CN108059048A - 一种电梯制动器的检测预警系统及预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电梯制动器的检测预警系统及预警方法，属于电梯检测技术领域。所述检测预警系统包括：压力传感器、剪切力传感器、信号分析模块和预警模块。所述预警方法包括：(1)将电梯设置在空载状态，制动器处于制动状态；(2)逐渐提高电梯系统给出的电力矩；(3)实时测量制动器的正向压力N和剪切力矩T，计算获得静摩擦力F静和摩擦系数μ；如正向压力、静摩擦力和摩擦系数其中之一超出预警区间，则发出预警信号。本发明在制动器未发生故障的情况下，自动预警维保人员及时检修电梯相关部件，排除电梯安全事故隐患，大大减少危险事故发生的概率；预警系统能够针对性报出相应的风险部件，大大提升了排查故障的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及电梯检测技术领域，具体涉及一种电梯制动器的检测预警系统及检测预警方法。
背景技术
当今，随着城市化的发展，电梯已经成为了我们工作和生活中不可或缺的交通工具，但电梯事故也是层出不穷，甚至严重威胁到了人们的生命及财产安全。制动器作为最重要的电梯安全部件承担了太多的安全使命，它同时肩负着电梯的上下行超速、防止轿厢意外移动、减行程、冲顶、蹲底等危险事故的保护。
电梯制动器的工作原理为：通电时产生双向电磁推力，使刹车机构与电机旋转部分脱离，断电时电磁力消失，在外加制动弹簧压力的作用下，形成失电制动的摩擦式制动器。它主要与曳引机上的驱动电机配套成电磁制动三相同步/异步电动机，广泛适用于能实现平稳停车和快速起动及在断电时安全制动的场合，这种制动器具有结构紧凑、安装方便、噪音低、振动小、电磁推力大、动作灵敏，制动可靠等优点，是一种理想的自动化控制执行元件。
由于制动器承担着举足轻重的电梯安全防护任务，故为了确保电梯制动器性能的安全可靠，必须对制动器采取安全实时监测和预警，提前告知维保人员对隐患制动器进行检修或更换，避免危险事故发生，确保电梯能够安全的运行。
CN 205045636 U公开了一种电梯制动性能测试装置，主要包括电梯制动器，电梯制动器上分别安装有弹簧压力检测装置、制动轮制动力检测装置和抱闸数据采集系统，弹簧压力检测装置中包括PLC、运动单元、弹簧受力单元、电机驱动单元、弹簧压力传感器，制动轮制动力检测装置包括控制器、油缸压力传感器、位移传感器、电机，抱闸数据采集系统包括数据采集卡以及多个检测传感器，该实用新型结构简单，能够对电梯制动器性能进行实时的全程监测，能够预警电梯潜在危险并且及时向上位机PC发出预警信号，增加了电梯的安全性。
CN 104340801 A公开了一种在用电梯制动系统故障预警方法，在用电梯系统包括曳引机和制动臂，该故障预警方法包括：获取设置在所述曳引机上的预紧力传感器、制动臂行程传感器分别对应的两组数据信号；根据所述两组数据信号确定所述在用电梯制动系统是否出现故障；若出现故障，则根据所述两组数据信号所表示的故障类型发出预警信号。预紧力传感器、制动臂行程传感器、制动臂加速度传感器和轿厢位移传感器设置在曳引机的外部，实现了实时获取在用电梯在运行过程中的参数和性能，以对在用电梯的使用状态进行评估，对电梯测试提供试验依据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电梯制动器的检测预警方法，对制动器的平衡系数、正压力和摩擦力等关键性能指标进行实时监测，能够对电梯潜在危险进行预警，提高了电梯的安全性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电梯制动器的检测预警方法，包括以下步骤：
