許 競，何炳蔚

（1 福州大學，福建 福州 350116）

（2 福建省特種設備檢驗研究院，福建 福州350008）

電梯超載報警檢驗裝置的研制

許 競1,2，何炳蔚1

（1 福州大學，福建 福州 350116）

（2 福建省特種設備檢驗研究院，福建 福州350008）

文中利用精密液壓控制技術和傳感器測量技術研究一種非砝碼的電梯超載報警檢驗裝置。為了確保電梯轎廂的強度，運用ABAQUS軟件對電梯轎廂進行有限元分析，校核電梯轎廂的強度，并確定出最佳的加載方式和位置來改造電梯，以適用該檢驗裝置。應用文中研發(fā)的裝置進行電梯超載報警系統(tǒng)檢驗試驗，并用砝碼測試驗證，說明使用該裝置檢驗電梯是切實可行的。

電梯超載報警；電梯轎廂；檢驗；有限元

1 引言

隨著電梯數(shù)量的快速增長，其使用率愈加頻繁，作為高層建筑的必備裝置，電梯能否安全正常運行直接關系到人民群眾的生命財產(chǎn)安全。因此，電梯的檢驗工作越來越受到人們的關注。其中，超載保護功能對于確保乘梯人員的人身安全及電梯設備自身安全等都非常重要。目前，國內大部分電梯檢驗機構、電梯維護保養(yǎng)公司都是使用砝碼檢驗電梯超載報警系統(tǒng)的性能，即采用人工搬運預定載荷砝碼進入電梯轎廂來檢驗電梯超載保護裝置是否有效。該方法費用大、耗時長，因此很多電梯維護保養(yǎng)單位實際上沒有檢查電梯超載保護裝置是否有效，這使得電梯運行中存在重大安全隱患[1]。文中利用精密液壓控制與傳感器測量技術研制出一種電梯超載報警系統(tǒng)檢驗裝置，實現(xiàn)給電梯施加模擬載荷，達到檢驗電梯超載報警系統(tǒng)能否正常運行的目的。該裝置將解決目前砝碼檢驗電梯超載時存在砝碼搬運困難、檢驗費用高、工作勞動強度大、效率低等的難題。

2 電梯超載報警檢驗方法及裝置的原理

2.1 電梯超載報警檢驗方法

TSG T7001-2009《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則》4.10款規(guī)定電梯應當設置轎廂超載保護裝置，在轎廂內的載荷超過110%額定載重量時，能夠防止電梯正常啟動及再平層，并且轎內有音響或者發(fā)光信號提示，動力驅動的自動門完全打開，手動門保持在未鎖狀態(tài)[2]。由電梯超載保護裝置的原理可知[3]，對電梯超載保護裝置是否準確有效的檢驗方法主要是通過對電梯轎廂施加載荷，當施加的載荷超過110%額定載重量時，檢驗其超載保護裝置功能是否有效。

2.2 電梯超載報警檢驗裝置的組成及工作原理

文中提出的電梯超載報警系統(tǒng)檢驗裝置是利用精密液壓控制與傳感器測量技術研制而成，其主要包括恒載荷液壓控制裝置、油缸和活塞、拉力傳感器、傳感器顯示儀表、鋼絲繩、計算機，見圖1。

圖1 電梯超載報警檢驗裝置的工作原理圖

該裝置的使用需要在電梯基坑設置基礎預埋板，電梯轎廂底部相應位置設置拉環(huán)。檢驗裝置安裝如下：

將液壓油缸固定在基礎預埋板上，活塞拉桿開孔通過第一段鋼絲繩與拉力傳感器底部相連，第二段鋼絲繩一端連接拉力傳感器的頂部，預緊兩段鋼絲繩，將第二段鋼絲繩的另一端穿設過電梯轎廂底部拉環(huán)并固定。拉力傳感器與傳感器顯示儀表相連，實時顯示所加載荷大小，傳感器顯示儀表與計算機相連，將信號反饋給計算機。液壓油缸通過油管與恒載荷液壓控制裝置相連接，恒載荷液壓控制裝置與計算機相連，計算機通過軟件系統(tǒng)控制控制恒載荷液壓控制裝置對液壓油缸進回油，實現(xiàn)載荷的加載、卸載。

