用于测试高速电梯的曳引绳的时变特性的测试装置的制作方法

1.本发明涉及高速电梯性能测试领域，更为具体而言，涉及用于测试高速电梯的曳引绳的时变特性的测试装置。


背景技术：

2.电梯作为“垂直运动汽车”，已成为人们日常生活中不可缺少的一个交通工具，其安全性、舒适性成为人们对电梯的基本要求。
3.随着高层建筑的不断涌现，电梯的速度也在逐渐增大，形成了高速电梯。电梯在长时间高速运行后会导致提升钢丝绳磨损增加、振动加剧以及温度升高，并且这种时变特性每时每刻都在变化，从而使提升钢丝绳的质量、阻尼和刚度也在发生变化，这严重影响着电梯的动态性能和安全性能。
4.然而，现有的电梯提升钢丝绳的测试大多数针对普通电梯的钢丝绳，这些电梯的运行速度低于4m/s，通常仅测试钢丝绳的磨损、张力等，没充分考虑电梯高速运行中由于电梯高速变载工况对钢丝绳的影响，不能反映出高速情况下钢丝绳的磨损、振动和温度的时变特性，难以满足高速电梯用提升钢丝绳的性能测试需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于测试高速电梯的曳引绳的时变特性的测试装置。
6.在本发明的实施方式中，所述用于测试高速电梯的曳引绳的性能的测试装置包括：
7.支撑结构，在所述支撑结构上可拆卸地安装有第一实验轮、第二实验轮、和加载轮，其中，在所述第一实验轮、第二实验轮、和加载轮上布置所述曳引绳；
8.驱动系统，其与所述第一实验轮和/或第二实验轮连接，用于驱动所述第一实验轮和/或第二实验轮旋转来使所述曳引绳以预定的速度移动；
9.加载系统，其与所述加载轮连接，用于通过向所述加载轮施加载荷来向所述曳引绳施加预定的载荷；
10.检测系统，其用于在所述曳引绳被施加不同的载荷并以不同的速度移动的实验中检测该曳引绳的时变特性；
11.主控系统，其与所述检测系统通信连接，用于从所述检测系统接收检测数据，并对所述检测数据进行处理，以观测所述曳引绳的时变特性和/或评估所述曳引绳的可靠性和使用寿命。
12.根据本实施方式的测试装置可以对高速电梯的曳引绳(例如钢丝绳)的时变特性进行测试，并且还可以基于测试数据评估所述曳引绳的可靠性和使用寿命。主控系统对整个检测过程进行全盘指挥，并设有一套数据处理系统，收集检测系统测量到的数据并加以处理，模拟相关参数变化曲线，用以观测高速电梯钢丝绳由于速度升高而体现的时变性。
13.在本发明的一些实施方式中，过所述加载轮轴心的一条直线与过所述第一实验轮
的轴心和第二实验轮的轴心的直线垂直。
14.根据本实施方式，两个实验轮与加载轮之间呈垂直分布，使纵向加载力能更均匀精准地施加在钢丝绳上。
15.在本发明的一些实施方式中，在所述支撑结构上可拆卸地安装有第一导向轮和第二导向轮；所述第一导向轮位于所述第一实验轮与所述加载轮之间，并且更靠近所述加载轮；所述第二导向轮位于所述第二实验轮与所述加载轮之间，并且更靠近所述加载轮。
16.根据本实施方式，两个实验轮与加载轮之间分别设有导向轮，用以调整钢丝绳的包角，防止打滑现象，提高系统的承载能力。并且，所述实验轮、导向轮、加载轮均是可拆卸地安装在支撑结构上，为非固定装置，从而可根据待测钢丝绳的直径、材质、根数更换合适的实验轮、导向轮、加载轮，即本发明的测量装置的测量范围更广泛。
17.在本发明的一些实施方式中，所述检测系统包括：
18.磁漏检测仪，其设置在所述第一导向轮或第二导向轮附近的部位，用于检测所述曳引绳的磨损程度；
