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摘要：分析了电梯轿底超载信号采集器的工作原理，对安装线性减震垫的电梯轿厢建立了数学模型，运用有限元仿真软件 Workbench分析了不同载荷时轿底中心与下横梁之间距离的变化规律，提出了以小载荷时的距离变化量推算大载荷时的距离变 化量，进而检测电梯超载保护功能是否有效的方法。模型及试验数据表明，采用该方法对超载保护装置进行检测与常规的加载 试验基本等效，为研制该类超载保护装置的检测仪提供了理论依据，使得检验时无需搬运大量的砝码，提高了检测效率，降低 了检测成本和劳动强度。 关键词：电梯；超载保护装置；检测方法 中图分类号：TH123TH822文献标识码：A文章编号：10099492 ( 2016 ) 09016805 New Method to Test Overload Protection Device of Elevator HU Sheng-jiang，CHEN Jian-wei，XU Tao，PANG Tao （Jiaxing Special Equipment Inspection and Testing Institute，Jiaxing314050，China） Abstract:The working principle of the overload signal collecting device for the elevator floor was analyzed and the mathematical model was established for the elevator car installed with linear deformation shock pad. The law of distance changes between the floor center and the lower beam under different loads was analyzed with FEM software Workbench. A method of examining elevator overload protecting function whether effective was presented which could calculate the distance changing value under heavy load according to the distance changing value under light load. The data of model and test indicated that examining the overload protection device with this method was equivalent to the normal overloading test. The theory basis for developing this kind of overload protecting device was provided in the paper. The massive weights do not need to be transported when examining the overload protecting device，the testing efficiency is raised and the testing cost and labor intensity are lowered. Key words:elevator；overload protection device；testing method 电梯超载保护装置检测新方法* 胡胜江，陈建伟，徐涛，庞涛 （嘉兴市特种设备检验检测院， 浙江嘉兴314050） DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2016. 09. 040 * 浙江省质量技术监督局2013年度科研计划项目（编号：20130269） 收稿日期：20160322 0引言 超载保护装置是电梯的重要安全装置之一， 它可以防止电梯超载导致制动力不足而引起轿厢 加速坠落等恶性事故，保护电梯内乘客与货物的 安全。国家质检总局规定，对新安装及定期检验 的电梯都应进行加载试验，验证超载保护装置的 功能是否正常1。加载试验的具体方法为：向空轿 厢内均匀放置与超载载荷（超载载荷根据电梯的 额定载荷确定）等重量的砝码，查看超载保护装 置的动作情况。如果此时正好动作，表示其符合 标准要求；提前动作会导致电梯过早提示超载， 降低使用效率；不动作会导致电梯超载运行，形 成严重的安全隐患2-4。由于砝码租借、运输及人 工费用高，检验花费时间长，实践过程中几乎没 有单位会在电梯定期检验时进行加载试验，从而 导致超载保护装置失效后不能及时被发现和处 理，影响电梯的正常运行及安全性5-7。 电梯超载保护装置的超载信号采集器通常有 两种安装方式：一种是安装在绳头组的端部，检 测绳头组受力大小或弹簧受力变形量；另一种是 安装在轿厢的底部，检测轿底与下横梁之间距离 的变化量7-8，此时在轿底两侧都装有减震垫。 电梯轿底安装的减震垫一般有两种：一种是 线性减震垫，其变形量与所受压力成正比，主要 机电工程技术2016年第45卷第09期经验交流 168 万方数据 是弹簧；另一种是非线性减震垫，其变形量与所 受压力不成正比，主要是橡胶。本文针对超载信 号采集器安装在轿底且安装线性减震垫的情况， 提出了一种无需加载规定载荷的砝码即可对超载 保护装置进行检测的方法，为研制电梯超载保护 装置检测仪提供理论依据。 1方法的提出 以一种常见的电梯超载信号采集器为例说明 其工作原理。