(1)将电梯设置在空载状态，制动器处于制动状态；
(2)逐渐提高电梯系统给出的电力矩；
(3)实时测量制动器的正向压力N和剪切力矩T，分别按照式(Ⅰ)、式(Ⅱ)计算获得静摩擦力F静和摩擦系数μ；
μ＝F静/N(Ⅱ)；
其中T空载为电梯系统给出的电力矩为零时剪切力传感器检测到的剪切力矩；Dz为电梯曳引机上转子的直径；
(4)如正向压力、静摩擦力和摩擦系数其中之一超出预警区间，则发出预警信号。
所述电力矩为电梯系统驱动电梯运行输出电流产生的力矩。
本发明预先自动收集合格的制动器在不同电力矩条件下的制动力矩、正压力、静摩擦力及对应的摩擦系数，通过大数据分析自动设定一个基准值，然后设定一个安全的预警区间(基准值±10％)，当被监测的各个数据的其中一项超出预警区间，预警系统能够通过网络/APP/短信及时发出预警信息，通知维保人员及时维保，以防止危险事故的发生。
本发明的预警系统与电梯系统主板进行实时通讯，当电梯处于空载状态，制动器处于制动状态，电梯系统发出制动力自检测动作指令，电梯系统模拟电梯载重依次增加的情况递增地输出制动力检测电流产生相应的电力矩，安装在制动器上的压力检测传感器和剪切力检测传感器实时测量制动器的正向压力和剪切力矩，并将数据传输到电梯大数据采集终端，动态地计算静摩擦力和摩擦系数。
式(Ⅰ)、式(Ⅱ)中，T为电梯系统给出相应电力矩时剪切力传感器检测到的剪切力矩(N·m)；T空载为电力矩为零时剪切力传感器检测到的剪切力矩(N·m)；Dz为电梯曳引机上转子的直径(m)；N为压力检测传感器检测到的正压力(N)。
分析模块将检测获得的正压力以及计算获得的静摩擦力和摩擦系数与系统设定的基准值进行比较，判断是否属于偏差的允许范围内，如超出允许范围则进行预警。
随着电梯系统给出电力矩的增加，分别针对正压力、静摩擦力和摩擦系数各生成一条对应动态曲线并在预警平台上显示。
由于本发明方法同时对正压力、静摩擦力和摩擦系数进行监测，能够分析出失效的具体因素：判断是制动器弹簧失效造成正压力不足导致的静摩擦力减少，还是受到污染的转子表面引起的摩擦系数减小导致的静摩擦力减少。
作为优选，步骤(2)中，所述电力矩为梯度增加。
所述梯度为5％～15％。
作为优选，步骤(2)中，初始电力矩为模拟电梯100％载重的电力矩。
具体地，电梯系统给出的初始电力矩为模拟电梯100％载重的电力矩，检测预警系统检测正压力和剪切力矩，计算静摩擦力和摩擦系数，并判断是否属于基准数值偏差的允许范围内，如果监测的数值超出允许范围或发生滑移，则预警平台输出预警信号，并在预警平台显示此时的最大静摩擦力、摩擦系数和正压力；如果监测的数值在偏差允许范围内，则电梯系统给出模拟电梯105-115％载重的电力矩，重复上述检测计算步骤，如果监测的数值超出允许范围，则预警，如监测的数值在偏差允许范围内，则递增电力矩重复上述操作。
作为优选，步骤(2)中，终止电力矩为模拟电梯170％载重的电力矩。
作为优选，在逐步施加电力矩的检测过程中，每一梯度检测获得的正向压力、静摩擦力和摩擦系数与预设的相应梯度的基准值进行对比，若超出基准值的预警区间，则发出预警，并判断制动力减小的原因。
作为优选，检测过程中，电梯发生滑移，记录最大静摩擦力和摩擦系数，发出预警，并分析判断发生滑移的原因。
若制动力检测期间出现制动力不足而导致滑移，系统自动记录滑移瞬间的最大静摩擦力以及摩擦系数，评估正压力，并作报警处理。
本发明还可以根据剪切力传感器的数据T、曳引轮的直径Dy、额定载重Q等参数直接计算出电梯空载时的平衡系数k，公式如下：
