孙学礼 黄国健 刘英杰 何山 彭启凤 刘文琴

（广州特种机电设备检测研究院研发中心）

一种无载荷的电梯超载保护装置检验方法*

孙学礼 黄国健 刘英杰 何山 彭启凤 刘文琴

（广州特种机电设备检测研究院研发中心）

我国现行的法规要求，电梯年检、新装电梯验收都要进行超载保护装置检验，而现行检验方法存在效率低和成本高的问题。在分析电梯超载保护装置结构的基础上，提出一种无载荷的电梯超载保护装置检验方法，利用液压或电机模拟产生轿厢载荷，触发电梯超载保护装置动作，验证超载保护装置的有效性。该方法适用于绝大多数的曳引式电梯，测量过程无需载荷，简单便捷。

电梯超载保护装置；曳引式电梯；无载荷

0 引言

超载保护是电梯的一项重要安全保障。电梯生产厂家根据电梯的额定载重量设计相应的变频器、曳引机、轿厢和对重等。当实际载重超过额定载荷时，会增大电梯故障甚至事故的发生概率，轻则可能出现电梯平层精度差、各部件损坏速度加快、轿厢变形等；重则可能出现电梯下行速度加快、安全钳制停失效而导致电梯坠落，造成机毁人亡的严重后果[1]。

2013年至2015年，我国每年新装电梯分别为：63万台、71.6万台、76万台，呈逐年递增趋势。截止2015年底，我国电梯保有量突破400万台。TSG 7001-2009《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》中规定，新梯验收、旧梯年检时需进行超载开关验证。质检总局印发的《电梯施工类别划分表》明确规定，电梯重新装修或加装空调属于改造，需对超载开关重新调整。现行的超载开关验证法为有载验证，过程需搬运砝码，费时费力，尤其在电梯年检时，超载装置的有效性很难得到验证。因此，本文在对现有超载装置常见类型研究的基础上，提出一种无载荷的超载保护装置检验方法，可准确、快速地验证电梯超载装置的有效性[2-5]。

1 电梯超载保护常见类型

按电梯超载装置的位置不同，可将超载保护装置分为轿底称重式、轿顶称重式和机房称重式3类。

1.1 轿底称重式

轿底称重式超载装置位于轿厢底部，通常采用橡胶垫作为称重元件，橡胶元件固定在轿厢底盘与轿厢架固定底盘之间。当轿厢超载时，轿厢底盘受到载重的压力向下运动使胶垫变形，触动微动开关，切断电梯相应的控制功能。轿底称重式超载保护装置如图1所示，超载保护装置设有3个微动开关，分别为轻载开关、满载开关和超载开关。当超载开关动作时，电梯停止运行，保持开门，并给出警示信号。微动开关通过螺栓固定在活动轿厢底盘上，调节螺栓就可以调节载重量的控制范围。

图1 轿底称重式超载保护装置

1.2 轿顶称重式

轿顶称重式以压缩弹簧组作为称重元件，在轿厢架上梁的绳头组合处设置超载装置的杠杆，当电梯承受不同载荷时，绳头组合会带动超载装置的杠杆发生上下摆动。当轿厢超载时，杠杆的摆动会触动微动开关，给电梯相应的控制信号。

1.3 机房称重式

机房称重式采用2:1绕法时，部分电梯超载装置装设在机房中。机房称重式超载保护装置如图2所示，其结构和原理与轿顶称重式类似。超载保护装置安装在机房的绳头板上，机房绳头板随电梯载荷的不同产生上下摆动，带动称重装置杠杆上下摆动。

图2 机房称重式超载保护装置

2 超载保护装置的检验方法及仪器研发

从上文可以看出，电梯超载保护装置虽具有多种形式，但都是利用称重原理，将轿厢的载重量通过称重装置，反馈给超载控制电路。而称重装置，是利用轿厢内载重量的改变所引起橡胶垫、弹簧压缩量的变化而进行测量的，或利用压力传感器直接称出轿厢重量变化。本文介绍的方法是通过向橡胶垫、弹簧施加力，模拟轿厢载荷进行超载保护装置的有效性验证。电梯超载开关检测仪如图3所示。

图3 电梯超载开关检测仪

定夹块及支架为一个整体，其中装有T型丝杆。T型丝杆由驱动装置带动旋转，动夹块通过螺纹连接在T型丝杆上。当丝杆旋转时，动夹块上下移动，动夹块前段装有压力传感器，用于测量所施加于橡胶垫或弹簧上的力。

2.1 超载保护装置位于轿底的检验方法

超载保护装置测试仪轿底作用示意图如图4所示。

图4 超载保护装置测试仪轿底作用示意图

当活动轿底装有载荷后，橡胶垫压缩。随着载荷的增加，超载保护开关/传感器与活动轿底的距离会逐渐缩短。当载荷加载到额定载荷的110%，且大于等于额定载荷75 kg时，超载保护装置动作，电梯进入超载模式。为模拟活动轿底装有载荷，在4个橡胶垫中选取2个对角橡胶垫，在其位置处同时施加压力。电梯超载开关检测仪的定夹块作用于活动轿底处，动夹块上的压力传感器作用于轿底支架。验证时，给伺服电机发送脉冲指令，2个对角的电梯超载保护开关检测仪同步动作，使活动轿底向轿底支架靠近，直至超载开关动作，读出该时压力传感器的值，即为电梯超载开关动作时，轿厢内所承重的重量。

