一种垂直电梯超载保护装置检测仪*

朱博能，李 宸，王笠喜，谢安民，孟子皓，王玉琳

(合肥工业大学 机械工程学院，安徽 合肥 230009)

0 引言

电梯属于一种复杂的机电特种设备，其平稳运行离不开各种保护装置的可靠支持，而电梯超载保护装置的可靠性关系到电梯运行的安全性[1]。如果电梯使用过程中超载保护装置失效，那么当电梯超载时就不会发出警报，从而造成很大的安全隐患，因此对电梯超载保护装置的精准检测尤为重要。目前对电梯超载保护装置较为普遍的检测方法是通过往轿厢内均匀放置与电梯的超载载荷等量的砝码，观察超载保护装置是否能及时报警[2，3]。但该检测方法在实际操作中搬运砝码劳动强度大，检验耗时长，致使对超载保护装置进行加载试验的要求得不到保证，若超载保护装置失效后不能及时被发现和处理，则严重影响电梯的正常运行及安全性[4]。除此之外，大连凯晟科技公司研制出一种电梯超载保护检测装置检测仪[5]，其利用液压装置对轿厢进行施力直至超载，通过压力传感器测量此时轿底所承受的压力，从而评测电梯超载保护装置是否符合标准，但这种检测仪的设备复杂，装配流程繁琐，不便于检测人员携带，降低了检测效率；广州特种机电设备检测研究院研制了一种无载荷的电梯超载开关检测装置[6]，它通过伺服电机输出扭矩从而对轿厢施力，通过读取压力传感器的压力值来评测电梯超载保护装置是否符合标准，其中，伺服电机定位准、输出稳定，谐波减速机可实现大减速比，虽然设备便携，无需砝码，但是在检测中只能在轿底的对角加载，对轿底所加的压力不均，对于电梯超载保护装置的检测并不全面。

为避免上述现有技术的不足，本文提出一种垂直电梯超载保护装置检测仪及检测方法，使检测过程更加便捷，无需搬运大量砝码，可提高检测效率，降低检测成本和劳动强度，保证定期检测的顺利进行，进而保障电梯安全可靠运行。

1 垂直电梯超载保护装置检测仪结构

图1为垂直电梯超载保护装置结构示意图，由安装在轿底中心位置处的磁钢4、安装在下横梁上的可伸缩支架5、安装在可伸缩支架上的霍尔接近开关6组成。霍尔接近开关和磁钢构成接近传感器，承受载荷的轿厢使轿底受压下凹，当载荷达到设定值时，接近传感器输出报警信号，实现超载保护。

1-轿底；2-减震垫；3-下横梁；4-磁钢；5-可伸缩支架；6-霍尔接近开关

根据电梯超载保护装置的结构，设计了超载保护装置检测仪，总体上由光栅测微装置和位移检测仪两部分组成，其结构如图2所示。

1-可伸缩支架；2-磁钢支座；3-紧定螺栓；4-立杆；5-螺孔；6-光栅测微仪；7-霍尔接近开关；8-通孔；9-数据传输线；10-位移检测仪

1.1 光栅测微装置

光栅测微装置包括磁钢支座2、立杆4以及光栅测微仪6。磁钢支座2利用磁力吸附并固定在可伸缩支架1的上端面; 在磁钢支座2上设有通孔8及直立套管，霍尔接近开关7在通孔8中凸伸，立杆4插装在直立套管中并由紧定螺栓3进行固定；立杆4端部的两个螺孔5用于固定光栅测微仪6，光栅测微仪6可通过立杆4改变高度和角度，以便在操作过程中使其测头抵靠在轿底中心。光栅测微仪6的测量范围为0～20 mm，分辨力为0.5 μm，即测头每产生0.5 μm的轴向移动量，光栅测微仪就发出一个脉冲。因此测微仪的精度能达到10-3mm，保证检测的精确性。

1.2 位移检测仪

图3为位移检测仪结构框图。位移检测仪通过USB接口外接20 000 mAh的可充电锂电池(+5 V输出)，检测仪的最大工作电流为190 mA，当电池充满电后，理论上可维持检测仪连续工作105 h，为续航提供保障。检测仪选用高性能单片机AT89S52作为CPU，该芯片带有8 kB×8 bit 的EEPROM存储器，可用于存储系统的底层程序。由于检测过程中需要存储一些重要数据，因此扩展8 kB×8 bit的SRAM芯片6264用作数据存储器；可编程接口芯片8279对测控系统上的矩阵键盘和LED数字显示器进行监控；AT89S52主要管理SRAM 6264和8279，还接收单个按键信号和输入信号，并通过T0、T1两个16位的加法计数器接收光栅测微仪经过四倍频电路输出的两路脉冲信号；与CPU芯片配套的有复位电路与晶振电路。

