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有关电梯几何形态测试仪的研究

2020-05-04 154 上传者：管理员

摘要：利用笔者设计的电梯几何形态测量仪对电梯轿厢面积、轿厢与井道壁之间的距离等电梯运行安全指标进行测量，电梯几何形态测试仪采用了微处理的高精度位移传感模块，并配合自主开发的信息处理软件，融合激光测距与蓝牙传输等技术，实现对电梯轿厢面积、轿厢与井道壁之间的距离的自动化测量、判断，使测量过程更加方便快捷、安全可靠，使检验人员的工作强度得到了有效缓解。

关键词：
测量精度
激光测距
蓝牙传输
轿厢与井道壁距离
轿厢面积
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现阶段，在电梯检验检测过程中，对于轿厢面积、轿厢与井道壁间距离的测量多采用以卷尺为主要测量工具的传统方法，也有使用激光测距仪等先进手段进行测量的尝试与研究。但是，上述测量方法均存在操作繁琐、作业效率低、测量精度不高等问题，已难以适应当下大批量、高精准的检验检测需求。所以，设计一种集自动快速测量、计算、分析、显示等功能一体的检验仪器已是今后检验检测技术发展的大势所趋。

1、设计依据与目的

电梯几何形态测量仪涉及的蓝牙传输、激光测距已是两项较为成熟的技术，均可通过模块组装来实现，再配合自主开发的信息处理软件，即可达到测量要求。

将电梯几何形态测试仪通过自研支架固定于轿厢内或者轿顶上，使其在电梯静止或者检修运行过程中自动进行数据的测量、计算、分析等，该测量方式实现对电梯轿厢面积、轿厢与井道壁之间的距离的自动化测量、判断，使测量过程更加方便快捷、安全可靠。

2、性能指标要求

2.1 轿厢面积检验要求

为了预防因为人员超载而造成电梯安全事故隐患，应适当的限制电梯轿厢的有效面积[4]，《电梯检规》对乘客电梯的轿厢面积给出了最大限制值，具体规定如下：电梯轿厢有效面积应当符合表1规定，当额定载重量>2500kg时，每增加100kg，轿厢的最大有效面积增加0.16m2，对所列数值中间的额定载重量的最大有效面积，可采用线性插入法确定，轿厢最大有效面积实测值允许增加不大于下列值的5%。[1]

2.2 轿厢与井道壁之间的距离的相关要求

当电梯在非正常情况下停梯时，为了避免被困乘客因采取强行打开轿门、层门等方式盲目自救，从而造成人员坠落或剪切等安全事故发生，《电梯检规》对轿厢与井道壁的间距规定如下：轿厢与面对轿厢入口的井道壁之间的间距应当≤0.15m，对于局部高度<0.5m处，或采用垂直滑动门的载货电梯，该间距可以增加到0.2m。如果轿厢装有机械锁紧的门并且门只能在开锁区内打开时，上述间距不受限制。[1]

表1电梯额定载重量Q(kg）与轿厢最大有效面积S(m2）之间的关系

3、设计方案

3.1 产品介绍

电梯几何形态测试仪采用了搭配有微处理的高精度位移传感模块，并配合自主开发的信息处理软件，实现了对电梯轿厢面积、轿厢到井道壁间距的自动测量、计算、判断等功能，具有较好的通用性、便携性、操作性，测量精度也得到了提高。

3.2 产品结构配置

电梯几何形态测试仪包括测量主机、手持控制端（适用于安卓操作系统的手机、平板等）、信息处理软件、固定支架、目标靶、蓝牙打印机、连接线若干、电池及其充电装置等，其中信息处理软件、固定支架、目标靶、测量主机等均为自主研发设计，具有一定的先进性。

3.3 工作原理及方法

3.3.1 轿厢有效面积

《电梯制造与安装安全规范》中对轿厢有效面积有明确的规定，测量方法如图1所示。如图1，将测量主机通过支架水平置于轿厢近中部且距地板以上1m高度的位置（错开乘客或货物用的扶手），测量主机上的旋转激光测距仪对轿厢进行360°全方位扫描测量，再通过内置的信息处理软件计算，即可得到轿厢的有效面积，将得到的轿厢实测面积与上述2.1规定阈值进行对比，即可判断实测的轿厢有效面积是否符合要求，最后将测量数据、判断结果等信息显示、储存于手持控制端，方便日常查阅、打印等。[5]

图1轿厢面积测量示意图

3.3.2 轿厢到井道壁间距离

由于电梯的制造日期不同，电梯是否具有门回路检测、旁路等功能也不尽相同，这决定了电梯能否在轿门开启的情况下进行检修运行，也决定了测量主机的布置位置。当电梯可以在轿门开启的情况下进行检修运行时，在确保安全的情况下，测量主机推荐置于轿厢内进行测量，否则应通过支架置于轿顶上，具体测量方法与要求如下。

（1）轿内测量轿厢与井道壁间的距离

如图2，将测量主机通过支架置于轿厢内近中间位置，测量之前应使用目标靶定位出初始状态时电梯两侧轿门与轿厢地坎三者距离井道壁距离最大的位置，测量出电梯几何形态测试仪与该位置的距离，即图中S2，撤除目标靶后，在电梯轿门完全打开的情况下进行检修向上（下）运行，运行过程中电梯几何形态测试仪进行测量、计算等，其测量数据即是与井道壁间的距离，如图中S1，利用仪器内置的信息处理程序即可得到轿厢与井道壁的距离S，即S=S1-S2。

