智能化水砝码电梯载荷试验方法的研究探讨

张志成，程建山，赵世军，芦永军

（1.山西省检验检测中心，山西 太原 030012；2.大连光程光电有公司，辽宁 大连 116602）

目前，传统的载荷试验手段所存在的固有问题，已经极大地限制了电梯检验检测行业的发展，对老百姓日常乘用电梯安全产生了很大的隐患，对国家监督检验规则的有效实施提出了挑战。

以水替代传统金属砝码、以水的流动替代人工的搬运、以水的自动化精确输送控制实现载荷的重量控制的解决方案，该方案方案可行性好、技术易于整合、未来社会和经济效益好、易于推广使用等多个优点。新技术的高效应用无论从监督管理、有效保证乘梯人员安全、降低试验单位成本及人力需求等多方面都具有积极意义。

1 新试验方法技术实现思路

1.1 总体设计方案

该项目为集水泵电气变频控制、流量计实时监控、卷管器自动电气控制收放、机械结构设计等一系列技术整合应用的综合项目，每一项关键技术的突破性应用都是电梯检验行业从未涉及的，这些技术的应用创新将为该行业提供全新的技术参考，为行业的发展提供了全新的技术实现思路和启发。以下是项目总体设计的具体实现思路：

（1）采用国产运输车辆通过设计研发和改造，使之具有水砝码的装载、输送、回收、运输的功能。

（2）采用智能控制的泵水回路，通过流量计紧密计量控制，使之具有水砝码加减载和准确的计量功能。

（3）研发设计专用的液体储存装置实现水载荷的有效加载和移动，该装置具有足够的装载强度和抗压能力，才可收缩和重复使用。

（4）研制专用的输送管线自动收放装置实现管路的自动助力收放。

（5）采用有效的切换方式使系统具有智能和手动双重有效控制，从而实现水载荷的高效可靠回收。

1.2 需要解决的关键技术问题

（1）针对整套装置设计专用的总控电气控制系统，该系统包括微电脑控制总控板、显示界面、集成操作界面等组成，负责统一管理各功能单元的协同运行，各项专用技术高效集成是关键核心技术问题。

（2）总控系统的软件无疑是整套系统的灵魂，负责管理各硬件单元的协调工作及状态监控工作，软件设计的可靠性及稳定性需要经过大量的测试才能实现，成为整套系统至关重要的技术难题。

（3）将电控系统、水泵及控制管路、储水水箱等几大核心部件与车平台的机械整合成为机械设计所要突破的难点，在保证整车装置合理布局的前提下实现最优化配置，要充分考虑系统、各单元、试验场地、运输条件等多种要求。

1.3 技术设计方案

1.3.1 电气控制系统设计方案

如图1所示为电梯载荷试验设备电气控制系统具体设计方案原理图，其中包括供电系统、人机交互显示与控制、一体化各执行元器件集成逻辑控制电路板。

图1 电气控制系统实施方案

考虑到现场应用条件需求，一般电源获取位置多在工地现场或小区保安室或电梯井道底坑位置，所以设备供电采用220VAC市电电压等级输入；同时为了保证当出现试验现场无法有效获取到电源时设备也可正常工作，并且在试验过程中如果突然发生断电、电梯故障等其他失去电源获取的情况能够把电梯轿厢内的液体载荷排出，增加了备用电源的设计方案。所以整套电气控制系统在电源供给设计上采用双回路供电。

为了使整个系统操作更加人性化，人机交互界面采用了双操作器设置，其一为安装在控制柜上的一体化触摸屏，方便工作过程中的数据显示并且操作简单；其二为远程手持操作器，试验现场地点多为电梯底层地下室内或者一楼楼房单元内等车辆无法直接到达的位置，为了测试操作人员能够在试验现场对设备进行操控，所以需要配备远程手持操作器满足现场应用需求。并且为了试验过程中的设备安全考虑，增加了检修操作模式，能够在设备故障时或有调试需求时进行简单功能的使用。