19.红外热像仪，其设置在正对所述第一实验轮或第二实验轮的位置，用于监测所述曳引绳因摩擦产生的温度变化；
20.第一高速摄像机，其设置在所述第一实验轮和第二实验轮之间的曳引绳的上方用于获取所述曳引绳的振动特性；以及
21.第二高速摄像机，设置在所述磁漏检测仪附近用于获取所述曳引绳的直径变化。
22.根据本实施方式，通过第一高速摄像机和红外热像仪，采用机器视觉的图像处理方法，检测钢丝绳工作时的实时温升和振动特性，其精度更高，效果更明显、直观。并且，所述第一导向轮或第二导向轮附近的部位通常为钢丝绳振动较小的部位，在该部位设置磁漏检测仪和第二高速摄像机能够更准确地检测钢丝绳的磨损程度。
23.在本发明的一些实施方式中，所述主控系统根据预先设定的初始属性、实验用的速度和载荷、以及所述检测数据生成所述磨损程度、温度变化、振动特性与所述初始属性、载荷、速度之间的时变特性关系。所述初始属性可以包括绳径、根数、材质、弹性模量中的至少一者。
24.根据本实施方式，测试钢丝绳受热温升、振动、磨损程度与各因素(如速度、载荷以及钢丝绳根数、绳径)之间的时变特性关系，可进一步可评估钢丝绳的可靠性及其寿命。
25.在本发明的一些实施方式中，所述测试装置还包括配重物，并且所述配重物与所述磁漏检测仪设置同一段曳引绳上。
26.根据本实施方式，通过将配重物及磁漏检测仪安装在同一段绳上，可进一步减小该段绳的振动，进一步提高磨损检测的准确性。
27.在本发明的一些实施方式中，在所述第一实验轮、第二实验轮、第一导向轮、第二导向轮和加载轮的对应位置分别设置有防跳护罩。并且，所述第一实验轮、第二实验轮、第一导向轮、第二导向轮和加载轮的与所述曳引绳接触的部分的外侧被相应的防跳护罩覆盖。
28.根据本实施方式，当钢丝绳由于高速度出现崩断时，能够有效减轻对装置的损坏，保障实验人员和装置的安全。并且，防跳护罩能够降低钢丝绳与轮摩擦产生的噪声。
29.在本发明的一些实施方式中，所述加载系统具有液压缸、拉力传感器及液压系统，
所述拉力传感器用于检测所述加载系统施加的载荷，通过调整所述液压系统将施加至所述加载轮的载荷调节至预定的值。
30.根据本实施方式，不仅可以进行钢丝绳的张紧与调整，而且可以通过液压缸的保压，保证回路压力恒定，从而使钢丝绳始终保持恒定拉力。
31.在一些实施方式中，所述第一实验轮、第二实验轮、第一导向轮、第二导向轮和加载轮各自外周侧具有一个或多个槽口，所述槽口用于布置待测的曳引绳。
32.根据本实施方式，本发明的测试装置不仅可以对一根钢丝绳进行测试，也可以同时对多根钢丝绳进行测试。
33.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
34.本发明的测试装置适用于检测不同材质、根数、直径的高速电梯专用钢丝绳，通过改变钢丝绳的速度和受载，测试钢丝绳受热温升、振动、张力、磨损程度与各因素之间的时变特性关系，进一步可评估钢丝绳可靠性及其寿命。此外，本发明的测试装置配有降噪装置和防跳装置，可以降低实验噪声并提高装置使用寿命和保障人员安全。
35.由上述可知，本发明的测试装置具有测量范围广，测量精度高，操作简便，自由度高，检测结果实时有效等特点。
36.本发明实施方式的各个方面、特征、优点等将在下文结合附图进行具体描述。根据以下结合附图的具体描述，本发明的上述方面、特征、优点等将会变得更加清楚。
附图说明
