢丝绳频率采样组件能够产生第一磁场，所述钢丝绳被所述钢丝绳频率采样组件的永磁体磁化后产生第二磁场，在所述钢丝绳被卷入或卷出所述反绳轮时，所述第二磁场选择性地靠近或远离所述钢丝绳频率采样组件，以使所述第二磁场影响所述第一磁场内的磁通量生成感应电流。

进一步地，所述钢丝绳频率采样组件与所述钢丝绳相距为d，所述距离d大于所述钢丝绳的振动距离。

进一步地，所述钢丝绳频率采样组件构造为永磁体和缠绕在所述永磁体上的铜线，所述永磁体和/或所述铜线与所述钢丝绳的最近端与所述钢丝绳相距为d。

进一步地，所述永磁体在第一方向上延伸，所述钢丝绳在第二方向上延伸，所述第一方向和所述第二方向具有夹角。

进一步地，所述第一方向和所述第二方向垂直。

进一步地，所述采样点的数量与所述钢丝绳的根数相同。

进一步地，所述信号处理器包括：滤波器、信号放大器和计算电路，所述滤波器设置在所述信号放大器的上游，用于在接收感应电流后滤波生成所述感应电流的绝对值，所述信号放大器用于放大滤波后的感应电流的绝对值的信号，所述计算电路用于计算每个所述采样点放大后的感应电流的数值与平均电流值的电流差值。

进一步地，还包括报警器，所述报警器用于根据所述电流差值选择性地输出报警信号。

进一步地，还包括控制开关，所述控制开关具有断开状态和闭合状态，在所述控制开关处于打断开状态时，所述钢丝绳频率采样组件与所述信号处理器断连，在所述控制开关处于闭合状态时，所述钢丝绳频率采样组件与所述信号处理器通信连接。

进一步地，还包括定时器，所述定时器与所述控制开关电连接，用于定时控制所述控制开关在断开状态和闭合状态之间的切换。

根据本申请的钢丝绳张力监控系统，本申请的有益效果如下：

1、通过将钢丝绳频率采样组件设置在轿顶反绳轮机构的旁边，由于频率采样装置固定在轿顶并与反绳轮保持固定距离，在被磁化的钢丝绳被卷入或卷出反绳轮过程中钢丝绳被激振，钢丝绳与钢丝绳频率采样装置的距离也出现周期性变化，振动的钢丝绳带动它周边的磁场和钢丝绳以相同的频率振动，这样使得通过频率采样装置的磁通发生变化，进而在采样装置闭合的回路中产生感应电流。钢丝绳振动的频率与钢丝绳的张力之间根据钢丝绳对应的机械关系公式振动特征方程，张力与振动频率成正比，也就是说钢丝绳的振动频率可以反应出钢丝绳的张力值。

2、本申请利用法拉第电磁感应原理，过程简单，且该装置在一次安装完成后无需再装卸，节省测试时间。

3、定时器以固定时间启动控制开关，可实现实时监控。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。

图1是根据本申请实施例中钢丝绳振动分析图；

图2是根据本申请实施例中钢丝绳频率采样组件的结构示意图；

图3是根据本申请实施例中钢丝绳张力监控系统的示意图；

图4a是根据本申请实施例中被磁化的钢丝绳未被激荡时钢丝绳频率采样组件中磁通线的示意图；

图4b是根据本申请实施例中被磁化的钢丝绳被激荡后钢丝绳频率采样组件中磁通线的示意图。

需要注意的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，结构或区域的尺寸可能被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。

附图标记：

钢丝绳张力监控系统100，钢丝绳200，

曳引机构10，

轿顶反绳轮机构20，

轿厢的顶部30，

钢丝绳频率采样组件41，信号处理器42，

控制开关50。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本领域普通技术人员所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

在本文中，除非另有特别说明，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等方向性术语用于表示基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开，而不是指示或暗示所指的装置、元件或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作。需要理解的是，当被描述对象的绝对位置改变后，则它们表示的相对位置关系也可能相应地改变。因此，这些方向性术语不能理解为对本公开的限制。