所述制动器由左右两个制动臂组成，每个制动臂上各安装一个剪切力传感器，分别对左右制动臂的制动力进行检测，其中T左为左侧制动臂产生的剪切力矩(N·m)，T右为右侧制动臂产生的剪切力矩(N·m)；λ为曳引比；Dy为曳引轮的直径(m)；Q为电梯额定载重(Kg)；g为重力加速度。
作为优选，步骤(3)中，计算获得平衡系数，步骤(4)中，如平衡系数超出预警区间，发出预警。
根据国际标准，电梯平衡系数的评估标准为0.4≤k≤0.5，因此，本发明检测的平衡系数超出该范围时，预警系统作报警提示。
本发明检测平衡系数的方法操作简单，可以完全取代电流检测法，现有的电流检测法需要根据控制系统输出负载电流来判断和分析电梯的平衡系数，电流间接验证的方法不够准确，只能用作参考，不能作为评判依据。
根据电梯实际的平衡系数，来补偿电梯制动器自检测时的制动力矩，使得系统输出的电力矩更加准确，更精确地评估出制动器的制动力是否满足国标要求，对电梯部件设计起到很大的帮助作用。
作为优选，在进行步骤(1)前，先对各检测传感器进行校准。
本发明还可以根据电梯系统给出的电力矩与检测传感器检测到的数值进行比较，以确认传感器工作是否正常。由于电梯系统的输出电流、曳引机的额定电流和曳引机的额定力矩都是已知参数，本发明根据式(Ⅳ)计算系统给定力矩，
T系统给定力矩＝I系统给定电流÷I曳引机额定电流×T曳引机额定力矩(Ⅳ)
将计算获得的系统给定力矩与左右两侧制动臂上传感器检测到的剪切力矩之和进行对比，若超出10％范围，则说明制动器检测传感器需要进行校准，则预警系统作出报警提示。
本发明的另一个目的是提供一种电梯制动器的检测预警系统，包括：
压力传感器，检测制动器的正向压力；
剪切力传感器，检测制动器的剪切力矩；
信号分析模块，依据所述正向压力、剪切力矩，实时计算获得静摩擦力、摩擦系数和平衡系数，并与预警区间进行比较，发出检测信号；
预警模块，接收检测信号，执行相应动作。
所述电梯制动器具有左右两侧制动臂，每侧制动臂上均安装有一个压力传感器和剪切力传感器，所述压力传感器和剪切力传感器布置在制动臂刹车皮后的衬板内；
传感器检测的信号传输到信号分析模块，信号分析模块对检测数据进行实时计算，并与预设的基准值进行比较，根据比较结果做出下一步操作指令；
所述预警模块分别与电梯控制主板和电梯预警平台通讯连接，根据接收到的检测信号，向电梯控制主板发送制动力自检测动作指令，或是向电梯预警平台发送预警信号及显示具体数值。
本发明的信号分析模块对各个检测传感器以总线传输的方式进行数据采集，除了上述在制动器上安装压力传感器和剪切力传感器，还可以在电梯其他部件上安装相应的传感器，这样电梯预警系统可以扩展更多的功能，比如钢丝绳检测、门锁检测、限速器检测、安全钳检测、缓冲器检测等等，使得该系统通用性更强。
本发明具备的有益效果：
(1)本发明在电梯制动器上安装压力传感器和剪切力传感器，对电梯制动器正压力、剪切力矩进行实时监控，计算相应的摩擦力、摩擦系数和平衡系数，与预先设定的基准值比较，超过预警区间则报警，通知维保人员及时维保，赶在电梯未发生故障时及时检修电梯相关部件，排除电梯安全事故隐患，大大减少危险事故发生的概率。
(2)本发明同时对正压力、静摩擦力和摩擦系数监控，能够分析出电梯失效的具体原因，使得维保更有针对性，大大提升了排查故障的工作效率。
(3)本发明检测预警系统能够更加有效、客观地反映和评估出制动器的制动效果。
附图说明
图1为电梯曳引机示意图。
图2为电梯制动器预警系统示意图。
图3为制动器检测传感器布置示意图。
图4为电梯结构示意图。
图5为电梯检测传感器连接示意图。
图6为电梯制动器预警流程图。
图中各附图标记为：1、制动器，2、曳引轮，3、转子，11、制动臂，111、衬板，4、电梯轿厢，5、对重，6、曳引机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图进一步详细描述本发明的技术内容和具体实施方式。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
