建筑井道曳引式升降機(jī)制動故障檢測方法

宋彥霖

摘要：為實(shí)現(xiàn)對建筑井道曳引式升降機(jī)制動故障的精準(zhǔn)檢測，開展對其檢測方法的設(shè)計(jì)研究。為實(shí)現(xiàn)自動化檢測，設(shè)計(jì)曳引式升降機(jī)制動檢測裝置結(jié)構(gòu)，通過機(jī)器操作實(shí)現(xiàn)檢測。根據(jù)曳引式升降機(jī)的制動特點(diǎn)，選擇將彈簧的彈性系數(shù)和制動器間隙作為制動性能指標(biāo)。根據(jù)制動特征量測定結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對曳引式升降機(jī)制動故障的判定。通過實(shí)例證明，新的檢測方法在實(shí)際應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)對制動故障的檢測，并可根據(jù)制動力矩實(shí)現(xiàn)對故障具體原因的說明。

關(guān)鍵詞：建筑；曳引式；制動；故障檢測；升降機(jī)；井道

0? ?引言

在建筑施工項(xiàng)目中，層數(shù)較高或建筑高度較高時(shí)，通常都會設(shè)置井道結(jié)構(gòu)，以便應(yīng)用曳引式升降機(jī)實(shí)現(xiàn)施工中的上下運(yùn)行。建筑井道曳引式升降機(jī)是建設(shè)施工現(xiàn)場主要的危險(xiǎn)源之一，由于保護(hù)不當(dāng)而造成的安全事故頻頻發(fā)生[1]。

當(dāng)前，針對建筑井道曳引式升降機(jī)的保護(hù)措施形式復(fù)雜多樣，但缺少了定型化和工具化的要求，且保護(hù)措施的嚴(yán)密性和可靠性都不理想。為此根據(jù)不同曳引式升降機(jī)水平保護(hù)的實(shí)際需要，針對其制度故障問題的檢測，成為了當(dāng)前該領(lǐng)域重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

制動性能的好壞，會直接影響到建筑井道曳引式升降機(jī)的使用安全。曳引式升降機(jī)的制動功能在升降機(jī)停站時(shí)，用于保持升降機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)[2]。而當(dāng)升降機(jī)出現(xiàn)故障問題時(shí)，要使其緊急減速并停車，確保其始終保持相對靜止?fàn)顟B(tài)。為實(shí)現(xiàn)對建筑井道曳引式升降機(jī)制動故障的精準(zhǔn)檢測，本文開展對其檢測方法的設(shè)計(jì)研究。

1? ?曳引式升降機(jī)制動檢測裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一種基于轉(zhuǎn)矩傳感器的曳引式升降機(jī)制動檢測裝置。曳引式升降機(jī)制動檢測裝置以加載馬達(dá)為主要動力源，利用慣性飛輪，來模擬曳引式升降機(jī)在真實(shí)情況下的轉(zhuǎn)動慣量[3]。在到達(dá)設(shè)定速度后，執(zhí)行制動動作，測試制動的各項(xiàng)指標(biāo)。

1.1? ?檢測裝置的功用

該裝置主要用于測試制動線圈的電流、制動扭矩和制動速度的動態(tài)變化。通過該裝置的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對制動檢測的自動化，避免人為因素對檢測結(jié)果造成的干擾[4]。被測升降機(jī)可由傳送帶自行運(yùn)送至檢測裝置上，并實(shí)現(xiàn)對被檢測位置的準(zhǔn)確定位。

1.2? ?結(jié)構(gòu)組成與工作原理

圖1為曳引式升降機(jī)制動檢測裝置結(jié)構(gòu)。其中的慣性飛輪A是一種儲存能源的機(jī)構(gòu)，它可以在加速時(shí)對制動裝置進(jìn)行吸能，在減速時(shí)對制動裝置進(jìn)行卸載。上料工位是將曳引機(jī)送到所需的檢測位置，可實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)料。在制動過程中，壓緊工位用來保持壓力曳引裝置的穩(wěn)定[5]。

