張宏亮 蔡延彬 鄒 歆 殷彥斌

（1.廣東省特種設(shè)備檢測研究院東莞檢測院 東莞 523120）

（2.廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院 東莞 523960）

電梯的曳引性能和制動性能涉及電梯的全生命周期，是重要的安全保障措施。曳引和制動性能是否有效是保證電梯控制系統(tǒng)、操作指令等能夠被可靠執(zhí)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是影響乘坐舒適感的重要因素。

國內(nèi)外的學(xué)者也進行了電梯制動性能檢測領(lǐng)域的研究[1-7]，但是仍缺乏切實有效的測試方法和判別標準，使得現(xiàn)有的檢驗一直停留在人工目測、憑經(jīng)驗判別或者因為過程煩瑣而忽略性能測試。溜梯、沖頂、蹲底、剪切、擠壓等嚴重的人員傷亡事故和設(shè)備本體損壞事件頻發(fā)。

為提高電梯檢驗檢測水平，促進電梯曳引與制動性能測試的科學(xué)化、規(guī)范化，本文提出了一種基于32位ARM處理器的自動采集測試過程中的制停距離、最大制停速度、最大制停減速度、平均制停減速度、制停延遲時間等重要參數(shù)判別電梯曳引與制動性能符合性的測試裝置。

1 電梯曳引與制動性能概述

電梯的曳引力源于曳引繩與曳引輪槽之間的摩擦力，曳引性能主要保證的是電梯動態(tài)的安全，是電梯能夠運行的最基本條件，在轎廂裝載和制停工況時必須提供足夠的曳引力。與電梯曳引力相關(guān)的有鋼絲繩和曳引輪槽的性能指標（材質(zhì)、形狀、包角、潤滑狀態(tài)等）及轎廂側(cè)與對重側(cè)的重量（差）。

制動性能是保證電梯由動態(tài)轉(zhuǎn)換為靜態(tài)時安全的能力，由制動器來執(zhí)行保證電梯能夠以合適的速度、減速度在合適的時間內(nèi)可靠、平穩(wěn)的?？吭诎踩恢?。因此電梯的制動性能不單單是指一個制停距離指標，而是整個制停過程的制停距離、最大制停速度、最大制停減速度、平均制停減速度、制停延遲時間等重要參數(shù)的綜合判斷。

電梯的制動性能和曳引性能是相互依存的，而且要根據(jù)不同的電梯技術(shù)參數(shù)和使用環(huán)境來判別，不能過強或過弱。比如，電梯的制動性能過強“瞬間剎車”，制動力過大，減速度大，制動距離就過小，制動時沖擊力大，甚至因制動時沖擊力過大而造成轎廂內(nèi)乘客的人身傷害。曳引性能過強將會導(dǎo)致轎廂或?qū)χ卦谏舷聵O限位置時被繼續(xù)過度提升或下降導(dǎo)致沖頂、蹲底。當然曳引與制動性能過弱更不可行，制動器動作后制動力不足，無法制停曳引機，制動器制停了曳引機然而鋼絲繩一直打滑，導(dǎo)致溜梯、滑梯、沖頂、蹲底和層門門區(qū)事故等。

電梯的曳引與制動性能的相關(guān)驗證有：平衡系數(shù)試驗、空載曳引試驗、上行制動工況曳引檢查、下行制動工況曳引檢查、靜態(tài)曳引檢查等和制動試驗等。本研究也將基于此展開電梯曳引與制動性能測試裝置設(shè)計與研究。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

電梯曳引與制動性能測試裝置系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。主要由數(shù)據(jù)存儲單元、數(shù)據(jù)分析研判單元、處理單元、曳引輪數(shù)據(jù)采集裝置、鋼絲繩數(shù)據(jù)采集裝置、電源監(jiān)測與管理單元、遠程觸發(fā)單元、無線傳輸控制單元（433 MHz無線接口和2.4G藍牙接口）、手持終端、終端打印裝置等組成。處理單元以ARM處理器為核心，配合外圍電路、儲存器、研判算法及相關(guān)串行接口等模塊。曳引輪和鋼絲繩數(shù)據(jù)采集裝置采用壓緊高摩擦滾輪加同軸編碼器進行數(shù)據(jù)采集。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

測量原理如圖2所示，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對電梯運行試驗過程中的制停距離、最大制停速度、最大制停減速度、平均制停減速度、制停延遲時間等重要參數(shù)的采集存儲，經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)置的性能研判算法自動判別目標電梯的曳引與制動性能是否符合要求。

圖2 測量原理圖

3 測試裝置軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 硬件設(shè)計與實現(xiàn)

在設(shè)計該裝置時主要考慮以下幾個方面：1）結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠、安裝方便、通用性高，能夠適用于所有電梯的試驗測試；2）能夠?qū)崿F(xiàn)遠程操控和測試結(jié)果自動研判分析；3）通過采集分析測試數(shù)據(jù)幫助解決目前曳引驅(qū)動電梯曳引與制動性能安全狀態(tài)檢查無具體方法可參照、無具體合格準則可遵循的難題，希望可以補充和完善當前電梯標準及檢驗檢測技術(shù)規(guī)范。