图2轿厢到井道壁间距离测量示意图（轿厢内）

（2）轿顶测量轿厢与井道壁间的距离

如图3，将测量主机通过支架置于轿顶合适位置，测量之前仍应使用目标靶定位出初始状态时电梯两侧轿门与轿厢地坎三者距离井道壁距离最大的位置，由于轿厢形状不规则，轿顶边缘不一定与两侧轿门与轿厢地坎三者间距井道壁距离最大处位于同一垂直面，此时需要借助其他专用线坠来确定两侧轿门与轿厢地坎三者间距井道壁距离最大处的位置，测量出电梯几何形态测试仪与该位置的距离，即图中S2，撤除目标靶后进行检修向上（下）运行，电梯几何形态测试仪进行测量、计算等，其测量数据即是与井道壁间的距离，如图中S1，利用仪器内置的信息处理程序即可得到轿厢与井道壁的距离S，即S=S1-S2。

图3轿厢到井道壁间距离测量示意图（轿顶）

3.4 测量主机的设计

测量主机主要作用是实现测量数据的自动采集、计算等功能，如图4、图5所示，其主要包括360°旋转激光测距仪、壳体、蓝牙发射天线、调平旋钮、固定基座等。其中，360°旋转激光测距仪安装在壳体上表面，与壳体内的主板连通；三轴加减速芯片、自制的主板、电池均内置于壳体内；三轴加减速芯片集成在主板上，目的是实现测量位置的准确定位；自制的主板内嵌有电池，用于测量主机正常用电需求，并与手持控制端通过蓝牙信号连通；自制的主板上连有蓝牙发射天线；手持控制端内置有蓝牙接收器，通过无线信号与蓝牙发射天线相连，用以接收处理后的测量数据。

图4测量主机结构图；图5测量主机实物图

鉴于测量功能的实现及其设计成本的考虑，360°旋转激光测距仪可选用RPLIDARA1，其特点主要表现为：

（1）基于激光三角测距技术，可实现数据的高精度采集和处理。

（2）自主旋转对周围360°全方位扫描测距检测。

（3）经过优化的内部算法和光学系统，可以把实时采样频率提高至8000次/秒。

（4）可以通过USB与数据终端进行连接，直插直用，不需依靠任何编码工作。

3.5 主机支架的设计

主机支架主要作用是固定测量主机，将测量主机可靠的置于轿厢内或者轿顶，如图6、图7所示，为金属材料加工制成，由伸缩杆、支腿、固定旋钮组装而成，其中，伸缩杆多为二级及其以上伸缩，可实现360°旋转，支腿至少为三档倾斜与三节伸缩，可视检验现场情况进行随意伸缩、旋转。

3.6 目标靶与目标靶支架的设计

目标靶的主要作用是定位轿厢边缘，目标靶支架的作用即固定目标靶，如图8、图9所示，由目标靶、伸缩杆、固定磁力基座、可拆卸附加基座组装而成，目标靶测量表面与C点处于同一垂直线。当轿厢地坎较两侧轿门离井道壁距离最大时，可仅使用固定磁力基座固定于轿厢地坎边缘用于定位，测量初始状态时电梯几何形态测试仪与目标靶之间的距离，保证C点与轿厢地坎边缘处于同一垂直线。

图6主机支架结构图；图7主机支架实物图

当两侧轿门较轿厢地坎离井道壁距离最大时，同时使用固定磁力基座、可拆卸附加基座用于定位，测量初始状态时电梯几何形态测试仪与目标靶之间的距离，将目标靶支架置于两侧轿门较井道壁距离远一侧的边缘，使C点与该边缘处于同一垂直线。伸缩杆多为四级伸缩，可实现360°旋转，视检验检测现场情况进行随意伸缩、旋转，为了确保检验检测精度，测量时应保证目标靶测量表面与C点处于同一垂直线。

4、结束语

电梯几何形态测试仪可以在电梯静止状态或者厢检修运行过程中进行数据测量、分析、传输等，实现了轿厢有效面积、轿厢与井道壁距离参数的自动化测量，使测量过程更加方便快捷、安全可靠，可以有效的运用于实际检验工作，降低了检验人员的工作强度，提高了检验效率和精度，实现了检验技术的自动化、智能化，电梯几何形态测试仪已被作者申请了相关专利。

图9目标靶与目标靶支架实物图;图8目标靶与目标靶支架侧视图

参考文献：

[1]TSGT7001-2009.电梯监督检验和定期检验规则-曳引与强制驱动电梯[S].

[2]GBT7588-2003.电梯制造与安装安全规范[S].

[3]刘林，贾显明.电梯轿厢与井道壁距离连续检测预警系统研究[J].科技展望，2017,27(5):129,131.

[4]孙彦锋.电梯困梯成因分析与判断[J].质量技术监督研究，2017(03):34-37,60.

[5]林建超，俞平.轿厢面积的确定和超面积电梯处理方法的探讨[J].河南科技，2013(03):72.

杨付龙,陈宇杰,刘懿,潘洋,刘勇.电梯几何形态测试仪的设计[J].科技创新与应用,2020(13):91-94.