（机械设计及理论专业论文）电梯上行超速保护装置检测系统的研究与开发.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 电梯断亍超速保护装置检测系统的研究与开发 专业：机械役计及理论 硕士生：朱瑶瑶 指导老师：任天笑教授 刘信恩教授 摘要 本课题研究的目的是开发套高效可靠、技术先进的检澳t 系统，用于检测电梯上行超速保 护装置的f 生能质标。电梯匕行超速保护装置是种能可靠制f 亨电梯超速e 行的安全部件，2 0 0 5 年国家强制要求在电梯e 装设此安全部件，因此电梯上行超速保护装置及其检测系统的研发都 迫在眉睫。 根据电梯上行超速保护装置夹绳器样机的工作原理和结构特点，以及电梯制动要求，在对 夹绳器的动力学分析基础匕本课题提出了电梯上行超速保护装置的检测方案。本课题将可拓 检测技术和虚拟仪器技术应用到检测系统中，成功地设计出套商陛能、多功能的电梯e 行超 速保护装置专用检测设备和软件。硬件设计中根据检测项雕要求选择了最佳的检测方法和相应 的传感器，并完成了智能传感器( 压力数显测量仪) 和基于u s b 接口的外置式数据采集( d a q ) 系统的设计。本文编制了虚拟仪器检、坝4 软件，以图形化语言l a b v i e w 为开发平台，实现了检测 系统的数据实时采集、实时分析处理，为检测系统提供了友好的人机界面。最后利用模拟试验 验证了检测系统的正确性和可靠性。 本课题所研发的检涣0 系统具有稳定可靠、操作界面好、试验效率高、自动化程度高等特点， 实现了对电梯上行超速保护装置夹绳器的多参量的质量陛能捡测。该系统可作为生产单位 和电梯检测机构的上行超速保护装置检测装置。 关键词：虚拟仪器；数据采集；可拓检测技术：夹绳器 论文类型：应用基础 西安建筑科技大学硕士学位论文 m s t u d ya n dd e v e l o p m e n to nd e t e c t i n gs y s t e mf o rt h ee l e v a t o r u p - d i r e c t i o no v e r s p e e dp r o t e c t i o nd e v i c e s p e c i a l t y ： m e c h a n i c a ld e s i g na n dt h e o r y p o s t g r a d u a t e ：z h uf a n f a n c o n d u c t o r ：p r o f r e nt i a n x i a o p r o f l i ux i n e n a b s r 嗽c t t h i sp a p e rf o c u s e so i lt h er e s e a m ho fas u i to fe f f i c i e n t l yd e p e r l d a b l e l ya n dt e c h n i q u ef o m a m r e r d e t e c t i o ns y s t e m , u s i n gf o rd e t e c t i n ga l lb p d i l e c t i o no v m v e 镬lp r o t e c t i o nd e v i c eo fe l e v a t o r t h e e l e v a t o ru p - d i r e 碰o no v e r s p e e dp r o t e c t i o nd e v i c ei sas a f ep a r t sf o rs t o p p i n gt h ee l e v a t o ro v c r s p d j l 鸩 i 1 1t h e u pd i r e c t i o n , a n di sa2 0 0 5n a t i o n a la n dc o m p u l s i v et h er e q u e s te q 血p t h eo n eo f 也es a f ep o r e o nt h ee l e v a t o r , t h e r e f o r ea st ot h ee l e v a t o ru p - d i r 倒d o no v e r s p e e dp r ) l l 蜘o nd e v i c ea n di t sd e t e c t i n g s y s t e ma r ed e v e l o p m e n to f l h eu l r n o s t u r g e n c y a c c o r d i n gt ot h ew o r kp r i n c i p l e m e c h a n i c a ls 岫，曲聪c h a r a c t e r i s t i c so ft h em p e # p p e r s p r o t o t y p ea n dg i v e nr e q u i r e m e n to fs t o r r p 吨t h ee l e v a t o r , t h e l e a s 啉p r o j e c to ft h ee l e v a t o r u p - d j r e a j o n o v e r s p e e d p r o t e c t i o n d e v i c e i s l x t r p o s e d , t m e d o n t h e d y m i l l i c s a n a l y s i s o f t h e r o p e g r i p p e r t h i sp a p e ra p p l i e s 。