电梯运行过程中，钢丝绳的张力尤为重要，钢丝绳张力分配不均会降低钢丝绳和曳引轮的寿命，同时也会影响电梯运行时的舒适感。因此钢丝绳需要定期监控检测并调节到规定的范围之内。

目前电梯中测量钢丝绳张力的钢丝绳张力检测仪，需要在每次使用时在每个绳头分别安装套筒式压力传感器，根据现场操作反馈，每个压力传感器平均安装时间在6min左右，在调节完成之后还需要一一拆卸下来，耗费较多的时间，且钢丝绳的张力调节需要多次才能完成，对于有调节经验的工程师来说，完成一台梯的调节通常也需要2-3个小时。

本申请提供了一种可定时开启监控钢丝绳的张力，且在钢丝绳张力超出规定范围时报警的钢丝绳张力监控系统，该系统可一次性固定布置完成，无需多次拆卸，测量快速且结果可靠，在钢丝绳张力出现问题时可及时通知维修人员，可实现钢丝绳张力的实时监控。

下面参照图1-图4b描述根据本申请实施例的用于电梯的钢丝绳张力监控系统100。

根据本申请实施例中的钢丝绳张力监控系统100，包括：曳引机构10、轿顶反绳轮机构20和钢丝绳张力监控装置。

轿顶反绳轮机构20设置在轿厢的顶部30，轿顶反绳轮机构20包括：反绳固定架和固定在反绳固定架上的反绳轮，反绳轮上缠绕有多根钢丝绳200，曳引机构10通过转动使钢丝绳200卷入或卷出反绳轮。

本申请的钢丝绳张力监控装置是通过钢丝绳的不同振动频率产生不同感应电流，根据感应电流获取钢丝绳的张力的方式进行监控的。

在曳引机构10工作时，曳引机构10通过摩擦力作用于钢丝绳200，使钢丝绳200产生曳引力，经反绳轮和导向轮，将轿厢和对重连接，并带动轿厢和对重上下运行。曳引机构10通过转动使钢丝绳200卷入或卷出反绳轮，在此过程中，钢丝绳200会振动。

如图1所示，为钢丝绳的两端被固定的情况下，其振动时的分析图。钢丝绳两端被固定，用张力T₀拉紧，钢丝绳初始长度为l，在干扰下做自由振动。将其任意分成n+1段，每段的质量为m_i(i＝1，2，…，n)，以y_i(i＝1，2，…，n)表示各m_i偏离平衡位置的位移，在整个振动过程中张力T0保持不变。根据牛顿运动定律和绳子质量计算公式，可以得到每段的质量为m_i的横向振动微分方程：

上述的横向振动微分方程可作为波动方程，由于振动系统具有一定幅度的与时间无关的振型，经过推导，令

其中a为波沿线长度方向传播的速度，最终可得到钢丝绳振动的特征方程，即频率方程，

p为系统的固有频率，由此可以求得无限多阶固有频率p_n

其中的n可取1，2，3，…。

也就是说，在钢丝绳长度、密度、截面积等可变量一定情况下，钢丝绳的振动频率与张力大小有直接性关系，张力越大振动幅度越小，频率越高。

如图3所示，为钢丝绳200、曳引机构10和轿顶反绳轮机构20的关系示意图，位于另一侧的对重、曳引绳和导向轮未示出。

钢丝绳张力监控装置包括钢丝绳频率采样组件41和信号处理器42，钢丝绳频率采样组件41设置在轿顶反绳轮机构20的旁边的任一采样点，每根钢丝绳200至少对应一个采样点，钢丝绳频率采样组件41能够产生第一磁场，钢丝绳200被钢丝绳频率采样组件的永磁体磁化后产生第二磁场，在钢丝绳200被卷入或卷出所述反绳轮时，第二磁场选择性地靠近或远离钢丝绳频率采样组件41，以使第二磁场影响第一磁场内的磁通量生成感应电流。