該裝置主要由測量裝置、觸發(fā)裝置和操作終端3部分組成，具體安裝如圖3（b）所示。測量裝置由測速裝置和測試主機組成，主要完成曳引輪、鋼絲繩的數(shù)據(jù)采集研判處理。觸發(fā)裝置為一個行程開關(guān)觸發(fā)電梯的停止裝置，電梯開始制停實現(xiàn)整套裝置的初始動作。操作終端可以是手機或平板電腦通過藍牙傳輸與測試主機實現(xiàn)無線連接，實時記錄電梯測試過程中的鋼絲繩、曳引輪的制停距離、速度、加速度等隨時間的變化曲線，通過計算得到制停距離、最大制停速度、最大制停減速度、平均制停減速度、制停延遲時間等數(shù)據(jù)。

本裝置需要對電梯的曳引和制動性能同時進行檢測，需要設(shè)置1套觸接曳引輪的測速裝置和1套觸接鋼絲繩的測速裝置，2套裝置共用1個測試主機來接收處理測試數(shù)據(jù)。測速裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3（a）所示。測速裝置由強磁力底座、萬向連接桿組、穩(wěn)定器、測速輪和高精度旋轉(zhuǎn)編碼器組成。強磁力底座用于跟電梯主機的承載梁相接處，提供整個測速裝置的支撐點。萬向連接桿組的兩端分別連接強磁力底座和測速輪軸端，旋轉(zhuǎn)編碼器每0.1 s采集1次數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)信息通過通訊線傳輸?shù)綔y試主機。

圖3 測速裝置及測試裝置安裝圖

進行該裝置的操作測試前，首先要確認電梯轎廂無人員使用且做好安全防護告知，然后進行測量裝置組件的安裝調(diào)試，再對觸發(fā)裝置進行試操作，選擇合適的角度、力度觸發(fā)電梯急停開關(guān)，確保準確實現(xiàn)電梯停止信號的有效讀取，減小操作誤差。最后，逐項進行曳引與制動性能的功能試驗測試，測試結(jié)果打印輸出。測試裝置實物見圖4。

圖4 測試裝置實物圖

3.2 軟件設(shè)計與實現(xiàn)

該系統(tǒng)裝置的軟件是基于Android平臺開發(fā)的曳引與制動性能測試App，主要任務(wù)是完成與測試主機的無線連接、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)處理、流程回放及結(jié)果呈現(xiàn)等功能，軟件流程圖如圖5所示。

圖5 軟件功能流程圖

開機完成系統(tǒng)自檢初始化后，見圖6，首先檢測確認并設(shè)置目標電梯的相關(guān)參數(shù)（額定載重量、額定速度、電梯種類、轎廂自重、使用年限、鋼絲繩直徑、曳引輪直徑、試驗載荷狀態(tài)等）以及確認相關(guān)數(shù)據(jù)接口和無線傳輸通訊是否順暢。系統(tǒng)根據(jù)觸發(fā)裝置的動作信號決定開始采集、傳輸、儲存測試數(shù)據(jù)，當系統(tǒng)在設(shè)定的延遲時間（3～5 s)內(nèi)測速裝置無信號傳輸即確認測試循環(huán)結(jié)束，然后ARM處理器和內(nèi)置研判算法開始判別是否符合要求，輸出測試結(jié)果到打印終端。

圖6 手持終端App界面

本系統(tǒng)還提供歷年檢驗數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析模塊，方便對不同品牌同參數(shù)、同品牌不同參數(shù)、同品牌同參數(shù)等電梯的檢測數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，對電梯連續(xù)的全周期的曳引及制動安全性能監(jiān)測分析與歸類。大數(shù)據(jù)分析結(jié)果形成技術(shù)分析報告，提高電梯生產(chǎn)單位的技術(shù)改造創(chuàng)新能力，使用單位掌握本單位管理的電梯的安全狀況實現(xiàn)按需維保，檢驗檢測機構(gòu)對電梯本體安全狀況是否符合要求給出科學(xué)公正的判別，加快推進特種設(shè)備監(jiān)察機構(gòu)智慧監(jiān)管平臺的搭建。

3.3 現(xiàn)場測試

該裝置采用接觸式測量方式，采用DC 5 V電壓，測量的制停距離范圍為0～9 999 m，測量速度范圍在0.10～20 m／s之間，測得的加速度范圍為0～20 m／s2，制停距離測量精度不低于1%，速度測量精度不低于0.01 m／s，加速度測量精度不低于2%，時間測量精度不低于0.01 s，完全滿足現(xiàn)有電梯的基本應(yīng)用場所的曳引與制動性能的測試。

經(jīng)過反復(fù)試驗測試，已經(jīng)投入現(xiàn)場使用，并通過了第三方的計量測試，見圖7。與現(xiàn)有的目測法、標記法等相比，測試數(shù)據(jù)更準確、材料過程穩(wěn)定、測量數(shù)據(jù)更全面，一鍵觸發(fā)完成檢測，消除人為誤差，測試過程可回放追溯，提高了檢驗的科學(xué)性和公信力。

圖7 檢驗現(xiàn)場及終端界面

4 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種電梯曳引與制動性能測試裝置產(chǎn)品，通過采集鋼絲繩與曳引輪的關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)對電梯曳引與制動性能符合性測試，滿足法規(guī)標準要求。本產(chǎn)品的使用很大程度地提高了現(xiàn)場檢驗人員工作效率和降低勞動強度，實現(xiàn)對電梯曳引與制動性能的定性定量判斷，通過歷年數(shù)據(jù)分析比對能夠及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，極大地保障了電梯運行安全。目前已投入部分特檢機構(gòu)檢驗工作中，具有很高的應(yīng)用價值。