咖i c sa n dd 幢击n gt e c h n o l o g ym a dv i r t u a li n s t n m l a a _ tt e c h n o l o g yi n t ot h e d e t e c t h n 4 js y s t e n _ l ，s u c c e s s f u l l yd e s i g n i n go u d n gal l i 曲p e r f o r m a n c e , m a n yf u n c t i o n sd e t e c t i n g e q u i p m e n t sa n ds o f ! t a , v f l eo ft h ee l e v a t o ru p - d i r e c t i o no v e r 删p r o t e c t i o nd e v i c e i nt h ed e s i g no f h a r d w a r e , t h e 叩血1 1 a l 矗向西i 坞m 朗s 啪a n dc 0 撙剪姗她s e n s o r s 黼s e l e c t e db a s i n go nt e q u e s t so f t h ed e t e c t i n gi t 瞪n , i n t e l l e c t u a ls s o r 傩舀试p r e s s u r ei n s m m a e n t ) a n df t no u t s i d ep l a c et y p ed a t a a c q u i s i t i o n ( d a q ) s y s t e mb a s e do i lu s bi n t e r f a c e md e i g n e di nt h es , 砒n et i m e t h i st n g j e rh a sa l s o d e v e l o p e dt h ed e t e c t i n gs o t t w i t mo f v i r t u z di l s l w n e n tw i t ha b ep l a t f o r mo f t h eg a g h i cp r o 掣 a m r m g l 锄g u a g e - l a b v i e w , w h i c hh a s t e s td a t a sr e a l - t i m es a m p l i n g , a n a l y s i sa n d p r o c e s s i n g t h es o t h d l l e p r o v i d e sf r i 瞰d l ym a n - m a c h i n ei n t e r f a c ef o rt h ed e t e c t i n gs y s t e n lf i n a l l y , t h i sd e t e c t i n gs y s t e mh a s v e r i f i e da c c t n a c ya n d d e t m a d a b i l i t yb yu s i n gi m i t a t ee x p e r i m e n t t h es y s t e mt h a td e v e l o p e db a ss u c ha d v a n c e sa sh 砷嘲b i l i l ya n dd e p e n d a b i l i t y , f r i e n d l y o p e r a t i o n 硫嗽h i 曲t e s t i n ge f f i e i e r l c y , h i g hd e g r e eo fa u t o m a t i o n , w h i c hh a sr e a l i z e dm a n y p a r a m e t e rq u a n t i t yf u n c t i o nn 坨a s mo f 恤e l e v a t o ru p - d i j e c - c d o no v e t s r ) e e dp r o t e c t i o nd e v i c ei tc a nb e u s e da sd e t e c t i n ge q u i p m e n to ft h ee l e v a t o ru p - d i r e c t i o no v e r s p e e dp r