CN109928285B - 电梯复合钢带在线健康预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯复合钢带在线健康预测方法，包括：采集电梯的复合钢带的运行参数并构建运行参数集；根据电梯的安装参数及服役建筑物参数对复合钢带进行分段；根据运行参数集确定每段复合钢带对应的受载频数和载荷类型；利用微动磨损模型预测每段复合钢带的损伤情况和复合钢带内嵌钢丝绳的电阻变化情况；利用误差最小原理确定相比于运行参数集的最优健康预测结果；输出复合钢带的健康预测结果。通过本发明的技术方案，实现了复合钢带的在线自动健康监测和安全预警，硬件成本低，实用性强。

Description

电梯复合钢带在线健康预测方法及装置

技术领域

本发明涉及电梯***技术领域，尤其涉及一种电梯复合钢带在线健康预测方法和一种电梯复合钢带在线健康预测装置。

背景技术

电梯是服务于建筑物内特定楼层的固定式升降设备，其中的直梯常用于较高的楼层，直梯***通常包括轿厢、配重、驱动装置、控制***以及承载部件。承载部件安全强度是保证电梯***安全的重要指标，传统上使用钢丝绳作为承载部件。最近引入了一种其它类型的承载部件，一个例子是封装在聚氨酯护套内的多条钢丝绳构成的复合钢带。采用复合钢带具有节能、耐磨、低噪等优点，正被越来越多的电梯***所采用。

新式带状张紧构件的引入，就产生了对该新式带状构件的检测/监测技术需求。张紧构件采用了高耐磨的聚氨酯护套，这限制了对构件的目测检查或视觉检测。一种方式是使用测量张紧构件电阻的方法，确定带的强度。该技术的使用基于以下事实：钢丝绳张紧构件的横截面积、疲劳程度与该张紧构件的电阻直接相关。因此，检测张紧构件的电阻就可提供张紧构件健康状况的指示。例如，奥蒂斯电梯公司提出的“一种监测电梯承载构件的状况的方法及其装置”，可以实现复合钢带内钢丝绳电阻的监测，但该方法只给出了测量电阻的方法，并未给出通过电阻评价复合钢带健康状况的方法。

通过整根钢丝绳的总体电阻来评价钢丝绳的健康状况，其复杂性在于，整根钢丝绳受到的磨损是非均匀的，也就是说在钢丝绳长度方向的不同位置，钢丝绳所受的磨损是非均匀的，其单位长度的电阻变化是各不相同的。在电梯运行过程中，每段钢丝绳所受载荷的频次是不同的，它与电梯停层有关。而电阻的变化与所受的微动磨损具有很大的关系，微动磨损的产生主要源于钢丝绳受到弯曲载荷作用。

因此，通过电阻法反映复合钢带的健康状况，需要一种有效的方法和装置，将测得的总体电阻与所受的弯曲载荷频次相关联，找出复合钢带受损最严重的段落的描述参数，用于预测复合钢带的健康状况和寿命。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供了一种电梯复合钢带在线健康预测方法及装置，通过多次监测采集从电梯安装开始时刻至当前时刻的运行参数，构建电梯钢带运行参数集，结合电梯及其服役建筑物的楼层数和层高对复合钢带进行分段，基于电阻法预测复合钢带的健康状况，将测得的钢丝绳总体电阻与所受的弯曲载荷频次相关联，运用微动磨损模型估计复合钢带内每段内嵌钢丝绳的损伤情况，最终给出复合钢带的健康状况和寿命预测结果，并且根据电梯钢带运行参数集不断地修正评估参数，实现复合钢带的在线自动健康监测和安全预警，硬件成本低，实用性强。

为实现上述目的，本发明提供了一种电梯复合钢带在线健康预测方法，包括：采集电梯的复合钢带的运行参数并构建运行参数集；根据所述电梯的安装参数及服役建筑物参数对所述复合钢带进行分段；根据所述运行参数集确定每段复合钢带对应的受载频数和载荷类型；利用微动磨损模型预测每段所述复合钢带的损伤情况和所述复合钢带内嵌钢丝绳的电阻变化情况；利用误差最小原理确定相比于所述运行参数集的最优健康预测结果；输出所述复合钢带的健康预测结果。

在上述技术方案中，优选地，所述采集电梯的复合钢带的运行参数具体包括：以预设周期采集电梯安装运行时刻开始后所述复合钢带的运行参数，所述运行参数包括当前时刻所述复合钢带内每根所述钢丝绳的电阻、上一次采集到当前时刻的时间段内所述电梯的停层信息、当前时刻所述电梯的电梯井内的环境温度。