如图1所示，电梯曳引机系统包括制动器1、曳引轮2和转子3，制动器1具有左右两侧制动臂11，制动臂11在制动弹簧作用下抱紧转子3实现制动。
如图2-5所示，本发明一种电梯制动器的检测预警系统，包括：检测传感器、电梯大数据采集终端、电梯控制主板和电梯预警平台，电梯预警平台通过网络/APP/短信及时发出预警信息，通知维保人员及时维保，以防止危险事故发生。
检测传感器包括压力传感器和剪切力传感器，每侧制动臂11上均安装有一个压力传感器和剪切力传感器，上述传感器布置在制动臂刹车皮后的衬板111内。制动器1制动后，压力传感器检测制动器的正向压力，剪切力传感器检测制动器的剪切力矩。所述正向压力作用于转子表面，其方向为与重力方向垂直并指向曳引机中心；所述剪切力矩作用于曳引轮表面，其方向同重力方向。
电梯大数据采集终端包括信号分析模块和预警模块，检测传感器检测的信号传输到信号分析模块，信号分析模块依据检测的正向压力、剪切力矩，实时计算获得静摩擦力和摩擦系数，并与预先设定的预警区间进行比较，根据比较结果做出下一步操作指令，向预警模块发送检测信号。
预警模块分别与电梯控制主板和电梯预警平台通讯连接，根据接收到的检测信号，向电梯控制主板发送制动力自检测动作指令，或是向电梯预警平台发送预警信号及显示具体数值。
本发明的信号分析模块对检测传感器以总线传输的方式进行数据采集，除了上述在制动器上安装压力传感器和剪切力传感器，还可以在电梯钢丝绳、门锁等部件上安装相应的传感器，实现对其他部件的预警功能。
本发明检测预警系统的检测预警方法如下：
1、设定基准值
预先自动收集合格的制动器在不同电力矩条件下的制动力矩、正压力、静摩擦力及对应的摩擦系数，通过大数据分析自动设定一个基准值，然后设定一个安全的预警区间(基准值±10％)。
2、检测传感器自检
根据电梯系统给出的电力矩与检测传感器检测到的数值进行比较，以确认传感器工作是否正常。
由于电梯系统的输出电流、曳引机的额定电流和曳引机的额定力矩都是已知参数，信号分析模块根据式(Ⅳ)计算系统给定力矩，
T系统给定力矩＝I系统给定电流÷I曳引机额定电流×T曳引机额定力矩(Ⅳ)
将计算获得的系统给定力矩与左右两侧制动臂上传感器检测到的剪切力矩之和进行对比，若超出10％范围，则说明制动器检测传感器需要进行校准，则预警系统作出报警提示。
3、制动器检测预警
a、当电梯系统空闲时，电梯控制主板发出制动力自检测动作指令，制动器处于制动状态；电梯系统模拟100％载重输出制动力检测电流，产生相应的电力矩；安装在制动器上的压力检测传感器和剪切力检测传感器测量此时的正向压力和剪切力矩，并将数据传输到信号分析模块，信号分析模块按照公式(Ⅰ)(Ⅱ)计算静摩擦力F静和摩擦系数μ。
μ＝F静/N(Ⅱ)；
其中T为电梯系统给出相应电力矩时剪切力传感器检测到的剪切力矩(N·m)；T空载为电力矩为零时剪切力传感器检测到的剪切力矩(N·m)；Dz为电梯曳引机上转子的直径(m)；N为压力检测传感器检测到的正压力(N)。
信号分析模块将检测获得的正压力以及计算获得的静摩擦力和摩擦系数与系统设定的基准值进行比较，判断是否属于安全的预警区间内。
如正向压力、静摩擦力和摩擦系数其中之一超出预警区间，则向预警模块发送预警信号，进而在预警平台上预警并显示最大静摩擦力、最大摩擦系数、正压力的具体数值，检测终止；
如均未超出预警区间，则向电梯控制主板发送检测信号。
b、当电梯控制主板接受到检测信号，电梯系统模拟110％载重输出制动力检测电流，产生相应的电力矩；