o t e c t i o nd e v i c ei np r o d u c t i o n 强安建筑科技大学硕士学位论文 m a n u f a c t u r e sa n de x 撇砌】1 9o r g a n i z a t i o n s k e y w o r d s ： t l a e s i st y p e v i r t u a li n s t r u m e n t , d a t a a c q u i s i t i o n , e x t e n i c sa n dd e t e c t i n gt e c h n o l o g y r o p eg r i p p e r a p p l i c a t i o nf o u n d a t i o n 声明 y8 4 1 7 1 5 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：朱皤皤 关于论文使用授权的说明 日期：2 彩辱1 8 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩e p 或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：朵皤祷导师签名：富j j 未艮日期：z 卵f 年1 y 注：请将此页附在论文首页。 西安建筑科技大学硕j 。学位论文 1 绪论 电梯是高层建筑必需的垂直运输设备，也是目前唯上下运行的交通工具。随着社会的不 断发展和现代化程度的提高，高楼大厦越来越多，电梯已成为现代社会生产、生活中所不可缺 少的种公共交通运输工具。 我国的电梯事业在改革开放以后得到了迅猛的发展。目前，我国的电梯生产厂家已达3 0 0 余家，年产量约1 1 万台，全国的电睇拥有量超过了5 0 万台，并以每年1 7 的速度递增。随着 国民经济发展电梯将是日常生活不可缺少的交通工具，因此电梯的质量已是人们关注的焦点。 在电梯运行中，由于控制失灵、曳引力不足、制动器失灵或制动力不足以及超载拖动、曳引绳 断裂等原因都会造目留丽超速和坠落。据国外有关专家统计，电梯每运行8 3 亿次，发生1 次 如失控撞顶，超速坠落等重大运行事故，而近年来我国在用电梯的冲顶事故每年都有数起发生， 因此有必要在电梯上装设上行超速保护装置。 电梯的结构复杂，种类齐全，规格繁多，按其驱动方式不同可分为：摩骡曳引驱动、强制 卷扬驱动、液压驱动以及直线电机驱动、沿导轨摩擦驱动等几大类。目前，社会在用占有量最 多、每年新装交用最多的是曳引式电梯。在曳引电梯的众多安全问题中，其中电梯轿厢和对重 的坠蒲会绍乘客造成严重伤害，而超速是坠落的前兆，所以对轿厢运行速度的控制是保证乘客 安全的最重要的措施之一。目前，下行超速保护装置已相当完善，有限速器、安全钳、缓冲器 等保护装置，但e 行超速保护在技术标准中没有专门规定，电梯企业对其研究较少。 实际匕在不少i 青况下电梯会出现上行超速的安全隐患：( 1 ) 制动器部件如销、轴、闸瓦、 制动臂等损坏：( 2 ) 由于主机润滑油等液体滴落在制动轮表面，或者因制动轮与闸瓦过热，导 致制动能力下降或丧失；( 3 ) 主机机械部件如轴、齿轮、蜗抒、轴承等损坏；( 4 ) 电动机过热 烧坏；( 5 ) 电器控制系统故障；( 6 ) 制动器卡死不能正常制动；( 7 ) 动力电压异常波动导致电 梯超速。当电梯出现以上故障时，就有可能发生轿厢冲顶的安全事故。 为此，国家标准电梯制造与安装安全规范( g b 7 5 8 9 _ _ 2 0 0 3 ) 增加了上行超速保护的要求。 第9 1 0 条明确规定曳引驱动电梯e 应装设轿厢e 行超速保护装置。第9 1 0 11 条规定，轿厢上 行超速保护装置是安全部件，应根据f 7 的要求进行验证。国家质量监督检验疫总局司( 局) 函质检特函【0 0 4 1 2 9 号规定2 0 0 5 年1 月1 日按照国家标准电梯制造与安装安全规范 ( g b 7 5 8 8 - - - 2 0 0 3 ) 强制执行电梯验收工作。因此，对电梯上j 魂酸斟臌置的研究迫在眉睫。 西安建筑科丰是大学硕士学位论文 为了严格执行国家新标准电梯制造与安裂安全规范( 6 8 7 5 8 8 - - 2 0 0 3 ) ，2 0 0 4 年初，受r 海东芝电梯公司的委托，中国建筑科学研究院建筑l 械化分院决定研发一种新型电梯安仝部件 - 上行超速保护羲置，开发时日j 为一年。上行超速保护装置要求外形小而美删，通用性强， 安转位置灵活、安装方式多样，轿厢制停平稳可靠、响应时间短，易于调试和维修，经济效益 好。 在我国，由于检澳4 手段的相对滞后，在保障电梯产品的质量和安垒陛能力面还4 i 尽如意。 2 0 0 3 年1 3 月深圳市电梯质量监督局委托深圳市特种设备质量安全检测所对全市电梯中的 安全部件进行了监督抽查。共抽查了9 批次，其中限速器5 批次，弹簧缓冲器2 批次，液压缓 冲器1 批次，瞬时式安全钳1 批次。检验项目包括“型式检验项目”和“产品标识”两部分。 其中，综合判定合格的有1 批次，合格率为1 1 1 。此次抽查暴露出部分安全部件的质量与国 家标准的要求存在一定的差距。