37.图1示出了根据本发明实施方式的用于测试高速电梯的曳引绳的时变特性的测试装置的示例。
38.图2示出根据本发明实施方式的测试装置可使用的实验轮、加载轮和导向轮的外周侧的结构。
39.图3示出了根据本发明实施方式的测试装置可使用的液压系统的结构的示例。
40.图4示出了根据本发明实施方式的测试装置可使用的配重物的结构的示例。
41.图5示出了根据本发明实施方式的测试装置的测试逻辑的示例。
具体实施方式
42.为了便于理解本发明技术方案的各个方面、特征以及优点，下面结合附图对本发明进行具体描述。应当理解，下述的各种实施方式只用于举例说明，而非用于限制本发明的保护范围。
43.图1示出了根据本发明实施方式的用于测试高速电梯的曳引绳的时变特性的测试装置的示例。典型的，曳引绳为钢丝绳。但是，本发明不限于此，也可以用于测试其他材料制成的高速电梯用曳引绳。
44.在本实施方式中，所述测试装置包括支撑结构5、驱动系统、加载系统和主控系统。支撑结构5可以为钢架结构。本发明不限于此，支撑结构也可以为钢筋混凝土结构等。在支撑结构5上可拆卸地安装有第一实验轮1、第二实验轮1’、加载轮2、第一导向轮3、以及第二导向轮3’，从而构成装置本体。在可选的实施方式中，导向轮不是必需的，并且也不是必须设置两个导向轮。在其他实施方式中，可以用摩擦系数足够小固定导向部件替换所述导向
轮。在本实施方式中，所述第一实验轮1、第二实验轮1’、加载轮2、第一导向轮3、及第二导向轮3’为非固定装置，可根据待测钢丝绳的直径、材质、根数更换合适的轮。如图2所示，本发明提供外周侧为v型槽口(a图和c图所示)和半圆形槽口(b图和d图所示)的轮供选用，并且适于16mm、18mm两种主流绳径进行测试。具体地，图2中a图和b图分别示出了适于16mm绳径的v型槽口和半圆形槽口，c图和d图分别示出了适于18mm绳径的v型槽口和半圆形槽口。并且，各轮的外周侧可设置一个或多个槽口，由此本发明的测试装置可以同时对一根或多根钢丝绳进行测试。如图2所示，各轮可以绕4根钢丝绳，由此可以同时对4根钢丝绳进行测试。
45.在本实施方式中，如图1所示，过所述加载轮2轴心的一条直线与过所述第一实验轮1的轴心和第二实验轮1’的轴心的直线垂直；所述第一导向轮3位于所述第一实验轮1与所述加载轮2之间，并且更靠近所述加载轮2；所述第二导向轮3’位于所述第二实验轮1’与所述加载轮2之间，并且更靠近所述加载轮2。也就是说，两个实验轮和加载轮呈垂直分布，并且在实验轮与加载轮之间设置导向轮。在所述第一实验轮1、第二实验轮1’、加载轮2、第一导向轮3、以及第二导向轮3’上布置待测的钢丝绳4，具体地，绕过所述第一实验轮1并从所述第一实验轮1的一侧引出的钢丝绳4通过所述第一导向轮3引导至所述加载轮2，绕过所述加载轮2后通过第二导向轮3’引导至所述第二实验轮1’，并绕过第二实验轮1’后引回至所述第一实验轮1的另一侧。
46.在本实施方式中，所述驱动系统用于使钢丝绳4以预定的速度移动，所述速度可以为4m/s或4m/s以上。所述驱动系统由驱动电机9、减速箱10及伺服驱动器11组成，并且位于所述装置本体内侧。所述减速箱10与所述第一实验轮1连接，由此，所述驱动电机9的旋转输出通过减速箱10减速后带动第一实验轮1旋转，所述第一实验轮1旋转带动钢丝绳4移动。通过伺服驱动器11设置最终输出到第一实验轮1的转速，从而将钢丝绳4移动速度设定在规定值。在可选的实施方式中，所述减速箱10可以与所述第二实验轮1’连接，也可以与两个实验轮连接，并且所述连接方式可以是齿轮连接、传送带连接或本领域合适的任意连接方式。在可选的实施方式中，本发明的测试装置也可以采用本领域的其他合适的驱动系统。
