电梯超载报警检验装置的研制

许 竞，何炳蔚

（1 福州大学，福建 福州 350116）

（2 福建省特种设备检验研究院，福建 福州350008）

电梯超载报警检验装置的研制

许 竞1,2，何炳蔚1

（1 福州大学，福建 福州 350116）

（2 福建省特种设备检验研究院，福建 福州350008）

文中利用精密液压控制技术和传感器测量技术研究一种非砝码的电梯超载报警检验装置。为了确保电梯轿厢的强度，运用ABAQUS软件对电梯轿厢进行有限元分析，校核电梯轿厢的强度，并确定出最佳的加载方式和位置来改造电梯，以适用该检验装置。应用文中研发的装置进行电梯超载报警系统检验试验，并用砝码测试验证，说明使用该装置检验电梯是切实可行的。

电梯超载报警；电梯轿厢；检验；有限元

1 引言

随着电梯数量的快速增长，其使用率愈加频繁，作为高层建筑的必备装置，电梯能否安全正常运行直接关系到人民群众的生命财产安全。因此，电梯的检验工作越来越受到人们的关注。其中，超载保护功能对于确保乘梯人员的人身安全及电梯设备自身安全等都非常重要。目前，国内大部分电梯检验机构、电梯维护保养公司都是使用砝码检验电梯超载报警系统的性能，即采用人工搬运预定载荷砝码进入电梯轿厢来检验电梯超载保护装置是否有效。该方法费用大、耗时长，因此很多电梯维护保养单位实际上没有检查电梯超载保护装置是否有效，这使得电梯运行中存在重大安全隐患[1]。文中利用精密液压控制与传感器测量技术研制出一种电梯超载报警系统检验装置，实现给电梯施加模拟载荷，达到检验电梯超载报警系统能否正常运行的目的。该装置将解决目前砝码检验电梯超载时存在砝码搬运困难、检验费用高、工作劳动强度大、效率低等的难题。

2 电梯超载报警检验方法及装置的原理

2.1 电梯超载报警检验方法

TSG T7001-2009《电梯监督检验和定期检验规则》4.10款规定电梯应当设置轿厢超载保护装置，在轿厢内的载荷超过110%额定载重量时，能够防止电梯正常启动及再平层，并且轿内有音响或者发光信号提示，动力驱动的自动门完全打开，手动门保持在未锁状态[2]。由电梯超载保护装置的原理可知[3]，对电梯超载保护装置是否准确有效的检验方法主要是通过对电梯轿厢施加载荷，当施加的载荷超过110%额定载重量时，检验其超载保护装置功能是否有效。

2.2 电梯超载报警检验装置的组成及工作原理

文中提出的电梯超载报警系统检验装置是利用精密液压控制与传感器测量技术研制而成，其主要包括恒载荷液压控制装置、油缸和活塞、拉力传感器、传感器显示仪表、钢丝绳、计算机，见图1。

图1 电梯超载报警检验装置的工作原理图

该装置的使用需要在电梯基坑设置基础预埋板，电梯轿厢底部相应位置设置拉环。检验装置安装如下：

将液压油缸固定在基础预埋板上，活塞拉杆开孔通过第一段钢丝绳与拉力传感器底部相连，第二段钢丝绳一端连接拉力传感器的顶部，预紧两段钢丝绳，将第二段钢丝绳的另一端穿设过电梯轿厢底部拉环并固定。拉力传感器与传感器显示仪表相连，实时显示所加载荷大小，传感器显示仪表与计算机相连，将信号反馈给计算机。液压油缸通过油管与恒载荷液压控制装置相连接，恒载荷液压控制装置与计算机相连，计算机通过软件系统控制控制恒载荷液压控制装置对液压油缸进回油，实现载荷的加载、卸载。

超载检验工作原理：在计算机内设定电梯超载保护装置的报警临界载荷，控制恒载荷液压控制装置对液压油缸进行供油加载，液压油从液压油缸内的活塞上方注入，活塞向下活动，与活塞相连的拉力传感器受到一向下的拉力，电梯的轿厢底部受到同样大小的力，拉力传感器检验液压油缸实时产生的载荷，通过传感器显示仪表反馈到计算机。计算机根据该载荷大小继续控制智能液压控制装置对液压油缸的供油或回油。如此形成一个闭环控制系统，直至拉力传感器和电梯轿厢底达到预定载荷，超载保护装置报警，说明超载保护装置正常；若超载保护装置不报警，需要检查故障。

3 电梯轿厢有限元模拟分析

3.1 力学模型简化

电梯轿厢的框架一般由U型钢、工字钢或角钢焊接组成，底部和周围布上钢板或装饰。对轿厢而言，其主要承载结构为型钢框架，故在有限元模拟中，将轿厢简化，建立由框架组成的结构几何模型。

在ABAQUS模型模块中创建部件，选择三维可变形模型，形状特征为线。在平面草绘中根据型钢的焊接节点，建立各连接点，然后将各连接点用线连接，构成底板模型[4]。将底部结构偏置复制，作为轿厢的顶部，然后用线连接轿厢的顶部和底部，建立轿厢模型如图2所示。