主要原因是产品标识不规范。本次抽查的9 批次安全部件样品 中，只有1 批次样品的产品标识符合要求；型式检验项目合格的有7 批次，合格率为7 7 蹋。 安全部件产品质量存在的主要问题有：1 、限速器动作速度不符合要求；2 、瞬时式安全钳承载 总允许质量小于标称值。 现代工程中考虑最多的两个因素是安全性和经济性，作为人类的重要运输设备之一，电梯 的任何不安全因素都是人们所不能容忍的。2 0 0 4 年初，中国建筑科学研究院建筑机柳讹分院基 于对e 述各类电梯e 行超速保护装置的优块点的比铳和国内外研究现状的综合考虑，决定研发 种作用于钢丝绳系统的电梯匕彳- 麟保护装置夹绳器，以添补国内空白，而对其的检测 国内外还没有可用的试验堤备。 目前，我国对电梯检测技术的研究是略为薄弱的环节，针对我国电梯检测的现状，研发一 套可靠高效的电梯上行超速保护装黝系统具有非常重要的意义。在项日研究过程中，为保 证电梯l 行超速保护装置各部件及整机结构设计理论的正确性，并不断进行新理论的探讨，需 安研发套高效而精确的检洌4 系统来动态地检测e 行超速保护装置的性能。即通过试验检测电 梯上行超速保护装置各主要部件和整机结构的性能是否满足国标和使用要求，通过数据分析来 评定电梯h 行超速保护装置的制动效果、确定制动特点和各部件间参数的内在联系，以便不断 地改进和优化结构设计。更具实用价值的是，本检澳燥统还可作为电梯厂家或夹绳器嶝商在 产品投入使用前的专用质量检验装置。 大约在1 9 8 5 年美国a 7 标准委员会和加拿大b 4 4 标准委员会开始探讨研究向上超速保护 装置的可能性。与此同时，在欧洲特别是德国也针对电梯l 行超速的保护问题展开了讨论。1 9 9 0 年加拿大电梯规范中要求：钢丝绳曳引电梯要加装辅助安全装置以防【e ：行超速。欧洲的 年加拿大电梯规范中要求： 日丝绳曳引电梯要地装辅助安全装置以防止上行超速。欧洲的 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 e n 8 1 1 电梯标准在1 9 9 8 版本第9 1 0 条的内容中明确要求，曳引驱动电梯应装设符合条件的轿 厢j 二行超速保护装置，其中9 1 0 1 9 1 0 1 1 条对其条件作了具体阐述，同时在标准的附录f 7 中也给出了孩装置的型式试验k 证规程。 目前，荷兰曾开发出一种机电气动钢丝绳制动器；1 9 8 7 年德国b o d e 电梯有限公司 生产了种气动钢丝绳制动器，随后，美国h o l l i s t e r - - w h i t n e y 电梯公司研制出机电液压式 钢丝绳制动器。但这些由电气、液压、气动操纵的钢丝绳夹绳器大大增加了该装置自身发生失 效的可能陛，而且结构较为复杂，成本也相对偏高。因此，电梯e 行超速保护装置不易采用由 电气、液压、气动操纵的装置来操纵的钢丝绳夹绳器，而应采用诸如弹簧等可靠性高的类似结 构的夹绳器。 根据国标6 8 7 5 8 护- 2 0 0 3 第9 1 0 4 规定，轿厢上行超速保护装置应作用于：轿厢：或对重； 或钢丝绳系统( 悬挂绳或补偿绳) ；或曳引轮( 例如直接作用在曳引轮，或作用与最靠近曳引轮 的曳引轴轮上) 。可见，e 行超速保护装置的作用方式较灵活，有如下，1 种类型：a 在轿厢上装 设双向限速器安全钳：这套技术比较成熟，但其双向提拉饥构的误动作较多，而目装设这 套系统需修改轿厢尺寸，不适合在用电梯。b 在对重芒装设限速器安全钳系统：这套装置是 最容易实现的。与现有的轿厢下行安全保护装置所用的限逮器和安全钳的型式和作用方式一样， 不需再开发新型部件产品。但在对重匕加装这套装置会使整个电梯系统结构复杂化，井道内的 布置更为困难，而目对重的配装实心t 型导轨，i 谳高了电梯系统的成本。c 曳引轮制动器： 它只能间接制动超速的电梯轿厢，作用有效的前提是曳引轮的曳引力正常，同时，它的安装受 到曳引机结构的影响，故i 恿用性不高。d 钢丝绳制动器( 夹绳器) ：安装位置灵活方便，通用性 高，不但可以用于新装电梯，也适用于在用电梯的加装改造。目前，国内市场上仅出现了前三 类电梯e 行超速保护装置。基于第四类钢丝绳制动器( 以后简称夹绳器) 的优点，它必将成为 电梯e 行超速保护装置发展的主流。 尽管今天电梯上行超速保护装置已引起了广泛的重视，但目前国内外还没有专门的检测装 置，而与其相应的检濒姻不健全、不规范，检漠j j c l , - l t 、手黼是国内外共有的特点，而且 严重制约了电梯上行超速保护装置产品技术的快速发展。 电梯技术发展如此迅速，当然主要依赖于现代科学技术的发展，其中也包括电梯捡汝9 技术 的不断发展这一重要环节。为了保障电梯安全、可靠、正常运行，电梯的检测不能停留在用简 单的量具与仪器按现行标准的要求作合格与不合格的判定，其检测技术应具备如下特点：1 提 高检测数值的精度、降f 氐测量系统的不确定度、提高检测值与实际真值相符的有效陆。2 扩展 检测诊断与检测预报功能及提高其功能技术水平。3 加强检测技术的研究开发模拟、无损害检 西安建筑科技大学硕学位论文 测技术。4 提高检测技术为电梯开发新技术的服务意识与服务效果。基于上述几点发展趋势 可拓检测技术和虚拟仪器技术将在电梯检测技术中有很大的应用空间。 