便攜式電梯限速器校驗(yàn)儀的研制原理

■文/龐 濤 朱建新 蘇萬(wàn)斌

現(xiàn)代社會(huì)作為垂直交通工具的電梯在人們的生活和工作中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，其安全性也愈加受到關(guān)注。限速器是電梯的一個(gè)重要安全部件，當(dāng)電梯運(yùn)行速度超過(guò)規(guī)定范圍時(shí)，限速器動(dòng)作，帶動(dòng)相應(yīng)安全部件動(dòng)作使電梯制?；驕p速。因此，限速器的校驗(yàn)是一個(gè)關(guān)乎電梯上乘客與貨物安全的重要檢驗(yàn)項(xiàng)目。國(guó)家質(zhì)檢總局《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則—曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》規(guī)定，使用周期達(dá)到兩年的、動(dòng)作速度出現(xiàn)異常的或者各調(diào)節(jié)部位封記損壞的限速器，其動(dòng)作速度應(yīng)由有資質(zhì)單位進(jìn)行校驗(yàn)。由于限速器拆裝送檢費(fèi)時(shí)費(fèi)力，拆裝運(yùn)輸過(guò)程也易使限速器受到損壞，影響其動(dòng)作速度；一些特殊場(chǎng)合，如醫(yī)院、住宅小區(qū)等，如果不現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，會(huì)給使用者帶來(lái)很大不便，故而現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)已是大勢(shì)所趨。每年需要現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的限速器數(shù)量巨大，工作繁重?，F(xiàn)在常用的校驗(yàn)儀體積大，量重，攜帶、使用不便，插件多易損壞，每次校驗(yàn)時(shí)均需輸入多個(gè)數(shù)據(jù)，檢測(cè)部件安置困難，需要多人配合使用，導(dǎo)致校驗(yàn)效率低，很難滿足實(shí)際需要。我院結(jié)合多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，研究現(xiàn)有校驗(yàn)儀優(yōu)缺點(diǎn)，依據(jù)國(guó)家相關(guān)法規(guī)，研制一種簡(jiǎn)單、高效的便攜式電梯限速器校驗(yàn)儀，對(duì)于電梯的安全性檢驗(yàn)工作具有重要意義。

儀器結(jié)構(gòu)

如圖1所示，設(shè)置電機(jī)總成6，其內(nèi)包括一臺(tái)小型伺服電機(jī)，八位單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤管理芯片、L C D顯示控制芯片各一片，及相關(guān)的連接電路。

電機(jī)總成6的輸出軸上固定一驅(qū)動(dòng)輪2，驅(qū)動(dòng)輪2由耐磨橡膠制成，外緣呈階梯形，可騎在限速器輪盤1的鋼絲繩槽內(nèi)，增大摩擦力及穩(wěn)定性，減少打滑現(xiàn)象。當(dāng)電機(jī)總成6的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪2旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)限速器輪盤1旋轉(zhuǎn)。

電機(jī)總成6上安裝用于握持的把手4，把手4的左側(cè)設(shè)置有L C D顯示器3和鍵盤5。顯示器3顯示該設(shè)備依次的操作步驟，輸入的數(shù)據(jù)及檢測(cè)結(jié)果。鍵盤5設(shè)置0-9數(shù)字鍵及相應(yīng)功能鍵。

常閉觸點(diǎn)開關(guān)8及光電傳感器9置于控制屏左側(cè)。常閉觸點(diǎn)開關(guān)8帶有撞針，作為電氣動(dòng)作速度的檢測(cè)裝置，固定在一磁性材料上，可吸附于限速器支架上。光電傳感器9作為轉(zhuǎn)速信號(hào)的接收裝置，可伸縮，利于調(diào)整接收信號(hào)的位置；接收端呈狹長(zhǎng)型，使得接收范圍更寬，避免電動(dòng)機(jī)的抖動(dòng)使得光電傳感器9與限速器輪盤1上貼的反光紙10錯(cuò)開，引起接收信號(hào)丟失。

電源轉(zhuǎn)換模塊7一端連接220 V市電，另一端與電機(jī)總成6連接，為電機(jī)總成6提供單片機(jī)系統(tǒng)及伺服電機(jī)的工作電壓。

圖1 便攜式電梯限速器校驗(yàn)儀示意圖

測(cè)控系統(tǒng)

本校驗(yàn)儀測(cè)控系統(tǒng)選用美國(guó)ATM EL公司的高性能單片機(jī)A T89 S52作C P U，外擴(kuò)一片S R A M用做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并設(shè)置掉電保護(hù)電路。校驗(yàn)儀的參數(shù)設(shè)定通過(guò)矩陣鍵盤輸入，相關(guān)信息通過(guò)L C D顯示器顯示。

由一臺(tái)帶驅(qū)動(dòng)器小型交流伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)限速器輪盤1，而驅(qū)動(dòng)器接受來(lái)自A T89 S52單片機(jī)的方向信號(hào)和脈沖指令，加速度為0.01 m/s2，滿足了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)G B7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中有關(guān)限速器特性檢查的描述:“應(yīng)以盡可能低的加速度來(lái)達(dá)到限速器的動(dòng)作速度，以便消除慣性的影響”。