在上述技术方案中，优选地，所述根据所述电梯的安装参数及服役建筑物参数对所述复合钢带进行分段具体包括：根据电梯型号、所述复合钢带的总长、楼层层数、楼层高度、电梯安装结构尺寸对所述电梯的复合钢带进行分段；所述复合钢带对应每层停层分为5段，分段节点由每层停层对应的节点投影至整条所述复合钢带所形成的全部节点所确定。

在上述技术方案中，优选地，所述根据所述运行参数集确定每段复合钢带对应的受载频数和载荷类型具体包括：所述复合钢带的受载频数统计方法为：当所述电梯的轿厢由第k层上升至第k+l层或由第k+l层下降至第k层，则该段复合钢带对应的受载频数加1递增，其中，所述载荷类型包括轴向拉伸载荷、所述复合钢带经过滑动轮承受的弯曲载荷、所述复合钢带经过曳引轮承受的弯曲载荷以及所述复合钢带经过轿厢底轮承受的弯曲载荷。

在上述技术方案中，优选地，所述利用微动磨损模型预测每段所述复合钢带的损伤情况和所述复合钢带内嵌钢丝绳的电阻变化情况具体包括：采用微动磨损模型计算每段复合钢带内钢丝绳的损伤，对于第j次监测评估第i段钢丝绳的损伤的计算公式为：

通过损伤模型预测当前时刻的复合钢带内嵌的钢丝绳的电阻变化为：

其中，n_ji为对应第i段钢丝绳的截止当前的累计受载频数，N_ji为对应第i段钢丝绳第j次预测的寿命，r(β_j)为与载荷相关的系数，其数值范围由实验确定，R₀₀为室温下(20℃)未受载荷损伤时钢丝绳的初始电阻，nseg为复合钢带分段的总段数。

在上述技术方案中，优选地，所述利用误差最小原理确定相比于所述运行参数集的最优健康预测结果具体包括：比较并确定从第1次至第j次预测的电阻变化与实测电阻变化的差值均方误差最小值对应的预测结果作为最优健康预测结果，即满足均方误差最小式：

其中，ΔR_j0＝R_j0-R₀₀为第j次实际测量换算至室温下的电阻变化。R_j0为第j次实际测量换算至室温下的钢丝绳电阻，其换算关系为：其中，R_jT为第j次实际测量的钢丝绳电阻，T_j为电梯井环境温度，α为钢丝绳的电阻温度系数。

在上述技术方案中，优选地，所述最优健康预测结果为满足所述均方误差最小式时对应的N_ji和D_ji,所述钢丝绳的损伤状况为max_iD_ji，剩余强度为(1-max_iD_ji)×100％，剩余寿命为RoL_j＝N_ji-n_ji。

在上述技术方案中，优选地，采用遍历原则进行全范围遍历从而预测所述钢丝绳的寿命N_ji和载荷相关系数r(β_j)。

本发明还提出一种电梯复合钢带在线健康预测装置，包括参数采集器、健康预测器和结果输出器，所述参数采集器包括电阻采集装置、位置传感器、温度传感器，所述电阻采集装置用于采集所述复合钢带内嵌的每根钢丝绳的电阻，所述位置传感器用于采集所述电梯的停层信息，所述温度传感器用于采集所述电梯的电梯井内的环境温度，所述健康预测器根据所述参数采集器采集到的参数信息，确定针对所述复合钢带的最优健康预测结果；所述结果输出器将所述最优健康预测结果输出，并在所述复合钢带的剩余强度低于预设安全容限时发出报警信息。

在上述技术方案中，优选地，所述电阻采集装置按照预设周期采集所述钢丝绳的电阻，所述温度传感器按照预设周期采集所述电梯井内的环境温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明可以自电梯安装之日起，以一定的监测周期自动监测、预测复合钢带的健康状况，无需要人工介入，自动程度高；

(2)本发明考虑了复合钢带长度方向上不同段落所受载荷及受载频次的差异，有效地提高了预测结果的准确性；

(3)本发明还考虑了不同井道环境温度对测量结果的影响，引入温度修正，具有更广泛的适用性；

(4)本发明硬件成本低，实用性强。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的电梯复合钢带在线健康预测方法的流程示意图；

