电梯曳引轮轮槽磨损监测装置支架设计

冯双昌 陈杰

摘 要：随着电梯长时间运行，曳引轮轮槽会逐渐磨损。当磨损量达到一定程度时，会导致电梯曳引能力下降，可能发生冲顶、蹲底、溜梯等事故，因此非常有必要对曳引轮轮槽的磨损情况进行监测。鉴于此，基于图像处理技术提出了一种曳引轮轮槽磨损监测方法，并设计了工业相机支架结构。在轮槽下端未覆盖钢丝绳处安装工业相机，利用工业相机来拍摄轮槽形状，通过对大量图片的处理和分析，完成轮槽的三维重构，从而获得轮槽的磨损量，为是否更换曳引轮提供理论依据，同时为提升电梯安全性能提供技术支撑。

关键词：电梯;曳引轮轮槽;磨损监测;支架

中图分类号：TU857  文献标志码：A  文章编号：1671-0797（2022）07-0049-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.07.013

0    引言

曳引轮是电梯曳引系统的重要组成部分，其可靠性直接影响着电梯安全性。随着电梯长时间运行，曳引轮轮槽会逐渐磨损，当磨损量达到一定程度时，会导致电梯曳引能力下降，可能发生冲顶、蹲底、溜梯等事故，因此非常有必要对曳引轮轮槽的磨损情况进行监测[1]。

近年来，图像处理技术在电梯安全监测领域得到了广泛应用，通过采集特征点再进行曲线拟合能够计算出轮槽角度、槽底—槽间边缘距、槽深等参数，实现对轮槽几何参数的监测，为电梯安全运行提供有效的监测方式[2]。在此背景下，本文基于三维重构技术对电梯曳引轮轮槽磨损情况进行监测，并设计完成了监测装置支架。

1    曳引轮轮槽磨损与曳引能力的关系

通常电梯运行时间越长，曳引轮轮槽磨损程度就越严重，当磨损量达到一定程度时，会破坏电梯的曳引能力，造成轿厢冲顶、蹲底和溜梯等安全事故，严重威胁人民群众的生命财产安全[3]。

电梯运行过程中，钢丝绳和曳引轮两者接触，在轿厢和对重产生的压紧力作用下，使轿厢获得曳引力。曳引轮轮槽磨损是因为两者接触后表面产生滚动或滚动与滑动复合摩擦，经过多次反复变形，部分区域小块材料受到损坏，形成表面点蚀和剥落。磨损除了导致轮槽表面形貌发生改变外，当整个轮槽一周都产生较均匀的磨损时，轮槽节圆几何尺寸将发生显著改变。

曳引轮轮槽磨损对电梯曳引能力的影响，主要体现在轮槽磨损导致的曳引轮轮槽和曳引系统几何尺寸的改变对电梯曳引能力的影响。对各个轮槽磨损程度进行分析，如图1所示，可分为均匀磨损和不均匀磨损。

根据欧拉公式对电梯曳引能力进行分析，当量摩擦系数与曳引轮轮槽形状和曳引轮材料有关，轮槽形状大多选用带切口的半圆槽、V型槽，曳引轮轮槽磨损将直接影响轮槽的形状，进一步影响电梯的曳引能力[4]。

=efα

式中：T1为轿厢侧拉力;T2为对重侧拉力;efa为曳引系数，代表电梯的曳引能力，其中e为自然对数的底数，f为曳引钢丝绳在曳引轮轮槽中的当量摩擦系数，α为曳引钢丝绳在曳引轮上的包角。

2    检测方法及原理

针对电梯曳引轮轮槽磨损问题，在日常开展的检验工作中需要给予足够的重视，对曳引轮轮槽磨损原因也需要进行科学分析，做出正确的判定。如图2所示，有两种情况比较危险：（1）曳引轮各轮槽之间磨损不均匀;（2）曳引轮磨损严重，钢丝绳已经磨到轮槽的底部。