超載檢驗工作原理：在計算機內設定電梯超載保護裝置的報警臨界載荷，控制恒載荷液壓控制裝置對液壓油缸進行供油加載，液壓油從液壓油缸內的活塞上方注入，活塞向下活動，與活塞相連的拉力傳感器受到一向下的拉力，電梯的轎廂底部受到同樣大小的力，拉力傳感器檢驗液壓油缸實時產(chǎn)生的載荷，通過傳感器顯示儀表反饋到計算機。計算機根據(jù)該載荷大小繼續(xù)控制智能液壓控制裝置對液壓油缸的供油或回油。如此形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，直至拉力傳感器和電梯轎廂底達到預定載荷，超載保護裝置報警，說明超載保護裝置正常；若超載保護裝置不報警，需要檢查故障。

3 電梯轎廂有限元模擬分析

3.1 力學模型簡化

電梯轎廂的框架一般由U型鋼、工字鋼或角鋼焊接組成，底部和周圍布上鋼板或裝飾。對轎廂而言，其主要承載結構為型鋼框架，故在有限元模擬中，將轎廂簡化，建立由框架組成的結構幾何模型。

在ABAQUS模型模塊中創(chuàng)建部件，選擇三維可變形模型，形狀特征為線。在平面草繪中根據(jù)型鋼的焊接節(jié)點，建立各連接點，然后將各連接點用線連接，構成底板模型[4]。將底部結構偏置復制，作為轎廂的頂部，然后用線連接轎廂的頂部和底部，建立轎廂模型如圖2所示。

圖2 電梯轎廂模型的建立

3.2 電梯轎廂有限元模型

3.2.1 材料物理參數(shù)及梁截面屬性

模擬分析中電梯轎廂的四周主體框架采用大尺寸的方鋼，內部連接與支撐的結構采用小尺寸的方鋼。所采用的方鋼為中等強度的鋼材制成，E=210 GPa，泊松比為0.25。

3.2.2 施加邊界條件及靜力載荷

轎廂結構頂部中間位置在x，y，z三個方向位置完全約束，在其周圍在加載方向z位置完全約束。

為對比不同加載狀態(tài)下，轎廂變形的差異，分別進行了不同加載狀態(tài)的模擬計算，不同加載方案如表1所示，表中所指加載位置如圖3所示。

表1 不同加載方案

圖3 轎廂底部加載位置示意圖

3.2.3 有限元網(wǎng)格

網(wǎng)格采用Abaqus中鐵木辛克梁單元B32，三節(jié)點二次空間梁單元，可用于承受拉、壓、彎、扭的單軸受力單元，允許橫向剪切變形。既可分析厚梁，又可分析細長梁。Abaqus假定鐵木辛克梁的橫向剪切變形是線彈性的，具有固定的模量，因此獨立于梁截面的軸向拉、壓和彎曲反應。實體邊界上播撒單位尺寸為50mm的種子，劃分得到網(wǎng)格模型如圖4所示。

圖4 轎廂網(wǎng)格劃分模型

3.3 解算并分析結果

如圖5所示為各種載荷作用下，轎廂Mises應力分布云圖。從中可以看出，隨著載荷施加點數(shù)的減小，載荷在轎廂底部的分布越集中，Mises應力越來越大。但是，在單點集中載荷的作用下，最大應力也沒超過164MPa，轎廂鋼結構沒有發(fā)生屈服，說明無論采用何種檢測加載方案，轎廂都不會發(fā)生不可恢復的塑性變形。

圖5 各載荷作用下，轎廂鋼結構Mises應力

如圖6所示為各載荷作用下，轎廂鋼結構變形云圖。從圖中可以看到隨著載荷施加點數(shù)的減小，載荷在轎廂底部的分布越集中，轎廂的變形量越來越大。對于電梯的報警系統(tǒng)而言，對承載重量的監(jiān)控通過轎廂底部中心點的變形量來進行。為保證文中研究的非砝碼檢測方法與砝碼檢測方法檢測結果的一致，必須保證兩種加載狀態(tài)下，轎廂中心點的變形量一致或相近。當采用25點進行加載時，載荷均布在轎廂底部，與砝碼平鋪加載狀態(tài)相近，所以把25點加載近似為砝碼加載。