图3 位移检测仪结构框图

2 超载保护装置检测仪检测原理

经研究可知，当在轿底均匀施加超载载荷M时，轿底中心的超载位移量Y为：

Y=[(A1-A2)+((A2-A3)×5/8)]×M/G

.

其中：A1为空载轿底中心位置；A2为侧边加载轿底中心位置；A3为中线加载轿底中心位置；G为加载砝码的总重量。

因此，在检测过程中利用光栅测微装置进行检测，分别获得轿底的中心位置信号(A1、A2和A3)，并将轿底的中心位置信号传送至位移检测仪，位移检测仪针对设定载荷条件下的轿底中心位置信号进行数据处理，计算获得轿底的超载中心位移量Y。空载条件下将霍尔接近开关按超载中心位移量朝接近磁钢的方向移动，当移动距离达到Y值时，电梯中的超载保护装置发出报警即为合格；若在移动距离尚未达到Y值时电梯中的超载保护装置即报警，或是在移动距离已经超过Y值时电梯中的超载保护装置仍未报警，均判断为超载保护装置不合格，从而完成检测工作。

3 安装与检测

3.1 安装过程

让电梯空载并处于检修模式，在轿底中心与下横梁之间安装好光栅测微装置。具体过程如下：将光栅测微仪固定在立杆；磁钢支座吸附于可伸缩支架上端面，并使霍尔元件凸伸在磁钢支架通孔；立杆插入支座的直立套管内，调整高度和旋转方向使光栅测微仪的弹性测头抵靠在轿底中心处，并用紧定螺栓将其固定；通过数据传输线连接光栅测微仪和位移检测仪，完成装置的安装。

3.2 检测过程

取16个～20个重量相同(2.5 kg)的小砝码作为加载砝码，按如下步骤针对垂直电梯超载保护装置实施检测：

(1) 空载测量：在轿厢空载状态下，利用光栅测微装置进行测量，并经位移检测仪进行信息处理，获得空载轿底中心位置A1。

(2) 两侧边加载测量。将加载砝码按相等重量分成两组，两组加载砝码在轿厢内沿轿底两侧边的边线呈直线均匀排列，形成两道平行的侧边加载线，如图4所示。利用光栅测微装置进行测量，并经位移检测仪进行信息处理，获得侧边加载轿底中心位置A2。

(3) 中线加载测量。将加载砝码在轿厢内沿轿底的中线呈直线均匀排列，形成一道与侧边加载线平行的中线加载线，如图5所示。利用光栅测微装置进行测量，并经位移检测仪进行信息处理，获得中线加载轿底中心位置A3。

(4) 根据空载轿底中心位置A1、侧边加载轿底中心位置A2和中线加载轿底中心位置A3计算获得轿厢在超载载荷下的轿底中心超载位移量Y。

(5) 设置空载轿厢，将霍尔接近开关通过可伸缩支架按轿底中心超载位移量Y朝接近磁钢的方向移动，根据超载保护装置在超载位移量下的工作状况判断超载保护装置正常与否，实现对超载保护装置的检测。

图4 两侧加载示意图图5 中线加载示意图

4 检测实验

表1 超载载荷为800 kg的电梯实验结果

表2 超载载荷为1 000 kg的电梯实验结果

表3 超载载荷为1 200 kg的电梯实验结果

从实验数据可以看出最大误差不超过4%，满足电梯检测的安全标准，体现了该装置的精确性。实验所用的砝码总重为50 kg，远远小于电梯的超载载荷，体现了该装置的便携性。除此之外，该装置拆装方便，不会损坏电梯的原有结构，提高了检测的效率。

5 结束语

针对电梯超载保护装置检测的问题，本文设计了一种以小载荷加载的检测仪，并分析了该检测仪的原理、结构以及工作过程。该检测仪检测结果精确，能够保障电梯运行安全。同时检测仪的便携性以及操作的简单大幅度提高工作效率，应用前景广阔。