新型导轨安装检测技术在高层建筑电梯检验的作用

杨清文

[摘    要]为了满足大中型城市居民对于工作和居住的需求，同时受城市规划和空间限制导致在城市建设过程中高层建筑比重越来越高，这给电梯制造商带来了不小的市场，在人们的工作和日常生活中电梯扮演着极为重要的角色。因此，电梯质量安全受到各方关注，其安全性与舒适性成为衡量电梯质量安全的重要要求。通过高精度检测系统为电梯行业发展守住安全质量红线。文章介绍了基于新型导轨安装检测技术的电梯导轨智能检测系统，分析了系统原理和设计理念，为升级高层建筑电梯检测手段提供了支撑。

[关键词]导轨;电梯检验;高层建筑;智能检测

[中图分类号]TG547 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–0–03

The Role of the New Guide Rail Installation and Testing Technology

in the Elevator Inspection of High-rise Buildings

Yang Qing-wen

[Abstract]In order to meet the work and living needs of large and medium-sized urban residents， due to urban planning and space restrictions， the proportion of high-rise buildings in the process of urban construction， which brings a large market to elevator manufacturers， the elevator plays a very important role in people's work and daily life.Therefore， the quality and safety of the elevator its safety and comfort has become an important requirement to measure the quality and safety of the elevator.Through the high-precision detection system to protect the development of the elevator industry safety and quality red line.This paper introduces the intelligent elevator guide rail detection system based on the new guide rail installation and detection technology， and analyzes the system principle and design concept to provide support for upgrading the elevator detection means of high-rise buildings.

[Keywords]guide rail; elevator inspection; high-rise building; intelligent detection

1 介紹

随着社会经济的快速发展，目前中国乃至世界大部分城市的住宅和办公场所都是高层建筑。电梯作为高层建筑中应用最为广泛的垂直运输工具，其在户型、价格等因素的影响下，每个单元所需的电梯数量不只是一个，这样的形势下，垂直电梯的需求量也较大。而对于电梯生产企业来说，要想在电梯市场占有一席之位，就要在保证电梯的舒适性与安全性中投入精力与物力，使电梯达到最大程度的舒适与安全。其中，电梯导轨对电梯运行影响重大，其产品质量与安装质量的好坏事关电梯运行效果[1]，任何误差都将严重影响产品的品质，应严格控制产品生产制造过程中的误差。电梯安装作为“第二次生产”，其安装质量很大程度上影响着电梯的安全和舒适性，为了最大限度地监督电梯的安装质量，在电梯投入使用前，应当对导轨的误差进行监督检测，以此保证电梯导轨的高质量，但是现在对电梯导轨误差的检测技术还比较落后，特别是运用在高层建筑上。

T形电梯导轨是电梯导轨使用量最大的型号，T形电梯导轨属于金属条材，在生产过程中需要进过很多道的切削加工，很容易导致导轨弯曲变形，所以在T形电梯导轨出厂前，必须进行导轨直线度检测和弯曲变形校直工艺[2]。通常的情况下，吊线测量是运用较为广泛的，只需将竖向水平线作为一条直线的基准，把整个测量区域划分成许多段，然后再进行一次人工测量，这样的测量方法有一定的优点，但是也可能会掺杂到测量者和技术人员的实际操作经验，而严重地影响到测量结果，同时误差会比较大。对其垂直度的测量，如果不采用吊线测量的方式，还可以借助技术手段，这种方式的原理与吊线测量相同。不同的是，关键点是铅直激光束而不再是重锤线。将显光靶与导轨固定，铅直激光射入即可出现相应的X值与Y值。这种方式有其优点但是也存在一些不足。其优点是检测精度较高，其缺点是使用条件有限，有些条件不具备使用激光垂准仪，这时就仍然需要人工测量，从而存在一些人工误差。但是科技的进步为自动化检测设备也带来了新发展，自动检测技术手段在不断更新进步。

本文通过对新型电梯导轨检测仪的系统组成、工作原理、检测方法和功能用途等进行相关的介绍，深入分析了其适用性与完整性，剖析前期技术电梯导轨检测效率低的问题。

2 智能检测系统

此系统需要伺服电机、曳引线缆架、检测小车相互配合而完成检测。测量过程简单概述为：将检测小车置于待检测物上，并与线缆连接，曳引线缆架的活动轴是相互连接的，并能够在轴的转动下运动。其之所以能提高测量精度关键在于小车的动力是由伺服电机提供，虽然只是动力的提供源发生了变化，却能够消除检测过程中小车的振动，从而达到高精度的目的。