47.在本实施方式中，所述加载系统用于向钢丝绳4施加预定的载荷。所述加载系统具有液压缸12、拉力传感器13及液压系统14，所述拉力传感器用于检测所述加载系统施加的载荷，通过调整所述液压系统14将施加至所述加载轮的载荷调节至预定的值。其中，如图3所示，液压系统14包括换向阀20、单向阀21、节流阀22、变量泵23、溢流阀24、油箱25。拉力传感器13设置在液压缸12与加载轮2之间，通过液压系统14调整液压压力，启动液压缸12动作，并经由拉力传感器13作用于加载轮2，进一步作用于加载轮2上布置的钢丝绳4，由此对钢丝绳4施加载荷即张紧力或拉力。并且，观察拉力传感器13的读数，将载荷设定在规定的值。通过液压缸12的保压，保证回路压力恒定，从而使钢丝绳4始终保持恒定拉力。在可选的实施方式中，本发明的测试装置也可以采用本领域的其他合适的加载系统。
48.在本实施方式中，所述检测系统用于在所述钢丝绳4被施加不同的载荷并以不同的速度移动的实验中检测该钢丝绳的时变特性，所述时变特性包括磨损程度时变特性、振动时变特性、温度时变特性。所述检测系统包括：磁漏检测仪6、红外热像仪7、以及高速摄像机8、8’。其中，磁漏检测仪6设置在所述第二导向轮3’附近的部位，用于检测所述钢丝绳的磨损程度。在可选的实施方式，磁漏检测仪6可以位于钢丝绳4振动较小的任何部位，例如，也可以设置第一导向轮3附近的部位。在本实施方式中，红外热像仪7设置正对所述第一实
验轮1的位置，用于监测所述钢丝绳4因摩擦产生的温度变化。在可选的实施方式中，红外热像仪7设置在所述第二实验轮1’的上方。在其他可选的实施方式中，红外热像仪7可设置在导向轮或加载轮的上方，也可以检测到钢丝绳4因摩擦产生的温度变化。在本实施方式中，高速摄像机8设置在所述第一实验轮1和第二实验轮1’之间的钢丝绳的上方，高速摄像机8’设置所述磁漏检测仪6附近，用于获取所述钢丝绳的直径变化和振动特性。在可选的实施方式中，高速摄像机8和高速摄像机8’可以省略其中一个。在其他可选实施方式中，可以根据需要设置更多的高速摄像机。在可选的实施方式中，可以结合磁漏检测仪6检测的钢丝绳的lma(loss of metallic cross
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sectional area，金属横截面积损失)、lf(local flaw，局部损伤)和高速摄像机8’检测的直径变化来确定钢丝绳的磨损程度。
49.在本实施方式中，在与所述磁漏检测仪6的同一段钢丝绳上设置有配重物18，以减小该段绳的振动，降低噪声，提高磨损检测准确性。如图4所示，所述配重物18包括底板33、挡板34、及压条35，其中，两个挡板34固定在支撑结构5上，并具有允许钢丝绳4通过的孔(未示出)，在两个挡板34之间，在钢丝绳4上吊装有压条35，所述压条35具有允许钢丝通过的孔(未示出)，并且压条35上放置有配重体，配重体的数量可以根据需要增减，在挡板34的下侧安装底板33从而将压条35封装在挡板34、底板33限定的空间内，可以降低钢丝绳4移动的噪声，并且挡板34可以防止压条35碰撞第二实验轮1’。在可选的实施方式中，只要该段绳的振动在可接受的范围内，可以省略所述配重物。