在一根钢丝绳200上可以有唯一的采样点，也可以有多个采样点，采样点的位置在轿顶反绳轮机构20的旁边。例如图3所示的采样点，采样点在轿顶反绳轮机构20的一侧，即靠近其中一根钢丝绳同时远离其他钢丝绳的位置上，避免钢丝绳频率采样组件41受到多根钢丝绳的干扰。

钢丝绳频率采样组件41与信号处理器42通讯连接，钢丝绳频率采样组件41用于根据钢丝绳200的振动输出感应电流，信号处理器42用于将感应电流的数值与所有采样点计算得到的平均电流值进行对比并将对比结果输出。

需要注意的是，本申请中的钢丝绳200是被钢丝绳频率采样组件的永磁体磁化的，当钢丝绳频率采样组件41设置在采样点时，钢丝绳频率采样组件41的磁场可以自动使钢丝绳200被磁化，被磁化的钢丝绳200才能影响钢丝绳频率采样组件41的磁通量变化。

将钢丝绳频率采样组件41和被磁化的钢丝绳200看成一个电路，被磁化的钢丝绳200在振动过程中改变了电路中的磁阻，导致线圈内磁通量发生变化，产生了感应电动势。也就是说，由于钢丝绳频率采样装置41固定在轿顶并与反绳轮保持固定距离，在钢丝绳200被激振后，钢丝绳200与钢丝绳频率采样装置41的距离也出现周期性变化，即钢丝绳200靠近或远离钢丝绳频率采样装置41，振动的钢丝绳带动它周边的第二磁场和钢丝绳200以相同的频率振动。这样使得穿过钢丝绳频率采样装置41的磁通量发生变化，进而在钢丝绳频率采样装置41闭合的回路中产生感应电流。

钢丝绳振动的频率与钢丝绳的张力之间根据钢丝绳对应的机械关系公式振动特征方程，张力与振动频率成正比，也就是说钢丝绳的振动频率可以反应出钢丝绳的张力值。所以钢丝绳张力监控装置可通过钢丝绳的不同振动频率产生不同感应电流，钢丝绳张力越大，振动频率越高，感应电流越小；钢丝绳张力越小，振动频率越低，感应电流越大。

由此，可通过钢丝绳频率采样组件41获取钢丝绳的振动频率，然后将振动频率图像输入信号处理器42对接受的信号进行分析计算，实现对钢丝绳200张力的监控和测量。

根据本申请的钢丝绳张力监控系统100，通过将钢丝绳频率采样组件41设置在轿顶反绳轮机构20的周围，在被磁化的钢丝绳200被卷入或卷出过程中发生振动时，具有稳定磁场的钢丝绳频率采样组件41中的磁通量会发生变化，进而产生感应电流，钢丝绳200振动的频率与钢丝绳200的张力之间有对应的机械关系公式，经过信号处理器42对感应电流的处理，就可以得到目前钢丝绳200的张力，本申请利用法拉第电磁感应原理，过程简单，且该装置在一次安装完成后无需再装卸，节省测试时间。

根据本申请的一个实施例，钢丝绳频率采样组件41与钢丝绳200相距为d，距离d大于钢丝绳200的振动距离。

考虑到钢丝绳200在振动过程中，虽然两端被曳引机构10和反绳轮固定，但其实际仍会有一定的振动位移，钢丝绳200若与钢丝绳频率采样组件41太近有可能部分振动会被吸附。

为了避免钢丝绳200以及钢丝绳频率采样组件41的磨损以及采集钢丝绳频率的精确性，两者的距离需大于钢丝绳200的振动距离d。即钢丝绳200在振动过程中不会接触到钢丝绳频率采样组件41。

另外，若钢丝绳频率采样组件41与钢丝绳200距离太近，向信号处理器42中输入的频率信号图像可能会出现过载的情况，因此对于钢丝绳频率采样组件41与钢丝绳200的距离，信号处理器42接收到的信号图像也是一个参考量。