2.1 基站系统

基站系统的主体是微型计算机和信号收发装置，微型计算机主要是通过与其相匹配的相关软件来实现测量的，不同的软件具有不同的作用，做好信号的处理等具体工作。有了强大的技术支持，只需简单的人工操作，通过控制软件与测量平台沟通，能够实现实时监测测量平台，及时发现是否出现冲顶、脱落等意外情况。信号处理软件是对测量平台发回的信息加以处理，在测量过程中获取电梯导轨3个待测平面的误差，拟用小波变换法对数据处理，得到关键检测点的误差，最终将这些误差数据以曲线的形式呈现在界面，以表格的形式留存，这样既可以直观地看到测量结果又可以在日后查看当时的测量数据。控制软件与单片机系统通信，基于MFC完成控制软件的编写，其相对于信号处理软件作用更加宏观，作用于整个测量系统，对其进行检测与控制，主要包括测量小车监控与曳引系统监控两个主要界面。

2.2 测量平台

测量平台包含多个部分，每个部分都不可或缺。测量平台骨架是直线导轨的安装区域;磁性轮能够帮助测量平台吸附在轨道上;直立轴固定于导轨，传感器通过直立轴做绕轴运转以助推导轨滑动;弹簧可以将导轨两边传感器的基座牢固，将传感器贴在导轨上，促使导轨适应测量平台。在测量中，台阶与直线度误差范围均非常小，这样的误差对测量小车并没有大的影响，因此能够实现导轨精確测量。测量平台具体结构如图1。

测量中，线缆曳引控制测量平台的检测装置。测量的基础需要可折叠支架完成，以固定运动控制力箱，使其能够置于导轨上部，曳引绳能够为其在移动测量过程中产生相应的动力。在此过程中，运动控制动力箱的存在具有关键性作用。其并非移动才能确定电梯导轨，因为夹紧机构的存在，同样可以保障安全。其在人工操作下向可折叠支架发出指令，将支架固定于轨道，为系统运行提供动力。电梯导轨检测装置结构示意图如图2。

2.3 可控制曳引机构

该技术是通过线缆牵引测量平台控制平台的速度，以减小测量误差。地面基站发出的信号反馈到控制电路，对伺服电机进行驱动。

3 工作原理

3.1 直线度计算原理

本系统采取两端连线法来计算直线度，这样除了能够计算导轨的直线度还能够对导轨的其它指标进行检测。具体操作方法如下：标记采集得到的第一个点和最后一个点，将两个点连在一起作为基准线，求出每个点之间的距离该基准线的数值，即导轨上的一条直线长度[3]。详细的计算流程如下。

第一步，建立了基准线。如图3所示，建立以一条导轨的长度作为一个横向的坐标，以导轨上每一个采集点至基准水平线之间的距离作为一个纵向坐标的坐标系，将每一个采集点的数值进行代入，得到一条曲线。其次，构建二元一次方程：y=jx+k，j和k分别作为未知数，将采集得到的第一个与最后一个点带入y=jx+k，即可以得到所要建立的基准线方程。

第二步，计算距离。利用第一步所得的基准线方程和勾股定理求得Di到基准线的距离∆li=（yi-jx-k）/

第三步，根据上一步中求得的∆lmax和∆lmin，可知最大直线度误差f为f=∆lmax-∆lmin，即为所需结果。

3.2 伺服系统原理

在新型导轨安装检测系统中，伺服系统所能够完成的运动控制具有更多优势，例如：控制时效性、实现高精度。其原理是通过一台电机携带激光式传感器沿着基准引脚导轨进行直线运动，从而达到检测目的，伺服系统如图4所示[4]。

由图4可知出，电位器与电动机在同一轴，电位器输出的电压v和位置存在一次方函数的关系。位置调节器将Vg与Vθ的差值进行动态校正，然后至速度调节器、电流调节器。因此，位置调节器的作用是使Vg与Vθ的偏差至最小。速度反馈调节器是阻尼位置调节过程的超调。电流调节器是有效减小力矩的波动，改善动态响应的快速性，限制最大输出电流。滤波转换电路可以用来滤除位置信号或可以滤波信号。

