殷彥斌
(廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院東莞檢測(cè)院,廣東東莞 523120)
電梯作為“出門第一步,回家最后一程”的現(xiàn)代化交通運(yùn)載工具,發(fā)展至今已跟社會(huì)生產(chǎn)生活緊密相連,其安全性能和乘坐舒適性也成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)的要求必須要對(duì)電梯定期進(jìn)行載荷試驗(yàn),主要包括平衡系數(shù)試驗(yàn)、超載試驗(yàn)、靜態(tài)曳引檢查等[1],其中超載試驗(yàn)是在電梯轎廂施加載荷驗(yàn)證超載保護(hù)裝置功能是否有效,當(dāng)電梯轎廂內(nèi)的載荷超過額定載重量時(shí),能夠發(fā)出警示信號(hào)并且電梯轎廂不能運(yùn)行,是保證轎廂內(nèi)乘客安全工作的必要手段[2-3]。根據(jù)相關(guān)研究顯示超載保護(hù)功能的不合格率為45.3%,表明超載保護(hù)功能不合格的情況較普遍,主要原因有轎廂不按規(guī)范裝修、超載保護(hù)裝置損壞或信號(hào)斷裂、超載保護(hù)裝置偏移、轎廂架構(gòu)變形等[4-5]。電梯超載運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致蹲底、人員剪切等危險(xiǎn),超載保護(hù)裝置的失效是此類事故的重要因素。目前,國(guó)內(nèi)外主要的超載裝置的載荷試驗(yàn)方法還是通過人工搬運(yùn)一定量的砝碼進(jìn)行功能試驗(yàn),其危險(xiǎn)性大、成本高和效率低問題亟待解決。針對(duì)上述缺陷,本文在研究各類電梯超載保護(hù)裝置的共性出發(fā),對(duì)國(guó)內(nèi)無載荷試驗(yàn)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析結(jié)合電梯檢驗(yàn)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),提出一種通用的智能化無載狀態(tài)下模擬電梯實(shí)際載荷試驗(yàn)的方法及裝置,為探索電梯無載試驗(yàn)方法提供了可靠的參考。
電梯的超載保護(hù)裝置的常見類型按照設(shè)置位置分繩頭稱重式、轎頂稱重式和轎底稱重式3種。按照動(dòng)作原理主要有機(jī)械式、電磁式、壓力傳感器式[6-7]。
超載保護(hù)裝置的工作原理基本相似:通過壓力傳感器壓力感知傳輸?shù)捷d荷控制器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為載荷信號(hào);彈簧(橡膠)受壓縮產(chǎn)生位移觸發(fā)電氣開關(guān)動(dòng)作;霍爾傳感器與固定永久磁體之間的位移變化實(shí)現(xiàn)磁通量的變化,基于霍爾磁效應(yīng)原理而產(chǎn)生相應(yīng)的線性電壓信號(hào);基本上是通過以上3種測(cè)量原理來實(shí)現(xiàn)轎廂承載載荷大小的測(cè)量,當(dāng)轎廂內(nèi)的載荷達(dá)到超載預(yù)設(shè)動(dòng)作值時(shí),會(huì)發(fā)出警示信號(hào),使轎廂不能運(yùn)行。
截止2021年底全國(guó)電梯保有量已突破844萬臺(tái),假設(shè)每臺(tái)電梯一次檢驗(yàn)合格那么按照國(guó)家法律法規(guī)的要求,電梯的額定載重量按照1 000 kg來算,每年需要進(jìn)行的載荷試驗(yàn)的總載荷量就達(dá)844萬t,需要耗費(fèi)的人力物力財(cái)力是極其巨大的,所以國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者一直致力于電梯超載保護(hù)裝置的檢測(cè)方法的創(chuàng)新,并取得了一些進(jìn)展和成果。