1 3 1 检测系统的发展 检测系统的发展可分为四个阶段，即模拟检测系统、数字化检测系统、以计算机为杨心的 智能检测系统和以软件为杨心的虚拟检测系统。【目【4 伸j 【4 4 1 模拟检测系统是2 0 世纪5 0 、6 0 年代出现的模拟仪器，如以电磁机械式为代表的伏特表、 安培表、电能表、压力表、温度表等和以电桥电位差计等代表的磁电式模拟仪表以及以电子管 或晶体管为基础的电子仪器，如电子式万用表，电子式电压表等，其主要特征为响应速度快， 准确度较高。这些般基本上解决了般物理量的测量问题。 数字化检测系统是2 0 世纪7 0 年代出现的，它将电子技术、控制技术、集成电路和i , - t g - 机 技术融为一体，成为测量仪器的主要特征，测量过程的程序t e 控制，以及不同仪器之间的通讯 并形成个测量系统。如数字式万用表、数字式频率计等，适用于陡速响应和较高准确度的测 量。 智能检测系统是2 0 世纪7 0 年代后出现的以微处理器为杨心的智能式仪表，其具有了控制、 存储、运算、逻辑判断及自动操作等智能特征，并在测量的准确度、灵敏度、可靠性、自动化 程度、运用能力及解决澳0 量技术问题的深度和，懒方面均有很大进步。这类仪器内置有微处 理器，既能进行自动测试，又能处理数据，它的功能模块全部都是以硬件( 或固化的软件) 的形 式存在，因此无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。 虚拟仪器检测技术是2 0 世纪8 0 年代出现的新型技术。它综合运用了计算机技术、智能测 试技术、模块瓦总线的标准化技术、数字信号处理技术、图形处理技术及高速专用集成电路制 造技术等。虚拟仪器是利用图形化编程语言( g 语言) 在计算机e 开发的种仪器，是仪器发 展史上的场革命，代表 剥佥测系统发展的最新方向和潮流。 1 3 2 虚拟仪器技术 虚拟仪器( v m u a l i n s m m a e n t ) 是指通用计算机e 由用户设计定义，利用计算机显示器( c i h ) 的现实功能策陵拟传统仪器的控制面板，以竞咕猫号的采集、测量、运算、分析、处理等功能 的计算机仪器系统。 虚拟仪器结合了简单易用的图形式开发环境和灵活强大的编程语言，为使用者提供了一个 赢觉式环境。在软件开笈平台上，用户可以根据自己的需求，附嘶欲地组织仪表的前面板， 然后通过编程，就可以组成一个检测与控制系统。虚拟仪器的前面板界面类似于实际仪器的操 4 西安建筑科技大学硕士学位淦文 作面板，前面板的图标都是一些功能模块。虚拟仪器或虚拟系统就是建立在标准化、系列化、 模块化、积木化的硬件与软件平台的一个完全开放的仪器集成系统。它彻底打破了传统检测设 备由厂家定义，甩户无法改变的模式，通过应辟j 程序将计算虮与功自斟也模块结合起来，用户可 以运过友好的图形界面来操作这台计算机，就象操作自己定义、自己设计的一台荤个仪器，根 据自己的需求设计自己的检测系统，从而完成对被测信号的采集、分析、判断、显示及数据处 理等。1 4 2 5 肼1 2 0 世纪8 0 年代中期，美国国家仪器公司( n a t i o n a li r l s l 叽l m e n t ，简称n i ) 首先提出了“软 件就是仪器”( t h es o t t w a a - ei st h ei n s t r u m e n t ) 这一虚拟仪器的概念，并且不断研制和推出了基 于多种总线系统韵仪器。虚拟仪器技术发展至今，已在电子澳8 量、电力工程、物矿葛请架、 医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等渚多领域得到了厂泛应用。据“世界仪表 及自动化”杂志预测，未来的v i 完全可以覆盖计算机辅助澳怖的全部领域，几乎能替代 所有的模拟检测设备，将成为检测仪器的主流。 目前，虚拟检测技术已成为发达国家的研究热点。我国对虚拟仪器的研究是从9 0 年代中期 开始的，至今己有很大的进展。我国正处于科学技术蓬勃发展的新时期，仪器设备的需求量非 常大，但高档仪器主要靠进口。据统计，1 9 9 5 年我国就进口电子测量仪器7 3 5 万台，价值达 3 2 亿美元，耗资巨大。我们应当充分把握时机，取长补短，学习国外先进经验，将我国的虚拟 仪器产业水平逐渐向先进国家靠拢，改变检测仪器技术领域的落后现状。【2 8 ”4 1 随着计算机技术的飞速发展、信息处理技术不断发展完善，检测技术得到快速发展，同时 出现了许多新的问题有待研究，有很多是传统方法难以解决的问题。相对的信息检测技术成为 制约信息技术的瓶颈，并影响到许多技术的进步发展。检测技术与可拓学结合的可拓检测技 术近年来迅速发展为检溟0 技术发展开辟新的途径。 可拓检测技术就是利用可拓学的物元概念及相关方法，从矛盾转化去研究检测技术，以解 决无法检测的物理查封佥测问题。可拓学诞生于1 9 8 3 年，由i 訇家级有突出贡献专家蔡姗究员创 立的以物元分析为基础的可拓学，经过2 0 余年的蕴育、奠基与开拓，已引起国内外学术界的广 泛关注。可拓学是门新的学科，它是以研究物元理论和可拓集合理论为基础，其发展历程主要 经过了3 个阶段。