根据本申请的一个实施例，钢丝绳频率采样组件41构造为永磁体和缠绕在永磁体上的铜线，永磁体和/或铜线与钢丝绳200的最近端与钢丝绳200相距为d。

如图2所示，铜线缠绕在永磁体上形成稳定磁场，这里的铜线可以为漆包铜线。在铜线缠绕在永磁体上后，与钢丝绳200最近端的距离需大于钢丝绳200的振动距离。

根据本申请的一个实施例，永磁体在第一方向上延伸，钢丝绳200在第二方向上延伸，第一方向和第二方向具有夹角。在一个实施例中，如图4a和图4b所示，第一方向和第二方向垂直。

图4a是钢丝绳200未振动时钢丝绳频率采样组件41中磁感线的示意图，图4b是钢丝绳200开始振动时钢丝绳频率采样组件41中磁感线的示意图。当曳引机转动带动钢丝绳200卷入或卷出反绳轮时，钢丝绳200会被激振，钢丝绳200的张力值的差异表现为钢丝绳200振动频率的差异。被磁化后的钢丝绳200本身也可以产生一个磁场，当钢丝绳200被激振后，钢丝绳200的磁场跟随振动，永磁体和铜线可以产生稳定的磁场，该磁场可以感应到钢丝绳200的振动，从而影响穿过铜线的磁感线的数量，所以磁通量发生变化，铜线内产生感应电动势和感应电流。

可以理解的是，铜线也产生的电流波动与钢丝绳的振动频率是相同的，例如振动频率为440Hz，那么铜线也会产生相应频率的电流波动。

根据本申请的一个实施例，信号处理器42包括：滤波器、信号放大器和计算电路，滤波器设置在信号放大器的上游，用于在接收感应电流后滤波生成感应电流的绝对值，信号放大器用于放大滤波后的感应电流的绝对值的信号，计算电路用于计算每个采样点放大后的感应电流的数值与平均电流值的电流差值。

滤波器和信号放大器是信号处理器42中重要部分，滤波器可过滤掉感应电流的信号中的噪声，信号放大器用于增强感应电流的信号值，感应电流的信号值在信号放大器中首先经过前级放大器整形，然后送至后级推挽输出。计算电路可实时计算感应电流的数值与平均电流值的差值，并输出电流差值。可以理解的是，输出的电流差值是相对量，即，由于平均电流值是通过所有采样点的感应电流值进行平均计算得到的，因此平均电流值不是唯一的定值，每个采样点的感应电流与平均电流值进行比较进而得到的是相对量，电流差值可理解是每个采样点相对于平均值的比例。根据前述频率与张力之间的关系，通过频率得到的感应电流值与平均电流值之差，实际通过推到就是被测的钢丝绳200的张力与所有钢丝绳的张力的平均值之差。

可以理解的是，“平均电流值”指的是满足规定的张力值，是通过多个采样点的感应电流计算得到的平均电流值，“平均电流值”可以是个具体数值，也可以是个数值范围，例如，超过规定值+-50％。

根据本申请的一个实施例，采样点的数量与钢丝绳的根数相同。频率采样装置采样点的数量和电梯曳引钢丝绳的根数相同，即每个采样点监测唯一的钢丝绳。

根据本申请的一个实施例，钢丝绳张力监控系统100还包括报警器，报警器用于根据电流差值选择性地输出报警信号。

对于钢丝绳张力监控，本申请还设置了报警器，报警器可以对维修人员起到警示告知作用，提示维修人员调整钢丝绳200张力。在钢丝绳200张力不足时报警提醒，报警提醒的类型可以根据钢丝绳200张力的松紧具体设置，例如，在钢丝绳的张力值小于平均电流值时，报警器会发出松绳报警；在钢丝绳的张力值大于平均电流值时，报警器会发出绳过紧报警。

在一个实施例中，在任一采样点的电流差值超过电流平均值的+-50％时，报警器发出松绳警报，同时计算电路输出此次采样的计算结果，通过信号处理器对感应电流的处理，就可以得到目前的每根钢丝绳的张力。

根据本申请的一个实施例，钢丝绳张力监控系统100还包括控制开关50，控制开关50具有断开状态和闭合状态，在控制开关50处于打断开状态时，钢丝绳频率采样组件41与信号处理器42断连，在控制开关50处于闭合状态时，钢丝绳频率采样组件41与信号处理器42通信连接。

