電梯曳引輪輪槽磨損監(jiān)測裝置支架設計

馮雙昌 陳杰

摘 要：隨著電梯長時間運行，曳引輪輪槽會逐漸磨損。當磨損量達到一定程度時，會導致電梯曳引能力下降，可能發(fā)生沖頂、蹲底、溜梯等事故，因此非常有必要對曳引輪輪槽的磨損情況進行監(jiān)測。鑒于此，基于圖像處理技術提出了一種曳引輪輪槽磨損監(jiān)測方法，并設計了工業(yè)相機支架結構。在輪槽下端未覆蓋鋼絲繩處安裝工業(yè)相機，利用工業(yè)相機來拍攝輪槽形狀，通過對大量圖片的處理和分析，完成輪槽的三維重構，從而獲得輪槽的磨損量，為是否更換曳引輪提供理論依據(jù)，同時為提升電梯安全性能提供技術支撐。

關鍵詞：電梯;曳引輪輪槽;磨損監(jiān)測;支架

中圖分類號：TU857? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）07-0049-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.07.013

0? ? 引言

曳引輪是電梯曳引系統(tǒng)的重要組成部分，其可靠性直接影響著電梯安全性。隨著電梯長時間運行，曳引輪輪槽會逐漸磨損，當磨損量達到一定程度時，會導致電梯曳引能力下降，可能發(fā)生沖頂、蹲底、溜梯等事故，因此非常有必要對曳引輪輪槽的磨損情況進行監(jiān)測[1]。

近年來，圖像處理技術在電梯安全監(jiān)測領域得到了廣泛應用，通過采集特征點再進行曲線擬合能夠計算出輪槽角度、槽底—槽間邊緣距、槽深等參數(shù)，實現(xiàn)對輪槽幾何參數(shù)的監(jiān)測，為電梯安全運行提供有效的監(jiān)測方式[2]。在此背景下，本文基于三維重構技術對電梯曳引輪輪槽磨損情況進行監(jiān)測，并設計完成了監(jiān)測裝置支架。

1? ? 曳引輪輪槽磨損與曳引能力的關系

通常電梯運行時間越長，曳引輪輪槽磨損程度就越嚴重，當磨損量達到一定程度時，會破壞電梯的曳引能力，造成轎廂沖頂、蹲底和溜梯等安全事故，嚴重威脅人民群眾的生命財產(chǎn)安全[3]。

電梯運行過程中，鋼絲繩和曳引輪兩者接觸，在轎廂和對重產(chǎn)生的壓緊力作用下，使轎廂獲得曳引力。曳引輪輪槽磨損是因為兩者接觸后表面產(chǎn)生滾動或滾動與滑動復合摩擦，經(jīng)過多次反復變形，部分區(qū)域小塊材料受到損壞，形成表面點蝕和剝落。磨損除了導致輪槽表面形貌發(fā)生改變外，當整個輪槽一周都產(chǎn)生較均勻的磨損時，輪槽節(jié)圓幾何尺寸將發(fā)生顯著改變。

曳引輪輪槽磨損對電梯曳引能力的影響，主要體現(xiàn)在輪槽磨損導致的曳引輪輪槽和曳引系統(tǒng)幾何尺寸的改變對電梯曳引能力的影響。對各個輪槽磨損程度進行分析，如圖1所示，可分為均勻磨損和不均勻磨損。

根據(jù)歐拉公式對電梯曳引能力進行分析，當量摩擦系數(shù)與曳引輪輪槽形狀和曳引輪材料有關，輪槽形狀大多選用帶切口的半圓槽、V型槽，曳引輪輪槽磨損將直接影響輪槽的形狀，進一步影響電梯的曳引能力[4]。

=efα

式中：T1為轎廂側拉力;T2為對重側拉力;efa為曳引系數(shù)，代表電梯的曳引能力，其中e為自然對數(shù)的底數(shù)，f為曳引鋼絲繩在曳引輪輪槽中的當量摩擦系數(shù)，α為曳引鋼絲繩在曳引輪上的包角。

2? ? 檢測方法及原理

針對電梯曳引輪輪槽磨損問題，在日常開展的檢驗工作中需要給予足夠的重視，對曳引輪輪槽磨損原因也需要進行科學分析，做出正確的判定。如圖2所示，有兩種情況比較危險：（1）曳引輪各輪槽之間磨損不均勻;（2）曳引輪磨損嚴重，鋼絲繩已經(jīng)磨到輪槽的底部。