國(guó)內(nèi)超載保護(hù)裝置的檢測(cè)方法包括有載荷檢測(cè)法、微載荷檢測(cè)法和無載荷檢測(cè)法3種[8-11]。其中有載荷檢測(cè)法以人力搬運(yùn)砝碼形式為主,通過經(jīng)計(jì)量檢定或校準(zhǔn)的固定規(guī)格質(zhì)量的砝碼搬運(yùn)至電梯轎廂進(jìn)行試驗(yàn),為了降低人力損耗、提高經(jīng)濟(jì)性,部分機(jī)構(gòu)研制了自動(dòng)搬運(yùn)砝碼的搬運(yùn)車。微載荷檢測(cè)法[12]通過對(duì)轎廂施加載荷后,轎底中心位置會(huì)產(chǎn)生微小的變形位移,變形位置再由光柵測(cè)微儀檢測(cè)后輸出方波信號(hào),經(jīng)過倍頻電路細(xì)分后,將位移脈沖信號(hào)傳輸給控制器,實(shí)現(xiàn)對(duì)轎廂底中心位置的檢測(cè),用小載荷時(shí)轎底中心與結(jié)構(gòu)梁之間的距離變化推算大載荷時(shí)的距離變化量,盡而檢測(cè)電梯超載保護(hù)裝置是否有效。
無載荷檢測(cè)法是不使用實(shí)體載荷利用液壓、電氣加載方式實(shí)現(xiàn)等值載荷傳遞至轎廂內(nèi)、轎廂頂、轎廂底或繩頭處,判別超載裝置的有效性。除此之外還有部分學(xué)者研究基于圖像識(shí)別的超載警示提醒,但是無法實(shí)現(xiàn)對(duì)超載保護(hù)裝置本體的功能是否符合要求進(jìn)行判別,只可以作為乘梯安全提醒的輔助方案。
以上3種超載保護(hù)裝置的檢測(cè)方法各有優(yōu)缺點(diǎn),其中無載荷測(cè)試方法越來越成為研究熱點(diǎn),其在人力、物力和財(cái)力損耗及安全性方面具有極大優(yōu)勢(shì),最大程度上減少檢測(cè)人員的參與度,更加保證了檢測(cè)的公正性和公平性。目前的無載荷檢測(cè)法存在以下不足:智能化程度不足,無法實(shí)現(xiàn)超載保護(hù)裝置的符合性自動(dòng)判別并出具檢驗(yàn)報(bào)告;通用性差,并不能適用所有的超載保護(hù)裝置類型;受到實(shí)際的電梯檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的限制,電梯部件承載力不足、無法安裝或者安裝繁瑣;由于結(jié)構(gòu)原理缺陷容易出現(xiàn)偏載、加載力不足,甚至加載載荷位置等。急需研究一種新型的智能化通用型無載荷超載保護(hù)裝置的檢測(cè)方法及裝置,滿足行業(yè)的發(fā)展需求。
本研究基于無載荷試重思想提出一種電梯超載保護(hù)裝置的性能檢測(cè)方法,以下是檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu),如圖1所示。
圖1 檢測(cè)系統(tǒng)主要功能架構(gòu)
首先需要通過檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的MIS系統(tǒng)導(dǎo)出或現(xiàn)場(chǎng)采集待檢目標(biāo)電梯的基本參數(shù)(如速度、額定載重量、設(shè)備編號(hào)、使用登記編號(hào)及位置信息等),輸入到手持控制終端,主要目的有兩個(gè),一是為了后期生成標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告提供信息基礎(chǔ),二是為了系統(tǒng)自動(dòng)確定夾持組件的夾持力及加載器的加載力的實(shí)際大小。
利用導(dǎo)軌夾持器、導(dǎo)軌端部支撐拉力組件及平衡桿為加載器提供安裝平臺(tái)和加載力基礎(chǔ),通過設(shè)置在轎廂底的加載器對(duì)轎廂底梁施加一定等值載荷,模擬實(shí)際的砝碼載荷加載于轎廂內(nèi)時(shí)的工況,通過設(shè)置在轎廂內(nèi)的信號(hào)采集器及轎廂姿態(tài)傳感器實(shí)時(shí)采集超載保護(hù)裝置是否報(bào)警且保證轎廂始終處于加載前的水平狀態(tài)保證垂直加載,最后所有的加載檢測(cè)裝置都與手持控制終端采用無線連接,完成初始加載、加載過程監(jiān)控到最終檢測(cè)結(jié)果的智能判斷并生成檢測(cè)報(bào)告。