重复步骤a中正向压力、剪切力矩检测及静摩擦力和摩擦系数的计算工作，信号分析模块分析数据后作出预警或继续检测的信号；
c、当电梯控制主板接受到检测信号，电梯系统模拟120％载重输出制动力检测电流，重复上述测量计算工作。
如后续检测数值均未超出预警区间，电梯系统模拟载重以10％递增的方式输出电力矩，至模拟电梯170％载重完成检测。检测流程如图6所示。
若制动力检测期间出现制动力不足而导致滑移，系统自动记录滑移瞬间的最大静摩擦力以及摩擦系数，评估正压力，并作报警处理。
检测完成后，预警平台上显示正向压力、静摩擦力和摩擦系数的动态曲线，维保人员可以根据检测结果分析电梯失效的具体因素。
4、检测平衡系数k
根据剪切力传感器的数据T、曳引轮的直径Dy、额定载重Q等参数直接计算出电梯空载时的平衡系数k，公式如下：
其中T左为左侧制动臂产生的剪切力矩(N·m)，T右为右侧制动臂产生的剪切力矩(N·m)；λ为曳引比；Dy为曳引轮的直径(m)；Q为电梯额定载重(Kg)；g为重力加速度。
根据国际标准，信号分析模块内预设的电梯平衡系数的评估标准为0.4≤k≤0.5，如计算获得的平衡系数超出该范围时，预警系统作报警提示。
根据电梯实际的平衡系数，来补偿电梯制动器自检测时的制动力矩，使得系统输出的电力矩更加准确，更精确地评估出制动器的制动力是否满足国标要求，对电梯部件设计起到很大的帮助作用。
Claims (10)
1.一种电梯制动器的检测预警方法，包括以下步骤：
(1)将电梯设置在空载状态，制动器处于制动状态；
(2)逐渐提高电梯系统给出的电力矩；
(3)实时测量制动器的正向压力N和剪切力矩T，分别按照式(Ⅰ)、式(Ⅱ)计算获得静摩擦力F静和摩擦系数μ；
μ＝F静/N(Ⅱ)；
其中T空载为电梯系统给出的电力矩为零时剪切力传感器检测到的剪切力矩；Dz为电梯曳引机上转子的直径；
(4)如正向压力、静摩擦力和摩擦系数其中之一超出预警区间，则发出预警信号。
2.如权利要求1所述的检测预警方法，其特征在于，步骤(2)中，所述电力矩为梯度增加。
3.如权利要求2所述的检测预警方法，其特征在于，所述梯度为5％～15％。
4.如权利要求1所述的检测预警方法，其特征在于，步骤(2)中，初始电力矩为模拟电梯100％载重的电力矩。
5.如权利要求1所述的检测预警方法，其特征在于，步骤(2)中，终止电力矩为模拟电梯170％载重的电力矩。
6.如权利要求1所述的检测预警方法，其特征在于，步骤(3)中，按照式(Ⅲ)计算获得平衡系数k，
其中T左为制动器左侧制动臂产生的剪切力矩，T右为制动器右侧制动臂产生的剪切力矩；λ为曳引比；Dy为曳引轮的直径；Q为电梯额定载重；g为重力加速度；
步骤(4)中，如平衡系数超出预警区间，发出预警。
7.如权利要求1所述的检测预警方法，其特征在于，检测过程中，电梯发生滑移，记录最大静摩擦力和摩擦系数，发出预警，并分析判断发生滑移的原因。
8.如权利要求2所述的检测预警方法，其特征在于，在逐步施加电力矩的检测过程中，每一梯度检测获得的正向压力、静摩擦力和摩擦系数与预设的相应梯度的基准值进行对比，若超出基准值的预警区间，则发出预警，并判断制动力减小的原因。
9.如权利要求1所述的检测预警方法，其特征在于，在进行步骤(1)前，先对各检测传感器进行校准。
10.一种电梯制动器的检测预警系统，包括：
压力传感器，检测制动器的正向压力；
剪切力传感器，检测制动器的剪切力矩；
信号分析模块，依据所述正向压力、剪切力矩，实时计算获得平衡系数、静摩擦力和摩擦系数，并与预警区间进行比较，发出检测信号；
预警模块，接收检测信号，执行相应动作。
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