为适应平衡系数检测、110%超载、125%静载及动载制动等多种载荷试验项目，以及对所有电气设备集成管理，需配备专用的集成逻辑控制电路板及专用软件控制系统，搭载多种控制模式选择，能够适应各种检验项目与工况需求。该系统实时对车内及输出的液体流量精确反馈，并协同各个电气执行元器件按照人机交互输入指令工作，组成高效率、高精度、可靠、安全的一体化电气控制系统。

1.3.2 输送车的改造及车载液体输送管路设计开发

在进行输送车整体电气控制系统及液体输送管路布局设计时，需要注意以下几个设计要点：（1）输送管路布局空间合理，各零部件方便拆卸和维修；（2）车载颠簸震动的工作环境下，需要对管路添加柔性连接位置，消除在车辆运行中的颠簸震动影响，并且需要对核心元器件增加减震措施；（3）需要适应我国南方高温的天气和北方的极寒天气，所以需要对车载罐体增加保温措施，对核心驱动部件和控制部件增加散热措施；（4）整车轻量化设计，避免车辆满载超重；（5）需要考虑车辆空载和满载时候的重心位置，避免车辆运行转弯中发生倾覆。输送车整体设计布局如图2所示。

图2 输送车及车载液体输送管路布局

1.3.3 系统工作模式设定

由于该设备主要应用于电梯载荷试验中，所以输送液体砝码的精度为重中之重，但是在液体管路输送过程中，管内若存在气体则会严重影响控制计量精度。所以针对此问题需要提出以下两种工作模式，来解决液体管路输送中气体对计量精度干扰的问题。

（1）自循环模式：图3所示为自循环模式流程图，自循环模式启动之前，球阀处于关闭状态，点击手持操作器显示屏，启动自循环模式，球阀开启到位指示灯亮，进水电磁阀开启，进水接触器吸和，水泵开启，开始进水，流量计开始计量，水管同时排气，管内气体排空后，进水电磁阀自动关闭，进水接触器释放，水泵停止工作，进水停止，水管排气完成。（2）正在输水模式：图4所示为进出水模式流程图，连续进出水循环模式启动之前，球阀开启到位指示灯亮，点击手持操作器显示屏，启动进出水模式，输入流量参数，进水电磁阀开启，进水接触器吸和，水泵开启，进水开始，流量计实时监控，到达设定流量值，进水电磁阀自动关闭，进水接触器释放，水泵停止工作。

1.3.4 新方法电梯载荷试验实施步骤

（1）到达待测电梯现场，将水砝码置于待测电梯轿厢内部，接通电源，将手持操作器与逻辑控制显示屏无线接通。（2）将卷管器开关控制设为放管状态，卷管器释放管路，将管路与轿厢内的水砝码对接，对接完成后，将卷管器开关控制设为关闭。（3）点击手持操作器的自循环模式，将水砝码供水单元中水管气体排出。（4）开始电梯载荷试验，点击手持操作器连续进出水模式，在手持操作器中输入相应的参数，设备自动为水砝码供水，到达预设水量后，自动停止，断开供水管路与水砝码的连接。（5）电梯载荷试验完成，将供水管路与水砝码连接，点击手持操作器连续进出水模式，在手持操作器中输入相应的参数，设备自动将水砝码中水抽出，出水完成之后，自动停止。（6）断开供水管路与水砝码的连接，将卷管器开关控制设为收管状态，进行水管回收，回收过程中可以进行人工辅助。（7）收管完成，将卷管器开关控制设为关闭，将水砝码从待测电梯内搬出，断开供电电源。

图4 连续工作模式流程

2 结语

文章提出以水作为重量载体，来替代传统金属砝码进行电梯定期及监督检验载荷试验的新技术和新方法，详细阐述了该技术方法的总体方案及关键技术的实现手段。通过研发设计专用的电梯载荷车来进行水的运输和自动装载，以电控泵驱动水的流动替代人工搬运来达到节省人力并提高效率的目的，以流量计作为核心计量控制技术实现载荷试验对载荷精度的要求。