如圖7所示，各載荷作用下，轎廂中心處變形量，當采用25點加載時，變形量為1.7mm，8點加載時為2.8mm，4點加載和2點加載為2.4mm，單點加載為4.3mm。雖然采用25點進行加載，載荷分布與砝碼檢測時加載狀態(tài)最相近，但是加載點數(shù)過多，需要安裝許多鋼絲繩和油缸，給檢測工作帶來不便。采用4點和2點加載，中心點處變形量與25點加載時最相近。而采用4點加載相對2點加載，轎廂更平穩(wěn)，所以一般情況下，推薦使用4點進行加載。

圖6 各載荷作用下，轎廂鋼結構變形

圖7 各載荷作用下，轎廂中心處變形量對應圖

4 電梯超載報警檢驗裝置檢驗電梯超載報警系統(tǒng)的試驗

應用文中研究出的檢驗裝置檢驗電梯超載報警系統(tǒng)的有效性同時用砝碼檢驗同一臺電梯，比較檢驗結果，驗證該檢驗裝置檢驗電梯超載報警系統(tǒng)的可行性。

圖8 電梯超載報警檢驗裝置檢驗電梯

圖9 砝碼檢驗電梯

圖8是利用文中研發(fā)的電梯超載報警系統(tǒng)檢驗裝置對福建省計量科學研究院一臺額定載重1000kg的載客電梯進檢驗，當載荷施加到1100kg時本臺電梯報警發(fā)出蜂鳴聲。

圖9是利用砝碼檢驗電梯超載報警系統(tǒng)現(xiàn)場，需要將44塊25kg（共1100kg）砝碼搬運到電梯轎廂內。當電梯轎廂載荷達到1100kg時，本臺電梯報警，發(fā)出蜂鳴聲。該實驗進一步驗證文中研發(fā)的檢驗裝置檢驗電梯超載報警系統(tǒng)的可行性。

5 結論

文中根據(jù)電梯超載報警系統(tǒng)的工作原理，利用精密液壓控制技術和傳感器測量技術研制出一種非砝碼的電梯超載報警檢驗的方法和裝置。該裝置可檢驗電梯超載報警系統(tǒng)，對于新制造電梯，可在出廠時直接于電梯轎廂底部相應位置設置拉環(huán)，對于在用電梯，需要對電梯轎廂底部進行改造。為了確保改造后電梯的剛度和強度，又運用Abaqus軟件對電梯轎廂底進行有限元分析，校核電梯轎廂的強度并確定出最佳的加載方式和位置來改造電梯。研究出的電梯超載報警檢驗裝置具有體積小、重量輕、便于攜帶、結構簡單等特點，因此實際檢驗過程中操作便捷、簡單易行，同時該裝置解決了用砝碼檢驗電梯超載存在砝碼搬運繁瑣、勞動強度大、效率低的問題。利用該裝置進行電梯超載報警系統(tǒng)檢驗試驗，并用砝碼測試驗證，進一步說明了該裝置檢驗電梯是切實可行的。

[1]徐玉華,潘曉峰.電梯超載保護檢驗重要性及檢驗方法探討[J].中國科技縱橫，2010,10∶200-200.

[2] GB7588—2003.電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].

[3]常寅飛.電梯超載保護裝置分析[J].中國石油和化工標準與質量，2011,31(05)∶79-79.

[4]耿雪霄,黃旭就.基于ABAQUS 軟件的三維桁架有限元分析[J]. 煤礦機械，2012,3(4)∶113-115.

Development of Elevator Overload Alarm Testing Device

XU Jing1,2, HE Bing-Wei1
(1 Fuzhou university, Fuzhou 350116, Fujian , China)
(2 Fujian Special Equipment Inspection And Research Institute, Fuzhou 350008, Fujian , China)

This paper is a kind of non weight elevator overload alarm test device using precision hydraulic control and sensor measurement technology. In order to ensure the strength of the elevator, the best loading form and position is determined, using ABAQUS finite element software, so it can fit the test device better. Using the device to test the elevator overload alarm system and then to verify with weights, we find that this device is feasible and useful.

Elevator overload alarm; Elevator car; Test; Finite element

2016-10-08

許 競，男，福建省特種設備檢驗研究院南平分院，副院長，工程師何炳蔚，男，福州大學機械工程及自動化學院，副院長，教授，博士