1 “ 第一个阶段是孕育阶瞰1 9 7 6 1 9 8 3 ) ，提出了研究事物的可衔性和处理不相容问题i 塞卜方向， 以1 9 8 3 年“科学探索学报”发表“可拓集合和不相容问题”文作为标志。 第二阶段是初0 阶瞰1 9 8 3 1 9 9 2 ) ，初步确定了学科的研究范围，必须采取的研究范畴，解 决问题的技术手段和研究途径，形成了解决问题的初步方法。这一阶段以出版“物元分析”和 西安建筑科技大学硕士学位论文 “物元模型及其应用”两书为标志。 1 9 9 3 年丌始，新学科的创建工作进入了第三阶段，这一阶段完成的任务是对前两阶段提出 的理沦系统化，阐明物元分析与临近学科的关系，论证新学科的特殊研究对象、特殊研究方法 以及新学科的独特意义。第三阶段期间，将对近2 0 年来从可拓集合论到物元理论的研究进行系 统化，完成可拓论的理论体系，阐明可拓学在科学殴堂中的位置，论证它的特殊意义，研究它 的应用方法，并逐步朝着软件化、硬件化、智能化的方向前进。可以预料，可拓学在2 1 世纪会 发挥越来越重要的作用。 可拓检测技术是一门以系统科学、思维科学和数学交叉的边缘新学科，以研究事物可拓创 新的可能性和开拓的规律与方法，目前在新产品设计、企业规划、过程腔制、识别与评价、技 术科学与人工智能等诸多方面都有着广泛的应用。可拓检测技术目的在于解秽瑚测的两个问题： 实现无法检测信息的正常检i 贝l | ，这主要是5 传感器的设计和应用入手。传统的传感器设计方 法是为了对可测物元进行检测，如：温度、质量、加速度、湿度等物理量。而可拓检测的设计 思路则是从转化的角度入手，化不可测量为可狈量如本课题中的待测物理量动摩擦系数的 测量，设计出综合、实用的传感器；提高检测信息的精确性，这主要是对检测到的信晰 分析处理。现代信亩a 盘澳忏0 用多传感器信息综合处理技术，以求取得更可靠、更精确的信息， 但仍未取得理想的结果。而可拓检测中也存在着量值分散性的问题，所以需要用物元聚焦的方 法，把干扰噪声滤去，取出准确的量值，在通过物元显影方法，判断检测结果的可信度，以确 定最后检测结果的精确度。可拓检凝0 技术对信息的f 佥测方法、信息的检澳啼激传感器的设计 等问题提出了新的思想方法。其在信息俭澳4 领域中有着良好的应用前景，在传感器的设计和应 用中起着指导眭作用。 本项目所开发的电梯上行超速保护安全装置夹绳器是种新型的电梯安全部件，又称 钢丝绳制动器。综合该项目开发需求和国内外电懒4 技术的发展现状，本课题的目标是研发 套商性自骶成本的电梯e 行超速保护装置硼器性自抟用检测系统。现将电梯e 行超速 保护装置检测系统研发过程中的主要研究工作总结如下： 1 ) 针对现有电梯上行超速保护装置的现状，以夹绳器为研究对象，详细认真的学习了多传感 器技术、智酐喇礅沭、可拓检测技术和虚州义器技术等先进的新检测技术，并成功的应 用于电梯匕行超速保护装置的检测系统。 2 ) 在对夹绳器结构方案、工作原理和动作过程分析的基础匕i 臣过对夹绳器制动过程中承载 的详细分析，并依据电梯使用要求标准，最终简化出受力曲线模型；同时应用可拓检测技 术确定待检测参量，提出了夹绳# s 检测系统的检测方案。 西安建筑科技大学硕士学位论文 3 ) 依据电梯上行超速保护装置的研发要求，通过充分的调查研究，完成了夹绳器检测系统组 成的总体设计，主要包括：电磁铁承载疲劳和拉、压力及动作响应时间试验设备、弹簧性 能测试设备、制动摩擦片动摩擦系数l 钡啦式没备、整机| 兰e 能测试设备、数据采集器和p c 计算 机， 4 ) 夹绳器检测系统硬件平台的设计。通过对检测技术，数据采集与处理技术，动态测试技术， 测试系统动力学，传感器原理，传感器电路，传感器的匹配，信号处理电路，信号的传输 和抗干扰设计的探讨研究，完成对数据采集器，压力传感器、拉力传感器、速度传感器、 位移传感器、温度传感器和智能压力传感器的设计选择。 5 ) 选择ia 矾程w 图形化编程语言为软件开发平台，采用先进q 虚拟技术，对检测系统的软件 进行了模块化设计，通过软件编程的手段精确、简单的实现了数据硬件电路的数据处理功 能。本套软件系统具有对检测量的数据实时采集、分析、存储的功能，即能实时澳怖湿示 波形，又自旨字储和回放测试波形，完美的实现了多通道的数据采集与处理。 6 ) 课题最后利用本检测系统对夹绳器样机进行了实际试验检测，通过试验及理论计算分析， 验证了所研发的多功目融金澳8 系统的优良性能；通过对实验结果的分析，从而表明了该检测 系统的合理眭和稳定可靠陛。 西安建筑科技大学硕士学位论文 本章对夹绳器样机结构和其工作原理进行了分析，并依据电梯使用要求标准，结合电梯运 行工况，建立了夹绳器各机构的力学模型和进行了动力学分析。在此基础上，合理的确定了夹 绳器的检测参量及其检狈0 方案。 基于目前夹绳器在国内外的研究睨状，我们采用美国 i o l l i s t e r _ j w h i 恤呵电梯公司研制出机 电液压式钢丝绳制动器的结构形式。该装置的结构特征：主要由动制动板、静制动板、压 缩弹簧、夹绳器侧板、杠杆机构、凸轮机构、电磁线圈、扳击机构和液压缸组成。两根连杆一 湍连接动制动板，另一端连接穿有两根施力弹簧的滑动主轴已滑动主轴可在一弧形槽内滑动， 它的滑动通过两连杆带动动制动板移动，达到夹紧或释放曳引钢丝绳的目的。