一种车载单泵桥式水路与专用控制系统的设计

张志成，赵世军

（山西省检验检测中心(山西省标准计量技术研究院)，山西 太原 030012）

电梯监督及定期检验作为保障电梯日常安全运行的重要手段一直是国家特检机构的重要及日常工作，按照检规要求进行与载荷相关的试验成为电梯检验工作的重中之重。载荷试验分别应用于平衡系数检测、110%超载、125%静载及动载制动等试验项目中，传统的载荷试验方法是以人工搬运金属砝码的方法完成每台电梯的载荷试验，试验项目对载荷变化的要求使得检验工作变得异常艰难和辛苦，每台电梯每个项目的试验都要付出很大的人工和时间成本，同时金属砝码在长期搬运过程中因为磨损而导致质量缺失，使得载荷试验的模拟载重砝码精度不足也影响着电梯载荷试验的结果。在21世纪高速发展的今天，各行各业都在飞速的革新，自动化的机械操作替代传统人工劳动力的工业发展方向已经悄然来临。

目前行业内出现一种新型电梯智能液体砝码载荷试验车，其以水替代金属砝码作为乘员重量模拟载体，以水的流动替代人力搬运。通过专用载荷车设计和智能改造实现远程控制自动加载和回收及准确计量的方法，可完全替代现用传统方法，极大减轻人工劳动强度，降低人力成本，提高检验效率；另外采用水作为载荷进行试验，在轿厢中分布更均匀，与人员乘坐电梯的重量效果更加接近。智能液体砝码载荷试验通过对传统方法革新，替代人力是对社会生产力进步的巨大推动，一经提出便在行业内掀起了载荷试验方法革新热潮，具有极大的经济和社会效益。

文章通过提出一种应用于电梯智能液体砝码载荷试验车的单泵桥式水路及其专用控制系统的设计方案，可实现定量液体的精确控制以及对于液体砝码的加载和回收，对以水替代金属砝码作为载荷试验的重量模拟载体，以自动化机械替代人力搬运的电梯载荷试验方法革新有着巨大的推进。

1 单泵桥式水路结构设计方案

与市面上常见的液体罐装车有所不同，电梯液体砝码载荷试验车的核心用途是以水作为载体来替代传统的金属砝码，完成电梯载荷试验。所以就其使用场景而言，对于水路结构的设计有两个核心要求，一是能够精确地控制轿厢内的液体模拟载重质量，二是能够快速实现液体的注入和回收。如图1，为一种单泵桥式水路的结构设计图：

图1 单泵桥式水路结构图

液体储存在车载罐体中，由四个固定在车上的电控球阀组组成的桥式水路控制液体的流向，液体的驱动动力由一台车载水泵提供，经由管路延伸段连接至移动蓄水罐，实现液体的加载和回收。移动蓄水罐置于电梯轿厢内，实现对轿厢内载重量的增加和减少，通过水的流动运输替代人力对于金属砝码的搬运。

当要实现向轿厢内移动蓄水罐内注水操作时，电控球阀B1和B2打开，电控球阀A1和A2保持关闭状态，此时液体流向为车载蓄水罐→电控球阀B1→水泵→电控球阀B2→移动蓄水罐。反之，当要实现从移动蓄水罐内回收液体时，电控球阀A1和A2打开，电控球阀B1和B2切换为关闭状态，此时液体流向为移动蓄水罐→电控球阀A1→水泵→电控球阀A2→车载蓄水罐。在水泵出口位置增加液体压力计，当因电控球阀组故障或管路发生堵塞时，压力计检测到管路内压力达到设定阈值后，卸荷阀打开，卸荷支路导通，液体直接经由水泵流向车载蓄水罐体，可有效防止管路或各元件发生损坏。移动蓄水罐接口处安装电动球阀，当位于移动蓄水罐内部的液位传感器达到设定液位数值时，电动球阀关闭，注水或抽水操作完成。

2 电气控制系统设计方案

为实现对于水路各个元器件的集成控制以及向移动蓄水罐内注水、向车载蓄水罐回水的精确定量，需设计单泵桥式水路的专用控制系统。如图2所示为电气原理图。

图2 单泵桥式水路专用控制系统原理图

控制系统的核心为液体流量控制专用PLC模块，通过对PLC模块编程实现控制需求。主要由以下几点功能及逻辑组成：

（1）通过按钮触发实现对水路运行及液体流向的控制切换；注水按钮触发，向移动蓄水罐内注水，水泵运行，电控球阀B1、B2打开；回水按钮触发，向车载蓄水罐内回水，水泵运行，电控球阀A1、A2打开。

（2）实时读取移动蓄水罐内液位计的模拟量输出，形成载荷液体加载量反馈闭环控制。

（3）通过目标加载量设定后，触发注水或回水按钮，实现液体的定量、流向的控制。

（4）实时读取跟踪压力计数值，压力阈值可设定，当管内压力达到压力阈值后，控制卸荷阀打开，减少管内压力保护管路。

（5）当达到设定目标液体加载量水泵停止运行、阀体关闭后，由于液体自身的流动惯性会导致实际流入的液体载重量超过设定值，所以需要可设定关断提前量，在达到目标载重量之前即关闭水泵的动力输入，靠管内液体的自身运动惯性达到目标液体加载量后，移动蓄水装置的电动球阀及管路的电控球阀组关闭。

（6）系统可以实现累计液体加载量的计算，方便直接读取载荷试验时累计加载的载荷量，并可随时通过清零按键实现清零重新计量。

（7）因PLC模块输出功率限制，需要外置功率足够的电源转换模块，为电动球阀、压力计等各元器件供电。

（8）PLC模块搭载工业触摸屏或按键屏，可实现数据显示及基本参数修改、目标液体加载量设定等功能。

3 系统测试试验

3.1 试验条件如表1

表1 试验基本条件

3.2 结果分析

精度试验结果：

使用如图1单泵桥式水路及如图2的专用控制系统进行向移动蓄水罐内循环进水、出水流量精度实验，试验数据如表2，目标流量设定、液位计反馈载重与实际称重数值曲线如图3。在20次液体载荷精度控制实验数据样本中，所设定的目标载重均为200 kg，通过液位计反馈数值计算的平均载重质量为202.29 kg，称重平均数值为199.11 kg，平均误差0.45%，满足智能液体砝码载荷试验车的液体载荷控制精度需求及电梯载荷试验的精度需求。

表2 精度控制实验数据

图3 精度控制实验数据曲线

平均输送200 kg液体载荷的时间为t=68.1 s，按照完成一台额定载荷800 kg的电梯的125%载荷检验项目，所需载重质量为Gn=Ge×125%=800×1.25=1000 kg，按照泵水工作效率80%计算，则所需的水载荷输送时间为

4 结语

文章通过提出一种基于液体罐装车的单泵桥式水路及其专用控制系统的设计方案，详细阐述了该水路及控制系统的总体设计方案及设计过程中的试验数据分析。通过研发设计专用的液体罐装车水路及其专用控制系统来进行水的装载和回收，从根本上解决了液体砝码在电梯载荷试验中的实际应用问题。液体砝码的可控定量加载回收，实现了液体载荷的循环利用，为以水的流动替代传统解人力搬运金属砝码提供了依据和实现方式。解决了传统方法人工劳动量大、效率低的诸多问题，用先进的自动化控制技术取代传统办法，使载荷试验技术更广泛地应用于电梯安全检测的方方面面，对电梯安全运行提供了良好的基础，同时也保障了乘客的生命和财产安全。