50.在本实施方式中，所述主控系统与磁漏检测仪6、红外热像仪7、以及高速摄像机8、8’通信连接，接收检测数据，并对所述检测数据进行处理，以观测所述曳引绳的时变特性和/或评估所述曳引绳的可靠性和使用寿命。所述主控系统包括plc(可编程逻辑控制器)、主机15以及其他电器元件16。主机15上安装有一套数据处理系统，收集各检测装置测量到的数据并加以处理，模拟相关参数变化曲线，用以观测高速电梯钢丝绳4由于速度升高而体现的时变性，并进一步可以评估钢丝绳4的可靠性和使用寿命。在一些实施方式中，所述主控系统包括存储器和处理器，存储器上存储有数据和计算机可读指令，处理器执行所述计算机可读指令来对所述检测数据进行处理，以观测所述曳引绳的时变特性和/或评估所述曳引绳的可靠性和使用寿命。其中，存储的数据可以包括测试前设置的设定值、测试时输入值以及检测值(即检测数据)。图5示出了测试逻辑，其中，设定值包括诸如绳径、根数、材质、弹性模量的初始属性，在测试前设定在主控系统中，实验用的速度和载荷作为输入值输入到主控系统中。所述处理器执行所述计算机可读指令根据预先设定的初始属性、输入的实验用速度和载荷、以及接收的所述检测数据生成所述磨损程度、温度变化、振动特性与所述初始属性、载荷、速度之间的时变特性关系。例如，根据所述检测数据生成所述磨损程度、温度变化、振动特性随时间变化的曲线，即得到磨损程度时变特性、温度时变特性和振动时变特性，并且，可以根据初始属性、载荷、速度对这些时变特性进行分类、统计、分析。例如，分析特定载荷、速度下钢丝绳的所述时变特性，并进一步可以根据时变特性评估使用寿命；也可以分析特定材质、绳径等属性的钢丝绳的所述时变特性，并评估具有所述属性的钢丝绳的使用寿命。在可选的实施方式，主控系统还可以获取用于检测曳引绳的张力的拉力传感器的读数变化，并生成张力变化曲线。
51.本发明实施方式通过磁漏检测仪6与高速摄影机8’测得不同绳径、材质等的钢丝绳4在不同速度及载荷下的磨损数据，通过数据处理在主机15上显示lma，lf，及直径变化曲
线，获得钢丝绳4完整的损伤数据；通过位于钢丝绳4上方的高速摄影机8，对高速运动的钢丝绳4进行高速拍摄，通过图像处理技术获得钢丝绳4横向振动数据，并通过软件对数据处理获得钢丝绳4振动的时域和频域波形。通过第一实验轮1上方的红外热成像仪7，检测实验轮1中钢丝绳4温度变化，并对数据进行红外图像处理，将温度数据变化显示在主机15上。并通过以上数据，可以对钢丝绳4进行可行性估计和寿命预测。
52.在本实施方式中，如图1所示，在所述第一实验轮1、第二实验轮1’、加载轮2、第一导向轮3、第二导向轮3’的对应位置分别设置有防跳护罩19，各个轮的与所述钢丝绳接触的部分的外侧被相应的防跳护罩19覆盖。由此，能够将降低摩擦噪声，并且，当钢丝绳4由于高速度出现崩断时，能够有效减轻对装置的损坏，保障实验人员和装置的安全。在可选的实施方式中，可以省略所述防跳护罩，或者，可以在部分轮处设置防跳护罩。
53.以上对本发明的测试装置的结构进行了详细说明，下面对测试过程进行具体说明。