3.3 网络传输原理

该系统内共有两台工控机，两台工控机的作用并不相同，将两台工控机编号为一号工控机和二号工控机，二者相互配合，完成工作。一号控制导轨的自动检测，二号用于人工矫直查询，二号需要将位于一号的其他工控机内部系统中的检测数据通过网络传输给二号工控机。本系统使用局域网TCP协议将两台工控机联网。

4 检测方法

目前对于导轨的检测，是利用一个携带电机的检测小车在导轨上运动，小车带的电机能够给其带来动力，但是产生的振动会影响测量精度。本文主要通过检测系统结构构成来介绍具体的检测方法。

4.1 放大电路

此构造的主要作用是放大电信号并显示在放大区域，其根据限速器绳产生提拉力的范围选择合适的放大芯片。

4.2 源低通滤波电路

此构造可抵制无用信号，避免电磁的干扰。在此技术中，将Multisim8仿真软件和归一化方法结合设计电路。

4.3 高速采样和AD转换电路

FET输入运算放大器和四输入高速16位AD转换器是保障收集大量数据的关键点，是一条高速输入的通道。

4.4 CPU的选型和设计

此技术需要实时运算处理且数量大，并独立进行动态小波分析，适时与主控CPU交换数据，这就对CPU有较高的要求。因此，主控CPU选择40MHz时钟频率微处理器，运算CPU选择144kB内存高速微处理器，这样的选择，在工作中才能够做到高速处理测量数据。

4.5 软件控制设计

这部分采用Labview进行整体控制系统设计，记录的第一个数据是当限速器绳提拉力达35 N时的数据。在Labview的条件下，可按需进行模块的组合。软件模块将与控制有关的信息进行收集，且这些信息并不是仅可以通过单一的形式显示与分析，数据处理能够实时运行，计算机总线将结果传递给存储器。虽然计算机最终能够直接读数，但是工作人员根据情况的不同，还需利用技术手段对数据加以处理。

5 实际应用的作用

5.1 便捷性

传统的电梯导轨安装首先要搭脚手架，做好样板架，然后利用吊线锤来确定基准线的位置，但在此过程中会受到许多外部条件影响，从而导致难以保证精确度同时需要较长的时间，一般需要2-3天甚至十几天都很难确定基准线的位置，因此导轨的安装并无精度可言[5]。在新技术支持下的检测方式，操作简单，将其平放在机房地板上，向下射出纵向激光束，然后使检测器对正两个样板架上两个任意点，就可保证导轨的安装精度，这样既方便、快捷，又精确。

5.2 精准性

电梯导轨在安装完成后一般都会拆除吊线，这时安装的基准线已经不存在了，如果电梯轿厢在高速运行时由于水平方向的振动而造成电梯舒适性降低或者造成潜在的安全隐患，只有通过检测和修正对导轨进行才能找出问题的根源。在新技术支持下的检测方式可以较为简单方便地检测两根导轨的各个控制点之间的偏差和两根导轨之间的共面性偏差，这样分析通过检测结果可以为导轨修正提供了基础，从而提高电梯乘坐的舒适感和安全性。

6 结束语

想要电梯运行安全、乘坐舒适就要做好导轨轨距与垂直度。电梯导轨拖拽小车是一种全新的智能化检测设备，能够实时自动地测量导轨的垂直度等错误，从而保障电梯的安全性与舒适性。其在技术上有很多优势，不仅最大程度的减轻了测量平台的负载，还提高了电梯安全性与舒适性从而保证了电梯质量安全。测量平台通过相关传感器获取电梯在運行过程中的数据，提供与电梯导轨有关的数据，避免了小车振动附加的误差、改进了直线度等误差计算方法，相比于其他传统的计算方式，大大降低了误差，使得检测精度有了新突破。

参考文献

[1] 王传红，骆晶，黄勇军，等.基于COPRA的电梯导轨辊弯成型仿真与模具调试研究[J].机械设计与制造，2020（1）：72-74，79.

[2] 袁卫华.浅析电梯轿厢导轨整体铅垂度对导轨验算的影响[J].中国新技术新产品，2020，423（17）：100-101.

[3] 王建莉，张总，蔺文刚.电梯导轨安装直线度检测的方法研究[J].机械工业标准化与质量，2020，（1）：49-51.

[4] 黄成，邵卫卫，王歆洵，等.电梯T型导轨平面度自动检测系统及方法，CN106643579A[P].2017.

[5] 杨文睿，谭凯.电梯导轨检测系统及检测方法研究[J].检验检疫学刊，2019，29（6）：107-109.