除此之外，在該裝置上還增加了加載馬達(dá)結(jié)構(gòu)，用于給整個(gè)裝置供電。上料工位開始運(yùn)行后，將曳引機(jī)輸送到壓緊工位，對其進(jìn)行壓緊。之后加載馬達(dá)把它加載到設(shè)定的速度，然后將其松開。此時(shí)，磁鐵制動裝置就失去動力，而彈簧會受到彈性的作用，對曳引式升降機(jī)的制動裝置進(jìn)行擠壓[6]。

利用扭矩傳感器采集檢測數(shù)據(jù)，對制動力矩檢測數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化進(jìn)行分析，即可為后續(xù)故障檢測提供依據(jù)。

2? ?制動性能指標(biāo)選擇

根據(jù)曳引式升降機(jī)制動條件，選擇將彈簧彈性系數(shù)、制動器間隙作為制動性能指標(biāo)。在制動器運(yùn)行過程中，電磁線被切斷時(shí)，彈簧受彈力的影響而發(fā)生變形，其反應(yīng)的時(shí)間取決于彈簧的彈性系數(shù)。

在彈性系數(shù)較大時(shí)，從摩擦片和制動盤從接觸到充分壓縮所需的時(shí)間較短，反應(yīng)速度也較快；在彈性系數(shù)較小時(shí)，變形恢復(fù)所需的時(shí)間較長[7]。所以，彈簧的彈性系數(shù)對制動的反應(yīng)特性有很大的影響。

在充分壓縮時(shí)，制動片的間隙對彈簧的壓縮力有很大影響，從而決定了最大制動力矩。從力學(xué)的角度分析，在彈簧受壓或受拉時(shí)，其所產(chǎn)生的彈力，一定是由其伸縮量與其彈性系數(shù)之積確定。彈簧力可用下述公式表示：

FS=KS·X（1）

式中：FS表示彈簧力；KS表示彈性系數(shù)；X表示彈簧的壓縮量。

從上述公式可以看出，在彈性系數(shù)一定的情況下，隨著制動間隙增大，彈簧受壓時(shí)的壓縮量減少，在制動盤上的彈力就會減少，制動盤上的壓力也會減少。這便會引起制動力矩相應(yīng)降低，制動時(shí)間相應(yīng)增加。

3? ?制動特征量測定與制動故障判定

通過上述論述可知，彈簧的回彈系數(shù)是制動響應(yīng)速度的重要因素。彈性系數(shù)對彈簧力的加載時(shí)間有一定影響，從摩擦盤與制動盤剛接觸，到被完全壓緊的時(shí)間也有一定不同，進(jìn)而對制動力矩的作用時(shí)間產(chǎn)生一定影響。

取制動力矩曲線起點(diǎn)的一段上升曲線，采用線性回歸法，對其進(jìn)行擬合，并計(jì)算出其下降坡度。坡度與彈性系數(shù)呈線性關(guān)系，從而反映出其彈性系數(shù)。如果坡度過小，則反應(yīng)速度過快，制動時(shí)間過長，無法達(dá)到制動的性能指標(biāo)，表明其彈簧彈性系數(shù)過低[8]，須對其進(jìn)行更換。

制動力矩的計(jì)算公式如下：

M=mdFS（2）

式中：M表示制動力矩；m表示摩擦因子；d表示制動裝置的直徑。

如果制動的間隙過大，會造成彈簧的壓緊力不足，從而使制動力矩降低，不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正常制動，此時(shí)既可判定升降機(jī)的制動出現(xiàn)故障問題。如果在制動過程中，由于間隙的非均勻性，造成摩擦系數(shù)發(fā)生了變化，那么制動扭矩將會產(chǎn)生一個(gè)很大波動。所有的彈簧均為充分伸展，其彈簧壓力可視為不變。中間制動力矩的差異和變化，可以用來描述中間制動力矩的變化情況。

4? ?實(shí)例應(yīng)用分析

為對本文提出的檢測方法應(yīng)用適應(yīng)性進(jìn)行檢驗(yàn)，以某建筑施工項(xiàng)目為依托，針對該項(xiàng)目中建筑井道結(jié)構(gòu)中的曳引式升降機(jī)制動是否存在故障問題進(jìn)行檢測。

4.1? ?建筑井道曳引式升降機(jī)結(jié)構(gòu)