54.在一些实施方式中，选择好检测用钢丝绳4后，在主控系统设定钢丝绳4的绳径、根数、材质、弹性模量等一者或多者作为初始属性。将钢丝绳4正确平稳地布置在各轮上，驱动系统设定好测量的速度，加载系统设定好施加的载荷。当钢丝绳4开始运动时，测试系统开始工作，磁漏检测仪6位于钢丝绳4振动较小的部位，用于检测钢丝绳4内部损伤；高速摄像机8、8’安装在钢丝绳4上方和磁漏检测仪6附近，通过图像处理分别获得钢丝绳4的直径变化及钢丝绳4的振动情况；红外热成像仪7安装在第一实验轮1上方，实时监测钢丝绳4与第一实验轮1摩擦产生的温度变化。
55.在一些实施方式中，所述测试过程包括：
56.a.将钢丝绳固定在测试装置上，并通过加载系统将钢丝绳初步张紧。
57.b.在主控系统设定钢丝绳的绳径、根数、材质、弹性模量等初始属性。可选的，步骤b可以在步骤a之前处理。
58.c.通过驱动系统的伺服驱动器设定好钢丝绳的移动速度，通过加载系统的液压装置设定钢丝绳的初始载荷并通过传感器测试出该载荷。
59.d.当钢丝绳4开始运动时，测试装置开始工作，检测高速运动的钢丝绳的磨损程度、振动特性以及温度变化：
60.1)将钢丝绳的磨损程度随着时间的时变函数定义为其中φ(t)表示原钢丝绳直径，φ1(t)表示随时间变化后的钢丝绳直径。在特定速度和载荷下对钢丝绳的磨损程度进行检测，将检测数据发送到主控系统，并在主控系统中输入所述特定速度和载荷，主控系统进行下述处理：将检测数据按照上述时变函数生成磨损程度的时变曲线，即磨损程度时变特性；将所述钢丝绳的磨损程度与磨损阈值及其时变特性与时变阈值进行比较；如果所述磨损程度及其时变特性任意一者小于相应的阈值，则确定所述钢丝绳磨损程度时变特性可靠；进而，还可以根据所述时变曲线和相应的阈值来预估在该特定速度和载荷下钢丝绳的使用寿命。
61.2)将钢丝绳的振动特性随着时间的时变函数定义为γ＝γ(t)，其中γ(t)表示随着时间的振动特性值。在特定速度和载荷下对钢丝绳的振动特性进行检测，将检测数据发送到主控系统，并在主控系统中输入所述特定速度和载荷，主控系统进行下述处理：将检测数据按照上述时变函数生成振动特性的时变曲线，即振动时变特性；将所述振动特性的时
变特性与振动特性时变阈值比较；如果所述振动特性的时变特性小于振动特性时变阈值，则确定在该特定速度和载荷下，所述钢丝绳振动时变特性可靠；进而，可以根据所述振动特性的时变曲线预估在该特定速度和载荷下钢丝绳的使用寿命。
62.3)将钢丝绳的温度变化随着时间的时变函数定义为t＝t(t)，其中t(t)表示随着时间的温度变化时间特性值。在特定速度和载荷下对钢丝绳的温度变化进行检测，将检测数据发送到主控系统，并在主控系统中输入所述特定速度和载荷，主控系统进行下述处理：将检测数据按照上述时变函数生成温度变化的时变曲线，即温度时变特性；将所述温度时变特性与温度特性的时变阈值比较；如果温度时变特性小于对应温度特性阈值，则确定在该特定速度和载荷下，所述钢丝绳温度时变特性可靠；进而，可以根据所述温度变化的时变曲线预估在该特定速度和载荷下钢丝绳的使用寿命。
63.e.在步骤c中改变钢丝绳的速度和载荷，重复步骤d继续检测出钢丝绳的磨损程度、振动特性以及温度变化。
64.以上以钢丝绳为例对本发明的测试装置进行了具体说明，但本发明不限于此，可以对其他材质的高速电梯用曳引绳进行测试。并且，应当理解，如果将移动速度设置为普通电梯的速度，本发明的测试装置也可以用于对普通电梯用曳引绳进行测试。
65.本领技术人员应当理解，以上所公开的仅为本发明的实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，依本发明实施方式所作的等同变化，仍属本发明权利要求所涵盖的范围。