一种电梯门间隙及电梯部件变形测量装置的研制

陈明涛 沈俊华 李功宁

江苏省特种设备安全监督检验研究院苏州分院 苏州 215031

0 引言

电梯门扇之间的间隙尺寸，尤其是电梯门扇之间最不利点处在规定外力作用下产生的间隙的尺寸，是衡量电梯门的设计、制造、安装和维护的水平，以及安全性能的重要指标。

电梯中采用板材制造的部件（如电梯井道壁、层门、轿门、轿厢壁等）在外力作用下会产生一定凹陷变形，这些板形部件在规定的外力作用下产生的凹陷变形值是衡量电梯板形部件设计、制造、安装和维护水平和安全性能的重要指标。

为了解决测量电梯门扇之间间隙尺寸和某些电梯部件受力产生的凹陷变形值的传统方法的缺点，本文提出了一种新型的电梯门间隙及电梯部件变形测量装置的原理、结构和测量方法。

1 相关规定与传统测量方法

1.1 有关电梯门间隙的规定与传统测量方法

1）有关电梯门间隙的规定 根据TSG T 7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》中规定[1]，当电梯门关闭后，电梯门扇之间的间隙应符合：在水平移动门和折叠门主动门扇的开启方向，以150 N的人力施加在一个最不利的点，对于旁开门不大于30 mm，对于中分门其总和不大于45 mm。

2）有关电梯门间隙的传统测量方法 对电梯门扇之间的间隙进行测量的传统方法有手动或使用测力计（如弹簧秤）以150 N的力拉开门扇，用直尺或卷尺测量相应的间隙。传统方法的缺点主要有：无法精确地衡量用手拉开电梯门的力的大小；测得的间隙值的误差较大；测力计在电梯门上不易安装且操作不便；一般需要至少2人同时操作，工作效率低。

当前也有一些专门用于测量电梯门扇之间间隙的装置，虽然部分装置具有技术先进、自动化程度高的优点，但因为受限于采用传统驱动方案的限制(一般采用弹簧、螺杆、螺套、齿轮、齿条、杠杆、楔形等传统驱动方式)，很难摆脱设备复杂、体积大、质量大、可靠性差的缺点，因此并未得到广泛的应用。图1为一种测量电梯层门间隙的装置[2]。

图1 一种测量电梯层门间隙的装置

1.2 有关电梯部件受力变形的规定与传统测量方法

1）有关电梯部件受力变形的规定 对电梯部件因受外力作用而产生的变形的值的规定比较多，如对电梯井道壁、层门、轿门、轿厢壁等部件的相关规定。

GB 7588—2003《电梯制造与安装安全规范》规定[3]，电梯井道壁（含层门地坎下的电梯井道壁）应具有一定的机械强度，即用一个300 N的力，均匀分布在5 cm2的圆形或方形面积上，垂直作用在井道壁的任一点上，弹性变形应不大于15 mm，层门地坎下的电梯井道壁的弹性变形应不大于10 mm；用300 N的力垂直作用于层门的任何一侧表面，或轿门的内侧表面，均匀地分布在5 cm2的圆形或方形面积上，层门或轿门的弹性变形应不大于15 mm。用300 N的力垂直作用于轿厢内侧表面，均匀地分布在5 cm2的圆形或方形面积上，轿厢壁的弹性变形应不大于15 mm。

2）有关电梯部件受力变形的传统测量方法 对电梯的电梯部件的受力变形进行测量的传统方法有

①用非专用工具或手以约300 N的力作用在电梯部件表面的被测位置，用直尺或卷尺与平尺配合，测量部件表面的受力而产生的凹陷变形值；

②采用专用测量工具进行测量。这类专用工具一般设计成长架形结构（见图2）。这类专用工具有体积大、携带不便、安装不便、操作不便等缺点。

图2 一种测量层门或轿门受力变形值的装置[4]

当前缺乏体积小巧、便于携带、安装方便、操作简单的用于测量电梯部件受力变形的专用装置。

2 测量装置结构与原理

本文提出的测量装置的基本原理为：采用气体驱动系统推动动作机构，输出恒等于设定值的力。动作机构将关闭状态的电梯门扇推开，使门扇之间的间隙变大，或垂直地推向电梯部件表面使之产生凹陷变形。采用位移传感器测量动作部件的位移值，从而测得电梯门扇之间的间隙尺寸；采用位移传感器测量电梯部件表面因为受力而产生的变形值。测量装置主要由气体驱动系统、控制系统、结构部件组成。

2.1 气体驱动系统

如图3所示，气动驱动系统主要由微型气体增压泵（含电机）、薄型气缸、气体管路、单向阀、溢流阀、电磁阀、压力传感器等组成。测量装置采用一只微型的电动气体增压泵提供高压空气。高压空气驱动一只薄型气缸动作。气缸的柱塞与动作部件（推板和螺盖）刚性连接。高压空气的压力由控制系统设定并控制。动作部件在气缸的推动下向电梯门或电梯部件表面施加恒等于设定的推力值的力。