当电梯正常运行 时，即该装置在未动作之前，施力；单簧处于压缩状态，弹簧的弹力最大，用个小的电磁线圈 和扳击机构来维持制动块的位置。切断电磁线圈的电源，动制动块就能把钢丝绳夹在两块制动 块之间。复位时，由液压缸给弹簧加载来压缩弹簧，使动制板远离静制动板。 考虑至n 美国h o l l i s t c r - - 慨y 电梯公司研制的钢丝绳带橱下缺点：未制动时钢丝 绳靠近静制动板，长久会磨损钢丝绳；制动时动制动板向静制动板移动，移动距离较长，直 接影响电梯制动距离和制动时间；制动板是平面，钢丝绳与制动板间是线接触，夹紧力的获 取效率较低；复位装置是液压缸，长时间易失效，且结构复杂，安装方式和位置受到很大限 制。针对上述问题，我们作了如下技术改进和结构优化。 1 ) 采用双侧制动，即钢丝绳在两块平行可动的制动板的中间位置，在夹绳过程中不改变曳引 钢丝绳中心，并且动作更迅速； 2 ) 最优化的传动机构设计，制动效果稳定，即便摩擦片磨损，仍可保持厦定的制动力； 3 ) 结构紧凑，在同等制动能力的条件下，体积较小，很好的适应了许多安装空间紧凑狭小的电 梯梯种的要求： 4 ) 电气触发方式，对单向限速器亦适用，安装方便，通用性、灵活性强； 5 ) 独创触发机构，触发动作极其稳定可靠。触发机构经过反复实验，由挂钩形式改为杠杆机构 的扳击形式，这样解决了原来易脱钩目触发力大的问题； 6 ) 采用特殊无石棉制动材料，在制动过程中既具有较强的带4 动能力，又能够保护钢丝绳不被磨 西安建筑科技大学硕寸、学位论文 损； 7 ) 制动板面上开槽沟，其数目、形状与钢丝绳数目，直径大小相对应，所以钢丝绳与制动面板 是面接触，提高了夹紧力的获取效率； 8 ) 复位采用手动复位，设计专用复位扳手，省力、简单决捷、操作方便； 9 ) 功能完备，b 使在系统停电的情况下，依然可以继续正常工作，即无超速信号不夹绳，电梯 上行超速时仍可正常夹绳。 本套电梯上行超速保护装置包括钢丝绳的夹持机构，触发机构和复位机构。样机结构原理 如图2 1 所示，主要由机架、夹绳机构、触发系统、复位系统和电气系统组成。 图2 1 样机结构原理图 结构特点：由平行可动的两制动板，固定在挡板e 的四个导柱，导柱上设置有平衡弹簧， 图2 2 夹绳器样机 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 其作用是始终保持制动板平行，在制动过程中可保证钢丝绳受力均匀，摩擦片损耗均匀，轿厢 制动平稳，以及固定在两制动板旱侧的摩擦片和外侧的推、拉杆组成了夹紧机构。钢丝绳从两 摩擦片之间穿过，推、拉杆一端与制动板铰接，另端与机架侧板上的弧形槽内滑动的滑动主 轴铰接，滑动主轴被固定在底部的储能弹簧拉结，并与触发机构连接。触发机构由触发电磁铁， 电磁铁衔块，触发连接块，钩板，拉杆组成。其实物图见图2 2 。 当电梯超速e 行时，限速器发出轿厢运行超速的信号，触发电磁铁失电，使触发机构中的钩板 脱钩，穿有压缩弹簧的滑动主轴解除约束，并在弹簧力的作用下，沿弧形槽滑动，滑动主轴的 滑动通过外侧拉杆拉右侧制动板，同时通过内侧推俐隹左侧制动板，使两制动板迅速相互靠近。 通过钢丝绳与两制动摩擦片间的摩擦力来夹持钢丝绳，最终达到制停超速运行的轿厢。复位时 通过复位扳手手动迅速压缩弹簧，使滑动主轴处于弧形槽的底端，两制动板远离钢丝绳从而达 到释放钢丝绳的目的。夹绳器工作原理框图如图2 3 所示。 制动原理 l 愀失电 l 触发机构动作 i 夹紧机构动作 i 夹紧钢丝绳 l l 轿厢停止 复位扳 复位原理 弹簧加载 夹紧机构复位 j 松开钢丝绳 i t 触发机构复位 i 电磁够绱电 图2 _ 3 夹绳器工作原理框图 1 夹紧机构与工作原理 夹紧机构结构篱图如图2 v 4 所示，在蓄能弹簧的弹力作用下，滑动主轴可沿机架弧形滑槽 内滑动，它晰剜脚通过内捌千推动内制现黼栅程导柱上向夕阳行，同恻b 拉杆拉 动外制动块沿机架导柱向内滑行，使两制动块相向运动，5 而达到夹持曳引钢丝绳的目的。通 过钢丝绳和固定在制动板上的摩擦片间的摩擦力来达到减速、制停超速运行的轿厢。 2 触发机构与工作原理 1 0 西安建筑科技大学硕士学位论文 触发机构是一种灵敏可靠的结构，它既可以稳定地锁定夹绳器的触发能量，又能够被电磁 铁以极小的力解除锁定状态。如图2 5 所示，当限速器发出超速信号时触发电磁铁断电，使电 磁铁衔块弹起的同时带动触发连接块向上运动，使钩板脱离触发连接块中的滚柱，解除了挂在 滑动主轴上拉杆的约束，使滑动主轴得到释放。 蔓 制神板 图2 4 夹紧机构结构简图 玉复位机构与工作原理 图2 3 触喏猢 目前，复位机构有如下几种： 液压复位：通过液压系统给储自静自簧加载。优点；节省人力，属自动复位；缺点：结构 复杂，体积庞大，价格昂贵，长久置放可靠性差。 气压复位：用一压缩机，通过气体压力来压缩弹簧。属自动复位，结构复杂，稳定性差。 机械复位：手动复位，机构简单，操作灵活，可靠性好，减少整机体积。 作为电梯的安全部件，要求其可靠性好，考虑e 述三种机构的特点，本装置采用机械复位。 它采用螺旋传动原理，复位时，用复位扳手旋动复位螺母，从而推动滑动主轴压缩蓄能弹簧， 达到复位目的。 