該檢測(cè)方法能夠適用于所有類型的電梯超載保護(hù)裝置的檢測(cè),簡(jiǎn)單便捷,僅需兩人即可完成所有裝置的安裝到檢測(cè)完畢的全過程,最大程度減少了人力物力財(cái)力消耗并保證人員安全。
以常見的曳引驅(qū)動(dòng)乘客電梯為例,該裝置的總體組成及安裝如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)總體組成及安裝示意圖
現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)需要先將電梯升至次底層,技術(shù)人員攜帶夾持器、加載器及轎廂連接件等相關(guān)零件至底坑位置,液壓泵站可以設(shè)置在底坑也可以設(shè)置在最底層站層門外側(cè)。首先安裝夾持器保證水平預(yù)先給一定的夾持力保證夾持在導(dǎo)軌上不掉落,然后安裝固定保持器及導(dǎo)向力桿并擰緊緊固螺栓,最后安裝加載器及轎廂連接件,之后技術(shù)人員需要撤離底坑,將電梯移動(dòng)至近平層位置(并非平層位置,需要留一定缺口用于觀察底坑狀態(tài))。
信號(hào)采集器通過磁吸或吸盤方式安裝在轎廂選層板附近,確保能讀取識(shí)別超載后的音響或者發(fā)光信號(hào)。姿態(tài)傳感器借助可調(diào)三角支架安裝在轎廂地板,確定無載狀態(tài)時(shí)的轎廂位置姿態(tài)信息并實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
上述裝置安裝完畢后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào),確保檢測(cè)人員手持終端能夠?qū)崟r(shí)接收各組成部分的信號(hào)數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)加載試驗(yàn),確保無誤后再進(jìn)行正式加載試驗(yàn)。
加載主要包括線性快速加載階段、觀察變化加載階段、緩慢加載階段、穩(wěn)定保持加載階段、第一次卸載階段和第二次卸載階段,各加載階段的加載載荷分別是A、B、C、D,其中A≤0.5P,0.5P≤B≤0.8P,0.8P≤C≤0.95P,0.95P≤D≤1.1P,且P為所述電梯的額定載荷,如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)載荷加載曲線
當(dāng)電梯的額定載荷M≥750 kg,當(dāng)加載載荷在1~1.1M區(qū)間內(nèi)時(shí),若電梯超載安全保護(hù)裝置產(chǎn)生報(bào)警,則判斷電梯超載安全保護(hù)裝置的性能符合要求,當(dāng)加載載荷超過1.1M時(shí),若電梯超載安全保護(hù)裝置未產(chǎn)生報(bào)警,則判斷電梯超載安全保護(hù)裝置的性能不符合要求。
當(dāng)電梯的額定載荷M<750 kg,當(dāng)加載載荷在M~(M+75)區(qū)間內(nèi)時(shí),若電梯超載安全保護(hù)裝置產(chǎn)生報(bào)警,則判斷所述電梯超載安全保護(hù)裝置的性能符合要求,當(dāng)加載載荷超過M+75時(shí),若電梯超載安全保護(hù)裝置未產(chǎn)生報(bào)警,則判斷電梯超載安全保護(hù)裝置的性能不符合要求;當(dāng)電梯的額定載荷為M,當(dāng)加載載荷不到0.9M電梯安全保護(hù)裝置就產(chǎn)生報(bào)警,則判斷電梯超載安全保護(hù)裝置的性能不符合要求;當(dāng)電梯的額定載荷M,若電梯安全保護(hù)裝置產(chǎn)生報(bào)警后連續(xù)卸載載荷至0.8M時(shí)仍產(chǎn)生報(bào)警,則判斷所述電梯安全保護(hù)裝置的性能不符合要求。
