摘要：渐进式安全钳时在电梯各种梯型中有较广泛的使用，每有新供应商提供新安全钳时都需要对新安全钳和我司使用导轨进行匹配性试验，测定两者之间的等效摩擦系数，以方便调整安全钳预紧力，是电梯安装后的安全钳制动性能满足国标要求。在测试完成后，发现有两种处理数据的方法，且两种计算方式的结果有较大差别，因此本文想分析两者计算方式哪种更可靠，以及造成差别的原因。另外根据分析结果确定更准确有效的传感器测量实验数据。
关键词：渐进式安全钳；试验数据；截断误差；最小分辨率；传感器；模拟信号；数字信号；微分；积分
安全钳是直梯的重要安全部件，当发生故障轿厢在故障状态下超速下滑或者坠落而速度达到限速器动作速度时，限速器操纵安全钳使轿厢减速制停在导轨上，避免事故发生，提高直梯的安全性能。渐进式安全钳的制动力主要由弹性预紧元件预紧力及安全钳摩擦块与导轨面的摩擦系数决定。根据国标要求安全钳制动时平均减速度应在0.2g~1g（g为重力加速度）之间，因此要求制动力应在合适的范围内。安全钳制动时主要是摩擦力做功（制动过程中导轨和楔块会产生一定的变形会损耗一小部分能量，可忽略），因为摩擦力等于正压力与摩擦因数的乘积，因为在进行实验之前可预先设定安全钳动作时的对导轨的正压力，因此可通过试验求得试验时的制动力来求出摩擦因数，
正常两种材料之间的摩擦系数只需要一些简单方法就能测定，并不需要如此大动干戈。但是在制动器制动过程中，楔块和导轨表面会产生热量，甚至导轨得表面会有一部分材料被摩擦带起脱落，改变导轨表面粗糙度以及导轨材料本身的硬度等，这些因素会导致在试验过程中会使摩擦因数发生改变。因此此中试验得出的摩擦因数为等效摩擦因数，不能简单得用这两种材料之间的摩擦因数代替。所以需要多次试验求得平均制动力以算出等效摩擦系数。
实验的过程为模拟轿厢跟导轨在正常下行时发生坠落的极端情况，满载的轿厢在以运行速度下行时突然发生自由落体。做法为在试验加上将模拟满载轿厢的试验架提高一定的高度，然后释放，在试验架达到一定的速度后制动。通过传感器监控制动过程中的某个物理量来算出等效摩擦因数。
下表为试验后整理出的结果。前面都是试验后计算及反馈的数据及已知，最后6列为根据两种不同的计算方法得出的两种不同的结果。粗体部分的结果数据由力与加速度的正比关系F=Ma算出，最后三列为利用运行过程中的能量守恒关系1/2Mv2+MgH=FS计算得出可以看出两种计算方法得出。由数据对比可看出两种方法计算出来的数据有较大的差距。
下面分析一下导致两种计算方法出现较大差别的原因。
下面分析一下计算过程
F=Mg+Ma
M=P+Q=3200kg————试验架的质量和附加载重
a=0.821g——————平均减速度
g=9.81m/s²——————重力加速度
F1=57164.8N
算出第一组实验的四小组数据的平均值为：F=（F1+F2+F3+F4）/4
F=54441.6N
根据摩擦力计算公式，摩擦力等于正压力乘以摩擦系数
F=μN0
N0=36000N————安全钳U型簧正压力
μ————————摩擦系数
μ1=F/N0=0.378
按照能量法计算
1/2Mv2+MgH=FS
v=vt—————实际释放速度
H——————制停距离
S=H—————制停时摩檫力做功的距离
F1=（1/2Mv12+MgH1）/S1
计算出来第一组试验第一小组的数据
F1=47559.9N
根据F=μN0
μ2=0.315
在能量算法中由于摩擦产生的热量相对于其他部分的能量所占比例非常小因此可忽略不计
但是根据正常的理论公式1/2Mv2+MgH=FS+E变形
E变形为安全钳制动过程中楔块及导轨变形消耗的能量
忽略掉E变形后，正常情况下计算出来的F数值应该偏大，何以会比由加速度计算出来的数值小不少呢？
原来由力加速度正比关系F=Ma算出的平均制动力是以时间为轴的，而由能量守恒定律1/2Mv2+MgH=FS得到的平均制动力是以位移为轴的。
下面以功和冲量为例分析两种不同的平均力有何区别：
由于功是以位移积分得到的：
，因此功除以位移得到的平均力是以位移来算的。
冲量是以时间积分的：
，冲量除以时间得到的平均力是以时间算的，这两个平均力往往不一样，两者的联系在于位移和时间的关系：
如果都按时间算，功的平均力是：
冲量的平均力是：
这两个“平均力”在均速直线运动时才是恒等的，那个时候因为速度不变，就可以拿到积分外面去消掉了：
不然中间有个
，若是速度在变，则以时间为重的平均力和以位移为轴的平均力不会相等。
因为此次实验中速度是一直变化的，因此两者会有差距
因为测试过程中都是以时间为轴的，因此以F=Ma计算较为准确。
下面看下选择何种传感器能能够更准确的测量减速度
市面上的相关传感器可分为两类：力学传感器、位移传感器。
1.经过仔细研究实验装置发现，此实验装置所用传感器为力传感器，即实验过程中会实时测量的是力，在试验架下装上一力学传感器，力学传感器上悬挂一重物，通过收集的力学信号根据F=ma换算成加速度数据，得到加速度曲线。这种换算是简单的比例换算不会对数据的精度产生影响。
2.若采用位移传感器测取位移时间曲线
根据a=dv/dt=ds"/dt，则需要根据测得的位移曲线由计算机进行微分求得加速度。
下面看两种数据经计算机处理后得到的加速度时间曲线的误差有什么区别。
先从传感器本身的误差说起，传感器的模拟信号转换为数字信号时，本身转换时有一个LSB/2的量化误差，由自然的无限精确的数据转化为有限长的计算机浮点型数据必然会导致这样的误差。
LSB————————为传感器能测量的最小单位量
连续的模拟信号转化为离散的数字信号时也丧失了部分精度。
这是两种传感器都存在的问题，但是两种传感器获得的数据再由计算机处理后获得加速度曲线的话，位移传感器获得曲线会产生更大误差。
原因如下，由既有的数据微分会导致得到的数据存在截断误差，由机器来处理曲线的微分，由于计算机的精度是有限的，会使得微分后的数据产生截断误差。可形象的理解为计算机会把连续的曲线转换成离散的点进行数据分析。
因此在测量领域，二次积分或微分得到的数值是不能采用的，会放大传感器自身的误差并且包含截断误差。
因此根据测本次测量选用测量原理为力学传感器的结果更为准确，使用F=ma直接计算出来的平均力是正确的。
参考文献：
[1]GB 7588-2003（2015）《电梯制造与安装安全规范》
论文作者:许庆
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/22
标签：传感器论文; 两种论文; 数据论文; 导轨论文; 平均论文; 误差论文; 摩擦论文; 《基层建设》2019年第19期论文;