校驗(yàn)儀主要用來(lái)測(cè)量限速器的兩個(gè)速度:電氣動(dòng)作速度及機(jī)械動(dòng)作速度。這兩個(gè)速度均為限速器輪盤節(jié)圓的線速度。結(jié)合圖1可以看出，當(dāng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，限速器輪盤1跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，吸附在限速器輪盤1上的反光紙10周期性地轉(zhuǎn)過(guò)光電傳感器9。這樣，限速器輪盤1每轉(zhuǎn)一圈便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，該信號(hào)由電機(jī)總成6內(nèi)部的A T89 S52單片機(jī)拾取后經(jīng)過(guò)處理可得到轉(zhuǎn)速，再結(jié)合限速器輪盤節(jié)圓直徑D，即可計(jì)算出限速器輪盤節(jié)圓的線速度，也即電梯轎廂的運(yùn)行速度。對(duì)信號(hào)具體的處理如下:

當(dāng)單片機(jī)控制交流伺服電機(jī)不斷加速時(shí)，單片機(jī)記錄拾取的最近第一與第二、第二與第三個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間間隔，記為t1、t2，每個(gè)時(shí)間間隔通過(guò)的距離為Dπ，則限速器三個(gè)信號(hào)之間的平均加速度a=2 Dπ(t1-t2)/t1t2(t1+t2) m/s2，則單片機(jī)拾取最近第一個(gè)信號(hào)時(shí)限速器輪盤1節(jié)圓線速度為v1=a t1/2+Dπ/t1，當(dāng)達(dá)到一定速度，最終限速器輪盤1上的甩塊因離心力作用打到限速器電氣開關(guān)的動(dòng)作打桿，打桿帶動(dòng)常閉觸點(diǎn)開關(guān)8的撞針，使常閉觸點(diǎn)開關(guān)8動(dòng)作。單片機(jī)接收到該信號(hào)后，記錄此時(shí)與從光電傳感器接9收的最近一個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間間隔，記為t3，則限速器電氣動(dòng)作速度為v2=v1+a t3m/s。限速器輪盤1繼續(xù)加速引起其機(jī)械動(dòng)作，輪盤被卡死停止轉(zhuǎn)動(dòng)。單片機(jī)再次鎖定限速器輪盤1被卡死之前的節(jié)圓線速度，此速度即為限速器的機(jī)械動(dòng)作速度值。

校驗(yàn)流程

本文所述的便攜式電梯限速器校驗(yàn)儀，具體操作步驟如下(參照?qǐng)D1):

1.校驗(yàn)前先斷開電梯主電源，測(cè)量限速器輪盤1兩側(cè)懸掛的安全繩的中心距作為輪盤節(jié)圓直徑。松弛安全繩，確保限速器與安全繩不接觸，較方便的方法是:低層的電梯可直接用大力鉗提拉非轎廂側(cè)的安全繩并固定使其松弛；高層電梯，可在機(jī)房?jī)?nèi)打檢修控制其停留在轎頂與頂層端站平齊處，用大力鉗平穩(wěn)地貼于地面，夾住非轎廂側(cè)的安全繩，點(diǎn)動(dòng)提升轎廂，放松安全繩，并固定。

2.校驗(yàn)儀接上220 V市電，然后啟動(dòng)，L C D顯示器3依次顯示輸入“限速器輪盤節(jié)圓直徑”、“初始速度”、“電機(jī)轉(zhuǎn)向”等，輸入相應(yīng)參數(shù)并按“確定”鍵確認(rèn)。

3.常閉觸點(diǎn)開關(guān)8吸附在限速器支架上，調(diào)整撞針位置使之在限速器電氣動(dòng)作時(shí)撞針同時(shí)動(dòng)作。握持檢測(cè)儀使驅(qū)動(dòng)輪2騎在鋼絲繩繩槽內(nèi)，并使光電傳感器9對(duì)準(zhǔn)貼在限速器輪盤1上的反光紙10。按下“檢測(cè)”鍵開始檢測(cè)。

4.限速器輪盤1在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下加速旋轉(zhuǎn)，在觸發(fā)限速器電氣開關(guān)動(dòng)作的同時(shí)常閉觸點(diǎn)開關(guān)8斷開，單片機(jī)鎖定此時(shí)限速器輪盤1節(jié)圓的線速度為限速器的電氣動(dòng)作速度值。限速器輪盤1繼續(xù)加速旋轉(zhuǎn)，直至被卡死，單片機(jī)再次鎖定限速器輪盤1被卡死之前的節(jié)圓線速度為限速器的機(jī)械動(dòng)作速度值。同時(shí)電機(jī)總成6控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

兩個(gè)動(dòng)作速度值保存在外部S R A M中，掉電后不丟失，通過(guò)L C D顯示器4可輪流顯示。之前輸入的節(jié)圓直徑、初始速度和正反轉(zhuǎn)信息三個(gè)參數(shù)也保存在外部S R A M中，對(duì)同型號(hào)的限速器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)就不需要重新輸入，檢測(cè)裝置啟動(dòng)后直接按下“檢測(cè)”即可進(jìn)入步驟(4)，從而實(shí)現(xiàn)高效的“一鍵式”檢測(cè)。