图2 电梯轿厢模型的建立

3.2 电梯轿厢有限元模型

3.2.1 材料物理参数及梁截面属性

模拟分析中电梯轿厢的四周主体框架采用大尺寸的方钢，内部连接与支撑的结构采用小尺寸的方钢。所采用的方钢为中等强度的钢材制成，E=210 GPa，泊松比为0.25。

3.2.2 施加边界条件及静力载荷

轿厢结构顶部中间位置在x，y，z三个方向位置完全约束，在其周围在加载方向z位置完全约束。

为对比不同加载状态下，轿厢变形的差异，分别进行了不同加载状态的模拟计算，不同加载方案如表1所示，表中所指加载位置如图3所示。

表1 不同加载方案

图3 轿厢底部加载位置示意图

3.2.3 有限元网格

网格采用Abaqus中铁木辛克梁单元B32，三节点二次空间梁单元，可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元，允许横向剪切变形。既可分析厚梁，又可分析细长梁。Abaqus假定铁木辛克梁的横向剪切变形是线弹性的，具有固定的模量，因此独立于梁截面的轴向拉、压和弯曲反应。实体边界上播撒单位尺寸为50mm的种子，划分得到网格模型如图4所示。

图4 轿厢网格划分模型

3.3 解算并分析结果

如图5所示为各种载荷作用下，轿厢Mises应力分布云图。从中可以看出，随着载荷施加点数的减小，载荷在轿厢底部的分布越集中，Mises应力越来越大。但是，在单点集中载荷的作用下，最大应力也没超过164MPa，轿厢钢结构没有发生屈服，说明无论采用何种检测加载方案，轿厢都不会发生不可恢复的塑性变形。

图5 各载荷作用下，轿厢钢结构Mises应力

如图6所示为各载荷作用下，轿厢钢结构变形云图。从图中可以看到随着载荷施加点数的减小，载荷在轿厢底部的分布越集中，轿厢的变形量越来越大。对于电梯的报警系统而言，对承载重量的监控通过轿厢底部中心点的变形量来进行。为保证文中研究的非砝码检测方法与砝码检测方法检测结果的一致，必须保证两种加载状态下，轿厢中心点的变形量一致或相近。当采用25点进行加载时，载荷均布在轿厢底部，与砝码平铺加载状态相近，所以把25点加载近似为砝码加载。

如图7所示，各载荷作用下，轿厢中心处变形量，当采用25点加载时，变形量为1.7mm，8点加载时为2.8mm，4点加载和2点加载为2.4mm，单点加载为4.3mm。虽然采用25点进行加载，载荷分布与砝码检测时加载状态最相近，但是加载点数过多，需要安装许多钢丝绳和油缸，给检测工作带来不便。采用4点和2点加载，中心点处变形量与25点加载时最相近。而采用4点加载相对2点加载，轿厢更平稳，所以一般情况下，推荐使用4点进行加载。

图6 各载荷作用下，轿厢钢结构变形

图7 各载荷作用下，轿厢中心处变形量对应图

4 电梯超载报警检验装置检验电梯超载报警系统的试验

应用文中研究出的检验装置检验电梯超载报警系统的有效性同时用砝码检验同一台电梯，比较检验结果，验证该检验装置检验电梯超载报警系统的可行性。

图8 电梯超载报警检验装置检验电梯

图9 砝码检验电梯

图8是利用文中研发的电梯超载报警系统检验装置对福建省计量科学研究院一台额定载重1000kg的载客电梯进检验，当载荷施加到1100kg时本台电梯报警发出蜂鸣声。

图9是利用砝码检验电梯超载报警系统现场，需要将44块25kg（共1100kg）砝码搬运到电梯轿厢内。当电梯轿厢载荷达到1100kg时，本台电梯报警，发出蜂鸣声。该实验进一步验证文中研发的检验装置检验电梯超载报警系统的可行性。

5 结论

文中根据电梯超载报警系统的工作原理，利用精密液压控制技术和传感器测量技术研制出一种非砝码的电梯超载报警检验的方法和装置。该装置可检验电梯超载报警系统，对于新制造电梯，可在出厂时直接于电梯轿厢底部相应位置设置拉环，对于在用电梯，需要对电梯轿厢底部进行改造。为了确保改造后电梯的刚度和强度，又运用Abaqus软件对电梯轿厢底进行有限元分析，校核电梯轿厢的强度并确定出最佳的加载方式和位置来改造电梯。研究出的电梯超载报警检验装置具有体积小、重量轻、便于携带、结构简单等特点，因此实际检验过程中操作便捷、简单易行，同时该装置解决了用砝码检验电梯超载存在砝码搬运繁琐、劳动强度大、效率低的问题。利用该装置进行电梯超载报警系统检验试验，并用砝码测试验证，进一步说明了该装置检验电梯是切实可行的。

[1]徐玉华,潘晓峰.电梯超载保护检验重要性及检验方法探讨[J].中国科技纵横，2010,10∶200-200.

[2] GB7588—2003.电梯制造与安装安全规范[S].

[3]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，2011,31(05)∶79-79.

[4]耿雪霄,黄旭就.基于ABAQUS 软件的三维桁架有限元分析[J]. 煤矿机械，2012,3(4)∶113-115.

Development of Elevator Overload Alarm Testing Device

XU Jing1,2, HE Bing-Wei1
(1 Fuzhou university, Fuzhou 350116, Fujian , China)
(2 Fujian Special Equipment Inspection And Research Institute, Fuzhou 350008, Fujian , China)

This paper is a kind of non weight elevator overload alarm test device using precision hydraulic control and sensor measurement technology. In order to ensure the strength of the elevator, the best loading form and position is determined, using ABAQUS finite element software, so it can fit the test device better. Using the device to test the elevator overload alarm system and then to verify with weights, we find that this device is feasible and useful.

Elevator overload alarm; Elevator car; Test; Finite element

2016-10-08

许 竞，男，福建省特种设备检验研究院南平分院，副院长，工程师何炳蔚，男，福州大学机械工程及自动化学院，副院长，教授，博士