電梯塊式制動(dòng)器制動(dòng)閘瓦間隙檢測(cè)技術(shù)研究

摘要：制動(dòng)器作為電梯的重要安全裝置，其制動(dòng)性能對(duì)于確保電梯安全運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，制動(dòng)器一旦失效將會(huì)引起嚴(yán)重的安全事故，對(duì)乘客的生命安全造成威脅。鑒于此，基于機(jī)器視覺(jué)開(kāi)展電梯塊式制動(dòng)器制動(dòng)閘瓦間隙的檢測(cè)研究。通過(guò)工業(yè)相機(jī)對(duì)電梯制動(dòng)器的制動(dòng)閘瓦進(jìn)行拍攝，并將得到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)分析制動(dòng)器制動(dòng)閘瓦間隙的變化情況，得到制動(dòng)閘瓦的開(kāi)啟時(shí)間、閉合時(shí)間以及制動(dòng)閘瓦最大開(kāi)啟間隙，從而對(duì)制動(dòng)性能進(jìn)行判斷，確保電梯安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電梯;塊式制動(dòng)器;制動(dòng)閘瓦;間隙

中圖分類(lèi)號(hào)：TU857? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）06-0079-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.06.022

0? ? 引言

制動(dòng)器作為電梯的重要安全裝置，按照工作原理可分為鼓式制動(dòng)器、碟式制動(dòng)器和塊式制動(dòng)器。無(wú)論何種類(lèi)型的制動(dòng)器，其安全性與可靠性都是電梯安全運(yùn)行的重要保障。隨著電梯使用年限的增長(zhǎng)，制動(dòng)器可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)械卡阻、閘瓦過(guò)度磨損、帶閘運(yùn)行等問(wèn)題，從而導(dǎo)致制動(dòng)失效，引起沖頂、蹲底、溜車(chē)等安全事故，對(duì)乘客的人身安全造成嚴(yán)重威脅[1]。因此，非常有必要對(duì)制動(dòng)器的重要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，以確保制動(dòng)器安全可靠工作。

1? ? 塊式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的電梯塊式制動(dòng)器一般采用電磁鐵雙推制動(dòng)閘瓦，電磁鐵通電后推開(kāi)制動(dòng)閘瓦實(shí)現(xiàn)松閘，失電后制動(dòng)彈簧提供制動(dòng)力使制動(dòng)閘瓦抱緊制動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)抱閘，是一種新型制動(dòng)器。如圖1所示，當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生電磁力，克服制動(dòng)彈簧的彈簧力，使制動(dòng)閘瓦脫離制動(dòng)輪;當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，制動(dòng)彈簧的彈簧力使制動(dòng)閘瓦壓緊制動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，電氣開(kāi)關(guān)驗(yàn)證抱閘張開(kāi)/閉合的狀態(tài)。

制動(dòng)器閘瓦間隙是決定制動(dòng)器能否正常工作的重要參數(shù)之一。制動(dòng)器閘瓦間隙過(guò)大會(huì)對(duì)制動(dòng)器反應(yīng)時(shí)間、釋放時(shí)間等產(chǎn)生影響;間隙過(guò)小則會(huì)加劇閘瓦和制動(dòng)輪之間的磨損，使制動(dòng)力降低乃至失效。《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》（TSG T7001—2009）中規(guī)定：制動(dòng)器動(dòng)作靈活，制動(dòng)時(shí)制動(dòng)閘瓦緊密、均勻地貼合在制動(dòng)輪上，電梯運(yùn)行時(shí)制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)輪不發(fā)生摩擦，制動(dòng)閘瓦以及制動(dòng)輪工作面上沒(méi)有油污。

甘斌等人[2]分析了電梯制動(dòng)器使用過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)和常見(jiàn)失效形式。吳昊等人[3]對(duì)電梯制動(dòng)器失效的原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的檢驗(yàn)對(duì)策。針對(duì)電梯閘瓦易出現(xiàn)不均勻磨損故障導(dǎo)致電梯制動(dòng)失效的問(wèn)題，王逸銘等人[4]提出了一種基于熱像分析的電梯閘瓦不均勻磨損檢驗(yàn)方法。周前飛等人[5]通過(guò)將兩個(gè)電渦流傳感器的探頭呈180°對(duì)稱(chēng)安裝在兩片閘瓦端面上，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)輪與兩側(cè)閘瓦間隙的測(cè)量。胡暢等人[6]通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)控方法中信號(hào)元件安裝方式和檢測(cè)回路的改變，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)扶梯塊式制動(dòng)器閘瓦磨損量的可靠檢測(cè)。

本文基于機(jī)器視覺(jué)開(kāi)展電梯塊式制動(dòng)器制動(dòng)閘瓦間隙的檢測(cè)研究，通過(guò)工業(yè)相機(jī)對(duì)電梯制動(dòng)器的制動(dòng)閘瓦進(jìn)行拍攝，并將得到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)分析制動(dòng)閘瓦間隙的變化情況，得到制動(dòng)閘瓦的開(kāi)啟時(shí)間、閉合時(shí)間以及制動(dòng)閘瓦最大開(kāi)啟間隙，從而對(duì)制動(dòng)性能進(jìn)行判斷，確保電梯安全運(yùn)行。

2? ? 機(jī)器視覺(jué)測(cè)量閘瓦間隙的原理

本文采用MindVision的MV-SUA33GC-T型工業(yè)相機(jī)作為拍攝工具，對(duì)電梯制動(dòng)器的制動(dòng)閘瓦開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程進(jìn)行拍攝，從而獲取制動(dòng)閘瓦開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程的視頻數(shù)據(jù)。