根据本申请的一个实施例，钢丝绳张力监控系统100还包括定时器，定时器与控制开关50电连接，用于定时控制控制开关50在断开状态和闭合状态之间的切换。

维修人员可以根据需求不定时启动控制开关50，分析当前钢丝绳200张力值，也可以通过定时器定时启动控制开关50实现实时自动监控。例如，定时器设置每隔24h启动一次，检查钢丝绳200的张力差值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然根据本公开总体技术构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本公开总体技术构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于电梯的钢丝绳张力监控系统，其特征在于，包括：

曳引机构；

轿顶反绳轮机构，所述轿顶反绳轮机构设置在轿厢的顶部，所述轿顶反绳轮机构包括：反绳固定架和固定在反绳固定架上的反绳轮，所述反绳轮上缠绕有多根钢丝绳，所述曳引机构通过转动使所述钢丝绳卷入或卷出所述反绳轮；

钢丝绳张力监控装置，所述钢丝绳张力监控装置包括钢丝绳频率采样组件和信号处理器，所述钢丝绳频率采样组件设置在所述轿顶反绳轮机构的旁边的任一采样点，每根所述钢丝绳至少对应一个所述采样点，所述钢丝绳频率采样组件与所述信号处理器通讯连接，所述钢丝绳频率采样组件用于输出感应电流，所述信号处理器用于将所述感应电流的数值与所有所述采样点计算得到的平均电流值进行对比并将对比结果输出，

其中，所述钢丝绳频率采样组件能够产生第一磁场，所述钢丝绳被所述钢丝绳频率采样组件的永磁体磁化后产生第二磁场，在所述钢丝绳被卷入或卷出所述反绳轮时，所述第二磁场选择性地靠近或远离所述钢丝绳频率采样组件，以使所述第二磁场影响所述第一磁场内的磁通量生成感应电流。

2.根据权利要求1所述的钢丝绳张力监控系统，其特征在于，所述钢丝绳频率采样组件与所述钢丝绳相距为d，所述距离d大于所述钢丝绳的振动距离。

3.根据权利要求2所述的钢丝绳张力监控系统，其特征在于，所述钢丝绳频率采样组件构造为永磁体和缠绕在所述永磁体上的铜线，所述永磁体和/或所述铜线与所述钢丝绳的最近端与所述钢丝绳相距为d。

4.根据权利要求3所述的钢丝绳张力监控系统，其特征在于，所述永磁体在第一方向上延伸，所述钢丝绳在第二方向上延伸，所述第一方向和所述第二方向具有夹角。

5.根据权利要求4所述的钢丝绳张力监控系统，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向垂直。

6.根据权利要求5所述的钢丝绳张力监控系统，其特征在于，所述采样点的数量与所述钢丝绳的根数相同。

7.根据权利要求6所述的钢丝绳张力监控系统，其特征在于，所述信号处理器包括：滤波器、信号放大器和计算电路，

所述滤波器设置在所述信号放大器的上游，用于在接收感应电流后滤波生成所述感应电流的绝对值，所述信号放大器用于放大滤波后的感应电流的绝对值的信号，所述计算电路用于计算每个所述采样点放大后的感应电流的数值与平均电流值的电流差值。

8.根据权利要求7所述的钢丝绳张力监控系统，其特征在于，还包括报警器，所述报警器用于根据所述电流差值选择性地输出报警信号。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的钢丝绳张力监控系统，其特征在于，还包括控制开关，所述控制开关具有断开状态和闭合状态，

在所述控制开关处于打断开状态时，所述钢丝绳频率采样组件与所述信号处理器断连，在所述控制开关处于闭合状态时，所述钢丝绳频率采样组件与所述信号处理器通信连接。

10.根据权利要求9所述的钢丝绳张力监控系统，其特征在于，还包括定时器，所述定时器与所述控制开关电连接，用于定时控制所述控制开关在断开状态和闭合状态之间的切换。

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