基于超声导波的升降电梯曳引机主轴断裂检测方法.pdf
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1、西部特种设备第 6 卷 第 1 期2023 年 2 月Vol.6 No.1Feb.2023WESTERN SPECIAL EQUIPMENT基于超声导波的升降电梯曳引机主轴断裂检测方法倪贝尔 (甘肃省特种设备检验检测研究院甘肃兰州730050)摘 要:为促进电梯运行安全,针对当前电梯曳引机主轴断裂检测存在裂纹定位精度低等问题,在引入超声导波技术的基础上,开展对电梯曳引机主轴断裂检测方法的设计研究。在明确曳引机结构、计算主轴载荷等基本参数的基础上,确定电梯曳引机主轴运行参数,再引入超声导波技术,在电梯曳引机主轴两端各安装一个超声波压电换能器,通过高频振荡信号发送装置和功率放大装置传输超声导波信号
2、,根据传输结果,确定主轴是否存在断裂,实现电梯曳引机主轴断裂检测。通过对比实验的方式,将新的检测方法与基于物联网的检测方法应用到相同实验环境下,验证新的检测方法应用可行性更高,且能够对主轴裂纹位置进行高精度定位。关键词:超声导波;曳引机;检测;断裂;主轴;电梯中图分类号:U213.4+3 文献标志码:A 文章编号:2096-4765(2023)01-034-005Ultrasonic Guided Wave Based Fracture Detection Method for Main Shaft of Elevator Traction MachineNi Beier(Gansu Prov
3、incial Institute of Special Equipment Inspection and Testing,Lanzhou,Gansu 730050)Abstract:In order to promote the safety of elevator operation,aiming at the low accuracy of crack location in the current elevator traction machine spindle fracture detection,based on the introduction of ultrasonic gui
4、ded wave technology,the design and research of elevator traction machine spindle fracture detection method are carried out.On the basis of clarifying the basic parameters such as the structure of the traction machine and calculating the load of the main shaft,the operating parameters of the main sha
5、ft of the elevator traction machine are determined,and then the ultrasonic guided wave technology is introduced.An ultrasonic piezoelectric transducer is 收稿日期:2022-10-12 作者简介:倪贝尔(1989),男,学士,工程师,主要从事电梯检验工作。第 6 卷 第 1 期35引言升降电梯(以下简称电梯)是一种垂直型交通运输设备,当前各类建筑的楼层逐渐增高,人们逐渐认为电梯是生活中不可缺少的运输工具。随着人们的需求增加,电梯数量也快速增加
6、,并且电梯的使用频率也逐渐提高。然而,电梯在为人们提供更大便利的同时也带来了一定的安全隐患。由于有的电梯管理及维护经营不善,常常会出现电梯困人、伤人等安全事故,引起了社会各界的广泛关注1。电梯在生产和运行时,必须严格按照安全标准,但随着电梯使用年限的增加以及不合理的维护,电梯在运行中常常会出现磨损、老化等问题。电梯运行风险问题是用于衡量电梯运行危险性的重要指标,对于电梯运行中产生的各类风险因素进行有效辨识,并根据具体电梯运行情况进行深入分析,才能够保障电梯的安全。有的研究人员2采用物联网技术进行电梯起重机械钢丝绳故障特征的多维信息融合检测,提取电梯起重机械钢丝绳故障的高分辨关联特征量,根据电子
7、元件和机械元件的故障相似度进行故障辨识检测。但是该方法的检测精度较低。而电梯曳引机的故障包含多种类型,常见类型包括电动机故障、主轴断裂等。曳引机一旦出现故障,就会造成电梯整体的运行失去稳定性,并进一步造成安全事故。因此,电梯曳引机对于电梯安全而言十分重要。针对此种情况,本文在引入超声导波技术的基础上,开展对电梯曳引机主轴断裂检测方法的设计研究。1 电梯曳引机主轴运行参数确定在对电梯曳引机主轴断裂进行检测前,首先需要确定电梯曳引机在正常工况下的运行参数3。假设在电梯运行荷载稳定的状态下,电梯需要按照规定时间连续工作,同时不同电梯的工作寿命也不同4。因此,需要根据实际情况,先确定曳引机主轴运行过程
8、中的各项参数数值。电梯曳引机的核心结构为内转子结构,由于其结构具备极高的精度要求,因此在对其断裂问题进行监测时,除了考虑到其强度和刚度以外,还需要重视其加工和装配工艺5。图 1 为电梯曳引机主轴结构受力示意图。图 1 中为电梯曳引机前轴支撑节点;为电梯曳引机后轴支撑节点;为曳引机中心节点;为转子的中心节点。图 1 中 F 表示为主轴与曳引轮连接位置上的受力;M 表示为主轴扭矩在确保上述各项条件均符合要求的基础上,结合电梯installed at both ends of the main shaft of the elevator traction machine.The ultrasonic
9、 guided wave signal is transmitted through the high-frequency oscillation signal transmission device and the power amplification device.According to the transmission results,whether the main shaft is broken is determined to realize the fracture detection of the main shaft of the elevator traction ma
10、chine.By means of comparative experiments,the new detection method and the detection method based on the Internet of things are applied to the same experimental environment to verify that the new detection method is more feasible and can locate the crack position of the spindle with high precision.K
11、eywords:Ultrasonic guided wave;Traction machine;Detection;Fracture;Main shaft;Elevator倪贝尔:基于超声导波的电梯曳引机主轴断裂检测方法362023 年 2 月西 部 特 种 设 备及曳引机的具体规格,确定主轴最危险截面的安全系数,其公式为:(1)上述公式中,n 为电梯曳引机主轴最危险截面安全系数;n1为主轴结构抗弯安全系数;n2为主轴结构抗扭安全系数。在此基础上,对电梯曳引机主轴的刚度进行计算。通常情况下,主轴结构的最大挠度应当不小于曳引机定子与转子之间气隙的 0.1 倍,其表达式为:fmax 0.1L (2
12、)上述公式中,fmax为电梯曳引机主轴的最大挠度;L 为曳引机定子和转子之间的气隙。再针对电梯曳引机主轴的非正常荷载进行校核,当主轴的荷载处于非正常区间范围则极易造成主轴出现断裂现象6。假设一种非正常荷载,对主轴最危险截面的安全系数进行计算,假设其最危险截面安全系数为 n0,则需要满足 n01 的条件。将上述计算得出的数据作为依据,在电梯曳引机主轴断裂检测中通过各项运行参数的变化能够初步判断主轴是否存在裂纹或断裂情况。2 超声导波信号传输在上述论述基础上,初步获得数据依据,为了实现对主轴断裂进行无损检测,引入超声导波技术。根据主轴材料良好的固体声传播条件,在电梯曳引机主轴两端各安装一个超声波压
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