图1为超载信号采集工作原理图， 图中上横梁2、立柱5和下横梁8等通过螺栓刚性 联接组成轿厢架，悬挂于曳引钢丝绳1的下方； 轿顶3、轿壁4和轿底6等通过螺栓刚性联接组成 轿厢；在轿厢与轿厢架之间安装减震垫7；磁钢9 安装在轿底6的中心位置；支架10安装在下横梁 8的上面，霍尔接近开关11安装在支架10上，其 位置处于磁钢9的正下方，与磁钢之间的距离可 以调节。轿厢承受载荷后，轿底 6 将会受压下 凹，减震垫7被压缩，磁钢9与霍尔接近开关11 之间的距离将会减小，载荷达到一定值时霍尔接 近开关11就会发出报警信号。 在做常规加载试验时，向空轿厢内均匀放置 该电梯对应的超载载荷M，相对于空载时霍尔接 近开关11与磁钢9的超载距离变化量为Y，平稳 后调整霍尔接近开关11与磁钢9之间的距离，使 霍尔接近开关11刚好动作，此为临界点，并在该 位置将霍尔开关固定。经超载试验调整过的电梯 在使用过程中，当轿厢内的载荷达到超载载荷M 时，超载保护装置即会动作，向电梯中控系统发 出超载报警信号。 假定轿厢内均匀加载小载荷X时，霍尔接近 开关11与磁钢9的距离变化量为Z。如果存在一 种函数关系，可以根据X和Z推算当轿厢均匀加 载超载载荷M时霍尔接近开关11与磁钢9的距离 变化量Y，那么在轿厢空载时将霍尔接近开关11 向磁钢9方向移动距离Y，查看霍尔接近开关是否 处于临界点，如果是，则认为超载保护装置功能 有效；如果不是，则应上调霍尔接近开关11找到 临界点并固定。此后，如果向轿内均匀加载超载 载荷M，则超载保护装置应动作。可以看出，采 用这种方法检测或调整超载保护装置时，无需对 轿厢加载超载载荷M。 2 公式的提出 假设Z与X之间存在一定的函数关系： Z = f (X)（1） 2.1 Z与X之间函数关系确定 依据电梯设计图纸对额定载荷为1 000 kg的 电梯轿厢及轿厢架建立数学模型，如图2所示。 其中轿厢内尺寸为常见的1.6 m1.5 m，轿厢及轿 厢架等结构件材料为Q235钢板，多个减震垫分布 于轿底与轿厢架之间的左、右两侧，模型的主要 参数见表1。通过有限元方法分析（1）式中Z与 X之间的函数关系。 利用有限元软件 Workbench 对模型进行分 析，共设置515 420个节点、309 232个单元，以 图1电梯超载信号采集原理图 图2轿厢及轿厢架数学模型 胡胜江等：电梯超载保护装置检测新方法经验交流 169 万方数据 上横梁为支撑，在轿厢加载试验块模拟现场加载 砝码的情况，如图3所示（隐去轿顶与轿壁） ，通 过改变模型中试验块的重量来改变载荷X，记录 轿底中心与下横梁之间的距离变化量Z，得到X与 Z的关系如图4所示。 从图4可以看出，在轿厢均匀加载条件下， 载荷X与距离变化量Z基本 成 线 性 关 系 。 且 当 X=M 时，Z=Y，则存在关系式： Z = YX/M（M0） （2） 当载荷X及其距离变化 量Z已知时，超载距离变化 量Y则可表示为： Y = ZM/X（X0）（3） 以上计算要求轿厢及 轿厢架在超载条件下只发 生弹性变形，在去掉载荷 后变形恢复到空载水平。 以表1的模型材料参数通过有限元分析，当电梯 超载时各结构件中最大应力为112 MPa，远低于 Q235的屈服应力235 MPa，所以轿厢及轿厢架在 该条件下只发生了弹性变形。 为了便于携带和检测，载荷X不宜过大，一 般取50 kg左右，例如采用50块、每块重量为1 kg 的试验块在轿内均布，使用仪器检测距离变化 量 Z，通过公式 （3） 计算得到 Y，再往磁钢方 向移动霍尔接近开关 Y 的距离，根据超载保护 装置的动作情况判断其功能是否有效或进行调 整。 上述方法虽然可行，但在实际操作中试验块 过小、数量太多，会使检测工作趋于繁琐，为此 提出一种间接方式检测距离变化量Z以代替均匀 加载的检测方式。 将Z分解成加载后减震垫的变形量与轿底的 变形量之和，并对这两部分分别进行讨论，设前 者为Z1，后者为Z2，即： Z = Z1+ Z2（4） 2.2 Z1的检测方法 轿底减震垫处的空间狭小，检测距离变化量 的仪器安装困难，不便在该位置测量Z1。如图3 模型中的线L1、L2所示，在轿厢左右两侧紧贴轿 厢壁，从内至外各均匀加载25 kg载荷。通过有限 元分析可知，这种加载方式与轿厢均匀加载50 kg 载荷时减震垫的压缩量是相同的，而且压缩量Z1 与所加载荷成线性关系。 试验测得，以上左右两侧加载的模型相比于 空载时，轿厢中心位置下降量为0.144 7 mm，减 部 件 结构件 减震垫 密度（g/3） 7.85 0.95 泊松比 0.30 0.42 弹性模量 2e11 2.78e6 表1模型的材料参数 图3轿厢加载模型 图4载荷X与距离变化量Z的关系 机电工程技术2016年第45卷第09期经验交流 170 万方数据 震垫的压缩量为0.143 8 mm，前者相比于后者的 误差为0.6%，表明在该加载条件下，以检测轿底 中心位置距离变化量来代替减震垫的压缩量Z1误 差非常小，对检测精度产生影响在允许范围之内。 设空载时轿底中心与下横梁的距离为T1，以 上述方式加载后该距离为T2，则： Z1= T1- T2（5） 将（4） 、 （5）式代入（3）式得： Y = (T1- T2+ Z2) M/X（6） 2.3 Z2的检测方法 在载荷均布的条件下，Z、Z1均为线性变化， 则Z2也为线性变化。将轿厢视作安装在减震垫上 的简支梁，轿厢的宽度即为简支梁的跨度，对于 中心点的挠度，在轿厢内均匀加载等同于简支梁 上均布载荷；在轿厢中心位置从内至外线性施加 载荷（如图3中线L3所示）等同于简支梁上中心 位置集中加载。通过材料力学9的相关公式可得 到，在不考虑减震垫变形的条件下，简支梁上均 布线性载荷q时，中间位置的挠度为： W1= 5 384 ql4 EI 其中E为弹性模量，I为截面惯性矩，l为简 支梁跨度；简支梁中心位置加载载荷P时，中间 位置的挠度为： W2= 1 48 Pl3 EI 在同一模型中，当ql=P，即均布载荷等于集 中载荷时，存在： W1 W2 = 5 8 在轿厢中间位置从内至外线性加载载荷 X， 在轿底中心位置与下横梁的距离为T3，考虑此时 减震垫变
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