为了便于进行夹绳器的结构优化和性冉酎佥测，根据夹绳器的结构特点和工作原理，通过建 立简单的动力学分析模型来确定检测系统的检测参量。 1 整机性能的检测参量 西安建筑科技大学硕：j ：学位论文 国标7 5 8 8 - - 2 0 0 3 附录f 7 规定电梯上行超速保护装置 对以下物理量j 立进行型式试验：加速度、速度、制停距离。 其中加速度是最关键的物理量，通过建立电梯系统动力学 模型，进行动力学分析来寻求提供加速度的参量，其动力 学模型如图2 6 所示： 电梯制动过程分为两个阶段： 1 电梯动力系统断电即h 嘶卸，夹绳器制动板处于空 行程，即m b = o 。 其中，m 。一电梯额定输出力矩 m ) ；坞夹 绳器的制动力矩( n 。m ) 2 电梯动力系统断电即h 锄印，夹绳器制动板夹紧钢 丝绳的过程，即m b o 。 用动能定理求解电梯制动过程中的加速度： d a t = 融彬 ( 2 1 ) 其中，a 丁2 圭( m 。+ 搬。+ v 2 一o 妒= o _ 【( 辫。一g + 警体 式中，挣o 轿厢端等效质量( k g ) m 矿书厘端等效质量0 嘞 厶蝴j 曳引轮上的转动囔勤对m 2 ) v 限定电梯黻( m s ) r 曳引轮的半径( m ) 把丁、矽带入( 2 1 ) 式，同时两边同时除以 i t 可得 ( 聊。+ 宁j mv 等刈i n c a r - - t r i o , ) g + 争警 即 ( + 掰。+ 等) 口一( 一) g 一警 由此可得出电梯带惰帧朔 呈中轿厢的加速度表达式如下： 4 fl 7 系境处于空载轿鼯上秆超速运符状态 图2 6 电梯系统动力学模型图 ( 2 2 ) 兰等 芸 忙 西安建筑科技大学硕士学位论文 制动过程中第一阶段的加速度表达式为：见= 制动距离( 空行程) 表达式为：_ = w + 妄q f ，2 ( t i 夹绳器接收到超速信号至开始作用于 钢丝绳的时间段，即夹绳器的响应时间) ( 州。，一聊。) g + 生拿 第二阶段加速度的表达式为：d ：= 一 栅。+ 等 夹绳器开始作用时的速度表达式为：v o = v + a l l l 制动距离为：s ：! ：；堕 z 口2 制动过程中轿厢总行程为：j = s 1 + 乳 ( 2 3 ) 因此，影响制助距离的主要参数是吣小哆a 对部具体电梯而言，、山、r 都是定值。影响轿厢制动加速度、速度和制动 距离的直接因素是夹绳器的制动力和响应时间。为了防i 鹾酸睁稠冲顶，轿厢制动距离越小越 好；同时考虑到电梯的舒适性等因素，国标规定轿厢制停加速度不得大于1 9 。因此，在进行夹 绳器设计时，首要需合理地控制、设计夹绳器的制动力和响应时间。 五关键部件的检测参量 由夹绳器结构及工作原理可知，影响制约夹绳器制动力和响应时间的关键部件是夹绳机构 和触泼杰f 【构，以f j 盈过力学分析嗍定其捡：i 受9 参量。 1 请动力的计算分析 由夹绳机构结构特点及工作原理，现分另0 以渭动主轴和两便雌镕腓为研究列象，刑 驻生行 受力分析。 记弹簧弹力为f ，滑动主轴受外侧拉杆拉力为t ，受内侧推杆推力为n ，受导槽壁压力为 ，受导槽摩擦力为z ，对于滑动主轴其受力参照分析图如图2 7 ( a ) 所示，贝【f 哿： l t c o s a i + 五s i l l l 2 4 + n cc o s t z 4 一n c o s 口2 一只c o s , 口32 0 ( 2 4 ) 只s i n a 3 + t s i n a l + n 。s i n a 4 一n s i n a 2 一石c o s 0 42 0 ( 2 5 ) 2 1 虬 ( 2 6 ) 对于外呗0 擂阪受到外部拉杆拉力为f ，导槽支撑力为虬，钢丝绳昕受夹紧力b ( 或称为 夹绳力、受力图如图2 7 ( b ) ，有： 堕厶百 世 + 里 m 二m 竺 + 鱼 西安建筑科技大学硕士学位论文 图2 7 妇煳主轴受力图 可得 e = t ( c o s 0 r 1 一2s i n a l l ) 其中t = t 对内侧侧推板有 可得 图2 7 ( b ) p 卜便唰魂延黾力图 巧= n 1 ( c o s 2 2 一t 2s i n a 2 ) ( 2 8 ) 因日= 彰t = t n = n 由式( 2 7 ) ( 2 8 ) 可得： n ：竺坠二单丁 c o s 口2 一2s i l l 口2 令j j ：c o s o t 1 - - g 2s _ i n t z i c o s g 2 一j 2s i l l c l 2 则：n = k t 代入( 2 1 ) ( 2 2 ) 并化简得 ( 2 7 ) n 4 图2 ，7 ( c ) 内但蝴额受力 ! 竺! 竺! 二墨! ! ! 竺! r 一 ! ；! 竺! 竺i + ! ! ! ! 呈! + ! 竺竺! 二! ! 竺竺2t ：0 1s i n l 2 4 + c o s 口4u 1s i n e z 4 + c o s 嘞 一s i n 口4 + lc o s 口4一s l n c t 4 + , u lc o s 口4 令：m ，：竺粤兰! 堕+ 里竖兰兰警 ls i n 口4 + c o s a 4 1c o