摘要：在现阶段的城市中，高层建筑越来越多，对电梯的需求也越来越大。曳引电梯在长期运行过程中曳引轮轮槽磨损将改变曳引条件，使钢丝绳在轮槽中滑移，并导致轿厢振动，产生噪声，若摩擦导致曳引条件严重失效甚至会导致轿厢冲顶或墩底事故。轮槽磨损状况的检验具有重要意义。本文总结了现有检规和标准对轮槽的相关要求以及日常检验经验。提出了一种基于激光三角法测距原理的曳引轮轮槽磨损状况非接触检测方法，并介绍了检测装置的开发思路。该方法在利用激光位移传感器扫描出整个轮槽轮廓尺寸基础上对轮槽的多个特征尺寸进行软件提取分析，可实现轮槽磨损状况的多尺寸全方位检测。
关键词：激光位移传感；步进电机；钢丝绳；曳引轮；磨损
引言
制动器作为电梯重要的安全保护装置之一，它的有效性是保证电梯安全运行的必要条件。由于其频繁起、制动的工作特点，制动器的工作可靠性性能直接关系到电梯的使用安全。近年来，虽然由于制动器的失效带来电梯在使用中的事故降低了很多，但还是未彻底地避免。本文奔着为彻底避免因制动器故障带来电梯在使用中的不安全进行以下探讨。
1曳引式电梯工作原理及特点
曳引式电梯的对重装置和轿厢分别通过曳引钢丝绳连接在曳引机两端，利用平衡对重的重力作用、钢丝绳与曳引轮间的相互摩擦力，实现轿厢的上下相对运动。其具体工作原理是：打开曳引机，将电能转化为机械能，给曳引机提供驱动力，迫使曳引轮和钢丝绳之间相对移动，从而产生摩擦力，驱动钢丝绳，进而拉动轿厢上下移动，实现人员或者货物的输送。曳引式电梯的主要工作特点是其工作范围被限定在四个象限内。轿厢上行时，对重下行；轿厢下行时，对重上行，总之轿厢和对重一直是反向运动。在轿厢上行过程中一旦轿厢和轿厢内重量超过对重，或者轿厢下行过程中轿厢和轿厢内重量低于对重，都会触发电机使曳引机启动；在轿厢上行过程中，一旦轿厢和轿厢内重量低于对重，或者轿厢下行过程中轿厢和轿厢内重量超过对重，可以实现曳引机的驱动功能；只有当轿厢内部质量和对重质量均衡时，电机负载才会降至最低。
2轮槽磨损非接触检测原理
目前轮槽磨损状况的检验方法主要是目视或接触式检测，激光三角测距法具有检测精度高、检测数据齐全、自动化程度高等特点，在钢轨和螺纹等数十毫米尺度内微小工件表面轮廓扫描领域已有诸多实际应用，使用激光位移传感器配合运动机构可应用于曳引轮轮槽磨损状况的非接触检验。激光三角法测距原理如图1所示，激光源发射出的激光经会聚透镜后在被测物体表面A处聚成一个数微米大小光点，激光反射后经接收透镜被光电检测器件接收，检测到散射光斑位置a。若被检物体与激光源相对位置发生改变，如由A位置改变到B位置或C位置，则激光束照射被检物体并漫反射后在光电检测器件上投射的光斑位置由a变到b或c。光电检测器件上散射光斑的位置与激光源和被测物体表面之间的距离有关，最终表现为光电检测器件输出电信号的变化，该电信号经传感器内部微处理器处理并计算出位移值。曳引轮轮槽磨损状况非接触检测原理如图1所示，主电机带动丝杠联轴旋转从而使滑块以一定的速度沿曳引轮轴线方向（X方向）运动，激光位移传感器固定于副步进电机上，副步进电机安装于滑块上，从而实现主步进电机控制激光位移传感器对曳引轮轮槽扫描，以获得X方向不同位置处轮槽径向（Y方向）高低差，即得到轮槽的轮廓曲线。副步进电机用于轮廓扫查前传感器入射角度的校正，通过副步进电机旋转微调使传感器发射的激光束与轮槽表面垂直，提高检测精度。
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图1激光三角法测距原理
3增加安全制动器的必要性及可行性
由于安全制动器是作用在曳引轮上，在电梯轿厢运行的传动系统中，这是防止轿厢移动的最靠近轿厢的部件。因此，这种设计是比较科学、合理的。因安全制动器作用在曳引轮上，也就是作用中低速轴上，因此安全制动器的制动力矩比较大，建议以钳盘式制动器作为安全制动器比较简便和科学。增加安全制动器的方式方法：（1）对于已采用钳盘式制动器的电梯。只有再增加一套（或数套）钳盘式制动器作为安全制动器即可。也就是，钳盘式制动器应不少于三套，两套为必须的工作制动器，其余为安全制动器。（2）对于永磁同步电梯。因其制动器就是在曳引轮上，那就要在其曳引轮上再增加一套安全制动器即可。（3）对于带变速箱的电梯。因其制动器是装在高速轴上的工作制动器，那就必须再在曳引轮上装一套安全制动器。曳引轮的侧面经过处理后就可以作为钳盘式制动器的制动盘来使用。或者，在曳引轮的侧面增加一个单独的制动盘。在设置安全制动器时，必须设置一套与之相适应的检测系统，该监测系统必须考虑在各种失效（故障）状态下，能将其信号按照程序设定的时间、顺序及时反馈到工作制动器和安全制动器，并确保在非失效（故障）状态下安全制动器无误动作，在失效（故障）状态下能够确保安全制动器工作，保证其上升或下降时的安全，并对传动机构不会造成损伤。
4曳引式电梯的优化调度
（1）多电梯协同调度。对于某一栋建筑配置有多部电梯的情况，可以配置多电梯协同调控系统，合理调控电梯的运行，在有效减少升降次数的前提下，降低电梯能耗。（2）优化电梯控制方式。办公楼和住宅区对于电梯的使用习惯不同，写字楼又分为高层、中层和低层。因此可以根据不同的需求和使用程度，优化电梯的控制方式。例如，住宅区的电梯控制方式可以采用下集选控制方式、信号控制方式或按钮控制方式等；而写字楼可以按照高、中、低层进行分区域集中控制。另外，可以对电梯采取权限制，例如采用智能卡模式，给不同的人群提供不同的电梯权限，可以有效提高电梯工作效率，降低能耗。（3）智能控电。如商场、会议大楼等建筑物，由于人流量集中且规律，可利用大数据等技术，根据人流和物流的数据收集和数据处理，对电梯实行智能控电，使其得到最大限度地利用，以减少能耗。
结语
综上所述，相对于传统的接触式检测方法，基于激光位移原理的非接触式轮槽磨损状况检测方法由于可以提取出轮槽轮廓曲线进行数据分析，能更加直观真实地反映出曳引轮轮槽磨损状况。开发的检测装置可对不同轮槽形状、不同轮槽数量和不同轴向厚度曳引轮的轮槽磨损状况进行检测。在激光位移传感器开始扫查前通过精密步进电机对激光入射角度进行自校准，可降低检测误差。通过算法对轮廓数据进行分析，可快速提取出曳引轮轮槽磨损深度、切口宽度、轮槽切口角度等特征尺寸，结合相关标准和检规，可对轮槽磨损状况进行综合判断。该方法和装置有利于提高测试效率、降低检测劳动强度，提高电梯检验的自动化水平。
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论文作者:孟令军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/6
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