夾持器主要由夾緊件本體、夾緊件、平衡鎖緊桿、防滑凸起、液壓軟管及內(nèi)部管路組成,其主要作用視為整個(gè)加載系統(tǒng)提供固定支承,因此必須要有足夠的夾緊力和摩擦力。需要注意一點(diǎn)的是該夾緊件只運(yùn)行使用在T型實(shí)心導(dǎo)軌上,如果采用空心導(dǎo)軌則不適用,會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌變形。綜合考慮決定采用液壓驅(qū)動(dòng)活塞式夾緊件加載方式提供可靠的夾緊力,并在夾緊件上預(yù)制壓力傳感器用來感知加載力的大小并控制液壓泵站持續(xù)提供所需夾緊力,在夾緊件本體上設(shè)置防滑凸起作為增大摩擦力的輔助措施,具體的安裝過程如圖4所示。
圖4 夾持器安裝示意圖
固定保持器安裝在電梯轎廂側(cè)導(dǎo)軌的下端,通過長(zhǎng)兩條長(zhǎng)拉桿與夾持器相連接,作為整個(gè)系統(tǒng)的固定輔助支撐,如圖5所示。保持器底座上設(shè)置有手動(dòng)加壓組件、夾緊柱塞及內(nèi)部液壓油管路,安裝固定保持器時(shí)需要先將保持器底座卡在T型導(dǎo)軌上,然后用手動(dòng)加壓組件的手動(dòng)泵桿加壓直到保持器底座能夠夾緊在T型導(dǎo)軌上并保持水平狀態(tài),最后安裝長(zhǎng)拉桿與夾持器相連接。
將本文給出的無載荷電梯載荷試驗(yàn)智能檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到電梯檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中,效果良好。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型的電梯超載保護(hù)裝置的連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),根據(jù)電梯技術(shù)參數(shù)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)線性變載荷加載,同時(shí)讀取電梯轎廂的三維姿態(tài)信息實(shí)時(shí)反饋控制調(diào)整載荷加載平衡狀態(tài),基于轎廂內(nèi)或者控制柜的超載聲光報(bào)警信號(hào)自動(dòng)分析判斷是否符合國(guó)家法律法規(guī)要求。檢測(cè)過程自動(dòng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)加載曲線及輸出檢測(cè)報(bào)告,最大程度上減少人為因素干擾,能夠客觀公正的評(píng)估電梯的載荷試驗(yàn)安全性能。
電梯安全越來越受到社會(huì)廣泛重視,電梯載荷試驗(yàn)作為電梯安全性能優(yōu)劣的重要檢驗(yàn)指標(biāo),在保障電梯安全方面發(fā)揮著不可或缺的作用。本文以安全、高效為原則,提出一種無載荷狀態(tài)下進(jìn)行電梯載荷試驗(yàn)的系統(tǒng)裝置,闡述了其組成及基本結(jié)構(gòu),能夠提供較大的穩(wěn)定性加載力,通過加載數(shù)據(jù)及超載保護(hù)裝置信號(hào)數(shù)據(jù)自動(dòng)判別超載裝置有效性,達(dá)到法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)超載保護(hù)裝置性能符合性目的。本研究的實(shí)施將指導(dǎo)電梯無載荷試驗(yàn)進(jìn)一步應(yīng)用到電梯安全檢測(cè)實(shí)踐中,作為電梯性能測(cè)試的有效輔助方法,為電梯在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)隱患并及時(shí)處理奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。