建筑井道曳引式升降機(jī)可調(diào)節(jié)的導(dǎo)管主要是由三部分組成，即中間套管，伸縮導(dǎo)管，調(diào)節(jié)螺絲組成。使用無縫管制成，兩個(gè)端部的伸縮管直徑略小于中間套，插入中間套的凹槽內(nèi)，可進(jìn)行伸縮量調(diào)整（調(diào)整精度為50mm），并通過插腳進(jìn)行定位。主楞一端配有微調(diào)螺桿，套在伸縮管的凹槽內(nèi)，用于螺紋調(diào)整，調(diào)節(jié)間距為50mm。

4.2? ?制動故障檢測流程

在明確建筑井道內(nèi)曳引式升降機(jī)與其他結(jié)構(gòu)的基本組成后，利用本文上述提出的檢測方法，按照下述大致流程實(shí)現(xiàn)對該曳引式升降機(jī)制動故障的檢測。

首先，將曳引式升降機(jī)升起，使曳引機(jī)垂直于升降機(jī)。在升降機(jī)下降的同時(shí)，將曳引機(jī)軸橫移，并將其插入連桿套管內(nèi)。

其次，制動線圈被電釋放，讓負(fù)載馬達(dá)帶動慣性飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)到800r/min的規(guī)定速度。

再次，將電磁式制動線圈拆下，使制動片在彈簧的作用下，將制動片擠壓到摩擦片制動裝置上。

最后，采用轉(zhuǎn)矩傳感器對制動力矩和速度進(jìn)行檢測，并對檢測結(jié)果進(jìn)行分析和處理。曳引式升降機(jī)制動故障檢測結(jié)果曲線如圖2所示。

4.3? ?制動力矩相關(guān)參數(shù)計(jì)算

4.4? ?檢測結(jié)果分析

結(jié)合上述檢測結(jié)果曲線與表1中的內(nèi)容，對4條曲線對應(yīng)的曳引式升降機(jī)制動故障檢測結(jié)果進(jìn)行分析。

曲線A為曳引式升降機(jī)在制動正常情況下產(chǎn)生的制動力矩曲線，通過計(jì)算得出的各項(xiàng)數(shù)值，均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，對應(yīng)的升降機(jī)制動性能正常。

曲線B與曲線A相比，平均制動力矩值過低，因此說明該曲線對應(yīng)的曳引式升降機(jī)制動存在摩擦盤與制動盤之間間隙較大的問題。

曲線C與曲線A相比，其上升斜率較低，值和值也普遍偏低，因此說明該曲線對應(yīng)的曳引式升降機(jī)制動彈簧彈性系數(shù)較小，需要更換彈簧結(jié)構(gòu)；

曲線D與曲線A相比，其值和值都過大，說明該曲線對應(yīng)的曳引式升降機(jī)制動力矩波動較大，制動裝置的間隙存在接觸不均勻的問題。

通過上述對檢測結(jié)果進(jìn)一步分析得出，曲線B、曲線C和曲線D對應(yīng)的曳引式升降機(jī)制動性能，均存在不同程度的問題，需要對其進(jìn)行維護(hù)和維修處理。

將本文提出的檢測方法應(yīng)用實(shí)際，不僅可以實(shí)現(xiàn)對曳引式升降機(jī)制動是否存在故障問題的判定，同時(shí)能夠根據(jù)檢測結(jié)果得出產(chǎn)生故障的具體原因，對于建筑井道曳引式升降機(jī)的調(diào)整具有十分重要的指導(dǎo)意義。

5? ?結(jié)束語

本文以建筑井道曳引式升降機(jī)為研究對象，提出了一種全新的制動故障檢測方法，并通過實(shí)例應(yīng)用的方式完成了對該檢測方法應(yīng)用可行性驗(yàn)證。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過本文提出的檢測方法直接判定曳引式升降機(jī)的故障，并得到精準(zhǔn)的檢測結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對具體故障類型的診斷。

根據(jù)檢測結(jié)果，對不符合要求的曳引式升降機(jī)進(jìn)行及時(shí)、有效地調(diào)整，有利于確保曳引機(jī)制動的安全性和穩(wěn)定性，保障建筑井道曳引式升降機(jī)的安全運(yùn)行。

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