當前的定期檢驗主要是采用“目測+試驗”的方法[5]，目測曳引輪輪槽磨損情況，如果發(fā)現(xiàn)各輪槽磨損非常不均勻或者鋼絲繩已經(jīng)磨損到底，則通過1.25倍額定載荷制動試驗來判斷曳引輪是否合格。如果制動試驗效果不好，則需要更換曳引輪。這種方法存在以下3個缺點：第一，對檢查人員的要求比較高，要求經(jīng)驗豐富;第二，開展1.25倍制動試驗需要搬運砝碼，費時費力，并且制動試驗存在轎廂無法制停的可能，有著嚴重的安全隱患;第三，當前的檢查只是對曳引輪磨損結果的確認，無法監(jiān)測曳引輪輪槽磨損的過程，更無法預測曳引輪剩余的壽命，即還能用多久。

3? ? 監(jiān)測裝置及其支架設計

3.1? ? 監(jiān)測裝置

基于圖像處理技術設計了一種監(jiān)測裝置，裝置系統(tǒng)由投影儀和工業(yè)相機組成，用投影儀投射特定的光信息到物體表面及背景后，由工業(yè)相機采集實時數(shù)據(jù)[6]。根據(jù)曳引輪造成的光信號的變化來計算輪槽上的位置和深度等信息，偵測并分析電梯運行過程中曳引輪、輪槽的幾何形狀與外觀、顏色、表面反照率等數(shù)據(jù)，進而復原整個三維空間，實現(xiàn)電梯曳引輪輪槽的整個三維重構，將重構的圖片進行對比，判斷是否存在輪槽磨損的情況。

3.2? ? 支架設計

圖3所示為現(xiàn)有技術中電梯曳引輪1的應用場景圖，電梯曳引輪1安裝在支撐架2上，支撐架2包括若干縱橫交錯的工字鋼。

圖4所示為監(jiān)測裝置的整體結構圖。監(jiān)測裝置的底座設有卡槽32，卡槽32的兩端設有頂絲31，通過卡槽32與頂絲31的配合能夠將底座3安裝在支撐架2的工字鋼上。

圖5為圖3的A處放大圖。底座3上設有弧形滑道4，弧形滑軌5的截面與弧形滑道4內的滑槽相配合，使其能夠在弧形滑道4內呈圓弧形滑動?；⌒位?的外側面設有弧形齒條51，在底座3的端部有電機安裝架6，電機7安裝在電機安裝架6上，電機7的主軸有齒輪71，電機7驅動齒輪71旋轉，齒輪71與弧形齒條51嚙合。

工業(yè)相機安裝架8固定在弧形滑軌5上，其上端有工業(yè)相機9，這樣當弧形滑軌5在弧形滑道4內滑動時，工業(yè)相機9能夠對電梯曳引輪1的輪槽進行全方位拍攝，并且工業(yè)相機9的運動方向垂直于輪槽，通過這種方式能夠實現(xiàn)對輪槽的三維重建。在實際應用中，可以通過工業(yè)相機9周期性地對輪槽進行拍攝，以達到定期檢查的目的。

4? ? 結語

本文通過工業(yè)相機對曳引輪輪槽進行拍攝，然后利用三維重構技術對輪槽的磨損量進行分析，由于工業(yè)相機是相對于曳引輪輪槽旋轉進行拍攝的，因此可拍攝不同的角度，通過多張不同角度的照片實現(xiàn)輪槽的三維重構，便于分析、對比其磨損量。該檢測方式的實現(xiàn)只需要一個工業(yè)相機即可，對電梯曳引輪輪槽進行檢測時，不會影響電梯的正常工作，不會接觸到電梯曳引輪，實現(xiàn)了非接觸式檢測。通過獲得的曳引輪輪槽的三維模型和數(shù)據(jù)，既可知道輪槽當前的磨損情況，也可知道以往磨損的歷史情況，進而推斷出曳引輪的剩余壽命。

[參考文獻]

[1] 黃荔生，胡誠，萬亭亭，等.電梯曳引輪輪槽磨損案例分析及隱患控制措施[J].中國電梯，2020，31（12）：41-43.

[2] 陳建勛，蘇宇航，林曉明，等.基于激光位移原理的曳引輪輪槽幾何參數(shù)檢測[J].自動化與儀表，2020，35（5）：67-70.

[3] 熊際武.電梯曳引輪輪槽磨損的原因及其檢驗技術[J].中國電梯，2021，32（7）：9-11.

[4] 毛懷新.電梯與自動扶梯技術檢驗[M].北京：學苑出版社，2001.

[5] 電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強制驅動電梯：TSG T7001—2009[S].

[6] 謝小娟，楊寧祥，陳建勛，等.基于圖像處理的電梯曳引輪輪槽磨損識別方法[J].中國安全科學學報，2019，29（11）：122-128.

收稿日期：2021-12-08

作者簡介：馮雙昌（1982—），男，山東聊城人，博士，高級工程師，主要從事機電一體化，尤其是電梯、起重機械等機電類特種設備檢驗技術研究和相關標準的制修訂工作。