2.2 超载保护装置位于绳头的检验方法

轿顶称重式与机房称重式，都是利用压缩弹簧触发超载保护装置动作的，超载保护装置绳头作用示意图如图5所示。

图5 超载保护装置绳头作用示意图

轿厢内装有载荷后，电梯曳引钢丝绳会带动绳头拉板向下压缩弹簧。随着载荷的增加，超载保护开关/传感器与绳头拉板的距离会逐渐缩短。当轿厢内载荷增加到额定载荷的110%，且大于等于额定载荷75 kg时，超载保护装置动作，电梯进入超载模式。为模拟轿厢装有载荷，在绳头拉板与绳头支撑板之间施加压力。电梯超载开关检测仪的定夹块作用于绳头支撑板处，动夹块上的压力传感器作用于绳头拉板。验证时，给伺服电机发送脉冲指令，2个对角的电梯超载保护开关检测仪同步动作，使绳头拉板向绳头支撑板靠近，直至超载开关动作，读出该时压力传感器的值，即为电梯超载开关动作时，轿厢内所承重的重量。

2.3 电动施力机构实现

由于电梯轿底、机房和轿顶都有220 V交流电源，电动施力机构选用伺服电机驱动、谐波减速机减速、T型丝杆传动的方案。伺服电机具有高速、高频度、高定位精度的特点，其位置控制模式，即以输入脉冲数来控制位置，以输入脉冲的频率来控制速度，可满足多个施力点同步。谐波减速机具有体积小、减速比大、承载力高的特点，适合检测工具便携性的要求。丝杆是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。而梯形螺纹牙根强度高、对中性好，相比其他的螺纹更耐磨，且螺纹升角小于5°时具有自锁功能，驱动装置无需制动装置[6]。

伺服驱动系统主要由三相交流伺服电机和伺服驱动器组成。采用位置控制时，为半闭环控制，即伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，再用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止。脉冲由微处理器STM32F103[7]产生。

谐波齿轮传动由内齿刚轮、柔轮和谐波发生器3个基本构件组成。使用中，通常采用谐波发生器主动，刚轮固定、柔轮输出的形式。当谐波发生器装入柔轮内圆时，迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状，其长轴处柔轮轮齿插入刚轮的齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接触，处于脱开状态。从啮合到脱开的过程则处于啮出或者啮入状态。当谐波发生器连续转动时，迫使柔轮不断发生变形，使两轮轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开的过程中不断改变各自的工作状态，产生所谓的错齿运动，从而实现主动谐波发生器与柔轮的运动传递[8]。

3 总结及展望

本文提出一种无载荷的电梯超载保护装置检验方法，避免了搬运砝码，能极大的提升检效率。本文所提及的检测装置，夹块为楔形架构，且只需检测位置一侧有充裕的空间即可，因此适用于绝大多数的曳引式电梯。但部分电梯超载开关可检测位置过小，或绳头的超载开关只是测部分弹簧的压缩量，该装置暂不能验证超载开关的有效性。

[1] 林尧,陈洁.电梯模拟载荷仪的研究和开发[J].质量技术监督研究,2012(2):29-31,39.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB7588-2003电梯制造与安装安全规范[S].全国电梯标准化技术委员会,2004-01-01.

[3] TSG T7001-2009 电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯[S].2010-04-01.

[4] 林尧.电梯超载保护装置设计合理性探讨[J].福建农机, 2007(2): 37-38.

[5] 常寅飞.电梯超载保护装置分析[J].中国石油和化工标准与质量,2011(5):79.

[6] 王军锋,唐宏.伺服电机选型的原则和注意事项[J].装备制造技术,2009(11):129-131,133.

[7] Morimoto Shigeo. Trend of permanent magnet synchronous machines[J]. IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 2007,2(2):101-108.

[8] 刘卓华,陈正东,李谦,等.绿的谐波减速机在SCARA机器人上的安装与应用[J].机器人技术与应用,2014(6):33-35.

A No-Load Method to Test the Elevator Overload Protection Device

Sun Xueli Huang Guojian Liu Yingjie He Shan Peng Qifeng Liu Wenqin
(R&D Center , Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing)

Every installed traction elevator should be tested whether the elevator protection device is proper functioning. The existing elevator overload protection device testing methods have problems with low efficiency and high cost. Based on the analysis of the overload protection devices’ structures, we put forward a new no-load method to test the elevator overload protection device. We simulate the load in car by using the hydraulic system or motor system to test the overload protection device. This method can test most of elevators without loading. At present, we have got the project approval and the measurement is being designed and developed.

Elevator Overload Protection Device; Traction Type Elevator; No-Load

孙学礼，男，1982年生，硕士研究生，工程师，主要研究方向：检测仪器开发，包括电气设计、机械设计、控制编程等。E-mail: 641302712@qq.com

广东省质量技术监督局科技项目（2016PT01）；广州市科技创新委员会科技计划项目（2015109010008）；广东省科技计划产学研合作项目（20160918）。