图3 气体驱动系统原理图

2.2 控制系统

如图4所示，测量装置采用MCU芯片为核心构建控制系统。控制系统主要由MCU芯片、微型增压气泵的电机、电磁阀、操作按键、显示屏、电池、直线位移传感器、压力传感器、AD芯片等组成。MCU芯片运行控制程序与数据处理程序。MCU+片根据设定推力值与气缸柱塞的有效工作面积，计算出对应的气体压力（以下简称设定压力）。测量装置工作时，MCU芯片比较压力传感器提供的压力数据和设定压力数据，控制电机的启停、电磁阀的开闭。

图4 控制系统原理图

测量装置按以下控制方式控制微型增压泵的电机与电磁阀，使气缸输出的力恒等于设定推力值：

1）当压力传感器提供的气体压力数据高于设定压力数据时，MCU芯片控制增压泵电机停止运转、电磁阀开启以泄放气缸内的部分工作气体，使气缸内工作气体的压力下降至设定压力值、气缸的推力值趋向设定推力值；

2）当压力传感器提供的气体压力数据等于设定压力数据时，MCU芯片控制增压泵电机停止运转、关闭电磁阀，此时气缸的推力恒等于设定推力值；

3）当压力传感器提供的气体压力数据低于设定压力数据时，MCU芯片控制增压泵电机工作、关闭电磁阀，使气缸内工作气体的压力上升、气缸的推力值趋向设定推力值。

直线位移传感器的伸缩测量杆、动作部件（推板和螺盖）与气缸柱塞固定连接（见图5）。测量装置工作时，MCU芯片根据直线位移传感器提供的位移数据，测得电梯门扇在推力作用下打开的间隙的尺寸，或电梯部件在推力作用下的变形值。

显示屏用于显示设定推力值、测得的电梯门的间隙尺寸或电梯部件的变形值、其他提示信息。

2.3 结构组成

如图5所示，测量装置的结构部件由动作部件（推板与螺盖）、连接与支撑部件、壳体等组成。气体驱动系统、控制系统、连接件、支撑部件等部件安装在一只长方体外形的壳体内。

图5 测量装置的外观

1）壳体 壳体为中空的长方体，壳体上安装有显示屏、操作按键、电源指示灯等部件。壳体一端开有一只矩形孔。固定在气缸柱塞上的动作部件、直线位移传感器的伸缩测量杆可以随气缸柱塞同步动作，在矩形孔处伸出、缩回。壳体矩形孔的一侧有固定的折边结构，用于配合测量电梯门间隙。

2）动作部件 动作部件由推板与固定在推板上的螺盖组成。推板固定在气缸柱塞的端部，用于测量电梯门的间隙。未伸出的推板位于壳体的矩形孔内，与壳体矩形孔一侧的固定折边结构贴合在一起。

螺盖固定在推板的外侧，外端面的面积为5cm2，用于测量电梯部件受力作用时产生的凹陷变形。

3 操作方法

1）设定推力值 先根据具体的测量目的，设定相应的输出推力值。例如：测量电梯门间隙尺寸或测量电梯井道壁强度时，分别设置输出推力值为150 N或300 N。

2）放置测量装置 测量门间隙尺寸时，将未伸出的推板与壳体的固定折边一同插入电梯门扇之间的间隙内。(见图6a)。

测量电梯部件变形时，沿气缸柱塞轴线垂直于被测表面的方向，将螺盖外端面均匀地抵在电梯部件被测面的表面，放置好测量装置（见图6b）。

图6 测量电梯门间隙和测量电梯井道壁强度示意图

测量电梯部件变形时，可将测量装置放置在一个便于测量，且能保持壳体位置，使壳体不会移动的位置。如：测量井道壁强度时，可借助轿厢顶部的结构支撑壳体，使壳体不会移动（见图6b）。

3）测量 测量门间隙尺寸时，将推板与壳体的固定折边一同插入电梯门扇之间的缝隙后，启动测量装置。推板在气缸的驱动下，用恒等于设定的推力值的力推开电梯门扇，使电梯门扇之间的间隙变大。当门扇不再张开、间隙尺寸不再变化时，显示屏显示测得的电梯门的间隙尺寸。

测量电梯部件变形时，放置好测量装置后，启动测量装置。螺盖在气缸的驱动下，用恒等于设定的推力值的力推动电梯部件表面产生凹陷变形，当凹陷变形不再变化时，显示屏显示测得的变形值。

4 结语

在以前研制用于电梯门间隙及电梯部件变形的测量装置时，往往只能采用传统的驱动方案（如弹簧、螺杆、螺套、齿轮、齿条、杠杆、楔形等）、传统的测力方案（如压力传感器、弹簧）、传统的测距方案（如直尺、卷尺、斜尺、红外、光栅、激光等）[5，6]，故很难完全避免测量装置外形尺寸大、整体质量大、安装不便、操作不便、驱动速度偏快、驱动力波动、驱动力难以精确控制、控制程序与数据处理程序复杂等缺点。

随着微型气体增压泵技术的成熟，微型气体增压泵在微型充气泵、微型血压计、轻便气动工具等方面获得了广泛的应用。采用微型气体增压泵的各种装置具有体积小、质量轻、安装方便、操作简单等优点。本文提出的电梯门间隙及电梯部件受力变形测量装置采用了以微型气体增压泵设计的气体驱动系统，克服了传统方案的种种缺点，具有驱动力大、驱动力波动小、驱动力调节方便、动作平缓、消耗功率小、控制与数据处理程序简单等种种优点，是一种综合性能比较优异的技术方案。