当前的定期检验主要是采用“目测+试验”的方法[5]，目测曳引轮轮槽磨损情况，如果发现各轮槽磨损非常不均匀或者钢丝绳已经磨损到底，则通过1.25倍额定载荷制动试验来判断曳引轮是否合格。如果制动试验效果不好，则需要更换曳引轮。这种方法存在以下3个缺点：第一，对检查人员的要求比较高，要求经验丰富;第二，开展1.25倍制动试验需要搬运砝码，费时费力，并且制动试验存在轿厢无法制停的可能，有着严重的安全隐患;第三，当前的检查只是对曳引轮磨损结果的确认，无法监测曳引轮轮槽磨损的过程，更无法预测曳引轮剩余的寿命，即还能用多久。

3    监测装置及其支架设计

3.1    监测装置

基于图像处理技术设计了一种监测装置，装置系统由投影仪和工业相机组成，用投影仪投射特定的光信息到物体表面及背景后，由工业相机采集实时数据[6]。根据曳引轮造成的光信号的变化来计算轮槽上的位置和深度等信息，侦测并分析电梯运行过程中曳引轮、轮槽的几何形状与外观、颜色、表面反照率等数据，进而复原整个三维空间，实现电梯曳引轮轮槽的整个三维重构，将重构的图片进行对比，判断是否存在轮槽磨损的情况。

3.2    支架设计

图3所示为现有技术中电梯曳引轮1的应用场景图，电梯曳引轮1安装在支撑架2上，支撑架2包括若干纵横交错的工字钢。

图4所示为监测装置的整体结构图。监测装置的底座设有卡槽32，卡槽32的两端设有顶丝31，通过卡槽32与顶丝31的配合能够将底座3安装在支撑架2的工字钢上。

图5为图3的A处放大图。底座3上设有弧形滑道4，弧形滑轨5的截面与弧形滑道4内的滑槽相配合，使其能够在弧形滑道4内呈圆弧形滑动。弧形滑轨5的外侧面设有弧形齿条51，在底座3的端部有电机安装架6，电机7安装在电机安装架6上，电机7的主轴有齿轮71，电机7驱动齿轮71旋转，齿轮71与弧形齿条51啮合。

工业相机安装架8固定在弧形滑轨5上，其上端有工业相机9，这样当弧形滑轨5在弧形滑道4内滑动时，工业相机9能够对电梯曳引轮1的轮槽进行全方位拍摄，并且工业相机9的运动方向垂直于轮槽，通过这种方式能够实现对轮槽的三维重建。在实际应用中，可以通过工业相机9周期性地对轮槽进行拍摄，以达到定期检查的目的。

4    结语

本文通过工业相机对曳引轮轮槽进行拍摄，然后利用三维重构技术对轮槽的磨损量进行分析，由于工业相机是相对于曳引轮轮槽旋转进行拍摄的，因此可拍摄不同的角度，通过多张不同角度的照片实现轮槽的三维重构，便于分析、对比其磨损量。该检测方式的实现只需要一个工业相机即可，对电梯曳引轮轮槽进行检测时，不会影响电梯的正常工作，不会接触到电梯曳引轮，实现了非接触式检测。通过获得的曳引轮轮槽的三维模型和数据，既可知道轮槽当前的磨损情况，也可知道以往磨损的历史情况，进而推断出曳引轮的剩余寿命。

[参考文献]

[1] 黄荔生，胡诚，万亭亭，等.电梯曳引轮轮槽磨损案例分析及隐患控制措施[J].中国电梯，2020，31（12）：41-43.

[2] 陈建勋，苏宇航，林曉明，等.基于激光位移原理的曳引轮轮槽几何参数检测[J].自动化与仪表，2020，35（5）：67-70.

[3] 熊际武.电梯曳引轮轮槽磨损的原因及其检验技术[J].中国电梯，2021，32（7）：9-11.

[4] 毛怀新.电梯与自动扶梯技术检验[M].北京：学苑出版社，2001.

[5] 电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯：TSG T7001—2009[S].

[6] 谢小娟，杨宁祥，陈建勋，等.基于图像处理的电梯曳引轮轮槽磨损识别方法[J].中国安全科学学报，2019，29（11）：122-128.

收稿日期：2021-12-08

作者简介：冯双昌（1982—），男，山东聊城人，博士，高级工程师，主要从事机电一体化，尤其是电梯、起重机械等机电类特种设备检验技术研究和相关标准的制修订工作。