工業(yè)相機(jī)拍攝到的制動(dòng)閘瓦間隙如圖2所示。

整個(gè)制動(dòng)閘瓦由兩片方形閘瓦組成，拍攝時(shí)需要至少一片方形閘瓦的寬度在整個(gè)相機(jī)視野范圍內(nèi)作為參考寬度。使用測(cè)量工具測(cè)量制動(dòng)器一片閘瓦的實(shí)際寬度，記作d。從圖像中可以提取到制動(dòng)閘瓦左邊部分的寬度沿圖像水平方向所跨過(guò)的像素?cái)?shù)d1、制動(dòng)閘瓦間隙沿圖像水平方向跨過(guò)的像素?cái)?shù)d2以及邊緣輪廓與水平方向的夾角θ。因此，制動(dòng)閘瓦的實(shí)際間隙計(jì)算如下：

以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以制動(dòng)閘瓦間隙為縱坐標(biāo)，可以繪制閘瓦間隙—時(shí)間曲線，曲線上升為閘瓦打開(kāi)過(guò)程，曲線下降為閘瓦合攏過(guò)程。記錄閘瓦打開(kāi)過(guò)程中開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間，即可得到制動(dòng)器的打開(kāi)時(shí)間。類(lèi)似地，記錄閘瓦合攏的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，即可得到制動(dòng)器的合攏時(shí)間。

3? ? 檢測(cè)過(guò)程

圖3所示為制動(dòng)器現(xiàn)場(chǎng)圖。該測(cè)量方法實(shí)施的具體操作步驟如下：

（1）選擇合適的位置固定工業(yè)相機(jī)，使制動(dòng)閘瓦盡量位于相機(jī)視野中央，調(diào)整相機(jī)焦距，保證其中一片閘瓦圖像清晰。

（2）調(diào)整相機(jī)，選擇合適的幀率和畫(huà)質(zhì)，并使用直流光源補(bǔ)光。

（3）從閘瓦打開(kāi)的狀態(tài)開(kāi)始錄制，錄制過(guò)程中，使閘瓦合攏，等待穩(wěn)定后，再使閘瓦打開(kāi)。繼續(xù)等待閘瓦穩(wěn)定后，結(jié)束錄制。

（4）對(duì)視頻進(jìn)行處理，獲取每幀的閘瓦間隙，并繪制閘瓦間隙—時(shí)間曲線。

（5）記錄并計(jì)算閘瓦最大穩(wěn)定間隙、閘瓦打開(kāi)時(shí)間和閘瓦合攏時(shí)間。

4? ? 檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過(guò)上述測(cè)量實(shí)驗(yàn)，對(duì)視頻進(jìn)行處理后，得到的間隙—時(shí)間圖像如圖4所示?？梢郧逦乜闯觯苿?dòng)閘瓦在30 s左右的時(shí)刻發(fā)生一次合攏，然后在40 s左右又打開(kāi)。

對(duì)制動(dòng)閘瓦的合攏過(guò)程曲線（下降曲線）進(jìn)行局部放大，得到圖5所示曲線，記錄曲線開(kāi)始下降的時(shí)刻為30.46 s，曲線下降結(jié)束的時(shí)刻為30.52 s。

對(duì)制動(dòng)閘瓦的打開(kāi)過(guò)程進(jìn)行局部放大，得到圖6所示閘瓦打開(kāi)過(guò)程曲線，開(kāi)始打開(kāi)的時(shí)刻為41.81 s，結(jié)束打開(kāi)的時(shí)刻為41.88 s。

對(duì)0～30.46 s的閘瓦間隙取平均值，對(duì)30.52～41.81 s的閘瓦間隙取平均值，再用前者減后者，得到閘瓦最大平均間隙0.668 mm。

對(duì)上述步驟獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和匯總，最終得到表1所示檢測(cè)結(jié)果。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)電梯塊式制動(dòng)器制動(dòng)閘瓦間隙檢測(cè)問(wèn)題，本文基于機(jī)器視覺(jué)開(kāi)展檢測(cè)的方法具有識(shí)別準(zhǔn)確、響應(yīng)迅速的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)閘瓦間隙無(wú)接觸、長(zhǎng)期在線檢測(cè)。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 甘斌，徐勝軍，侯少毅.電梯制動(dòng)器失效風(fēng)險(xiǎn)分析及其防范措施探討[J].中國(guó)電梯，2021，32（20）：65-67.

[3] 吳昊，馮雙昌.電梯制動(dòng)失效原因分析及檢驗(yàn)對(duì)策[J].機(jī)電工程技術(shù)，2013，42（12）：103-105.

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[5] 周前飛，丁樹(shù)慶，馮月貴，等.基于支持向量機(jī)的電梯制動(dòng)器智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)[J].中國(guó)特種設(shè)備安全，2018，34（5）：22-27.

[6] 胡暢，王志強(qiáng)，黃曉亮.一種用于自動(dòng)扶梯的塊式制動(dòng)器的制動(dòng)閘瓦磨損的監(jiān)控方法[J].中國(guó)電梯，2020，31（13）：67-69.

收稿日期：2021-12-08

作者簡(jiǎn)介：馮雙昌（1982—），男，山東聊城人，博士，高級(jí)工程師，主要從事機(jī)電一體化，尤其是電梯、起重機(jī)械等機(jī)電類(lèi)特種設(shè)備檢驗(yàn)技術(shù)研究和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。