图2为本发明一种实施例公开的电梯复合钢带在线健康预测方法的流程框图；

图3为本发明一种实施例公开的电梯的结构示意图；

图4为本发明一种实施例公开的电梯复合钢带在线健康预测装置的结构原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1和图2所示，根据本发明提供的一种电梯复合钢带在线健康预测方法，包括：采集电梯的复合钢带的运行参数并构建运行参数集；根据电梯的安装参数及服役建筑物参数对复合钢带进行分段；根据运行参数集确定每段复合钢带对应的受载频数和载荷类型；利用微动磨损模型预测每段复合钢带的损伤情况和复合钢带内嵌钢丝绳的电阻变化情况；利用误差最小原理确定相比于运行参数集的最优健康预测结果；输出复合钢带的健康预测结果。

在该实施例中，上述复合钢带在线健康预测方法，包括以下步骤：

(1)采集电梯钢带运行参数：从电梯安装运行时刻开始，以一定的周期采集并记录电梯钢带运行参数，包括当前时刻复合钢带内每根钢丝绳的电阻、上一次采集到当前时刻这一时段内电梯停层信息、当前时刻电梯井内的环境温度，构建电梯钢带运行参数集。

其中，优选地，电梯选用强度试验梯，从电梯安装运行时刻开始，以7天为一采样周期，每隔7天记录一次电梯钢带的运行参数，包括钢带内每根钢丝绳的电阻值、7天内电梯停层信息、当前电梯井内温度，并对测得的电阻值进行温度补偿换算，得到在室温时对应的修正电阻值，构建电梯复合钢带运行参数集。

(2)电梯复合钢带分段：依据电梯型号、钢带总长、楼层层数、楼层高度、电梯安装结构尺寸，对电梯钢带进行分段。

如图3所示，电梯复合钢带的分段标准是每段钢带经受不同的载荷。每层停层可以分为5段，对应a、b、c、d、w。对于楼层层数为m的建筑结构所使用的电梯，分段节点由每层停层对应的节点投影至整条复合钢带所形成的全部节点所确定，整条钢带的总分段数为nseg＝5×m，对应的每段长度为L＝{L₁,L₂,……,L_nseg}，总绳长为：L＝sum(L_i)。

在上述实施例中，强度试验梯具有2个停层位置，电梯钢带可分总段数nseg＝5×2，共10段，根据电梯安装尺寸和服役建筑结构尺寸对复合钢带划分节点，记录每段的长度及总长。记为L＝{L1,L2,……,L10}，总带(绳)长为：L＝sum(L_i)(i＝1,2,…,10)。

(3)受载频数导入：根据电梯复合钢带运行参数集记录的电梯停层信息，为分段后的每一段钢带导入对应的载荷类型和受载频数。

在上述实施例中，载荷类型分为轴向拉伸载荷、复合钢带经过滑动轮R1承受的弯曲载荷、复合钢带经过曳引轮R2承受的弯曲载荷、复合钢带经过轿厢底轮R3承受的弯曲载荷、以及复合钢带经过轿厢底轮R4承受的弯曲载荷。为钢带的每一段导入载荷类型和受载频数，载荷类型包括轴向拉伸、R1弯曲、R2弯曲、R3弯曲、R4弯曲，受载频次由停层信息导入，第j次受载频次为前面所有j次(包括第j次)的累加，具体的，当轿厢由第k层上升至第k+l层或者由第k+l层下降至第k层，经过上述R1、R2、R3、R4轮弯曲的绳段对应的受载频数加1递增。

(4)损伤情况预测：采用微动磨损模型评估每一段钢带内钢丝绳的损伤。

在上述实施例中，针对六芯复合钢带，具有6根钢丝绳芯，需要对每一根钢丝绳分别预测。对其中一根钢丝绳预测的第i(i＝1,2,…,10)段，第j次监测评估的损伤为：

当前第j次预测的钢带内嵌钢丝绳的预测电阻变化为：

其中，n_ji为对应第i段钢丝绳的截止当前的累计受载频数，N_ji为对应第i段钢丝绳第j次预测的寿命，r(β_j)为与载荷相关的系数，其数值范围由实验确定，R₀₀为室温下(20℃)未受载荷损伤时钢丝绳的初始电阻。

(5)预测结果寻优：在实施例中，在寿命参数N_ji、载荷指数r(β_j)的可能取值范围内遍历，重复以上步骤(4)，寻找最优预测的原则为满足从第1次到第j次，预测的电阻变化与实测的电阻变化的差值均方误差最小，即寻找满足如下式子的那一组寿命参数N_ji、载荷指数r(β_j)，即为最优的预测结果。

其中，ΔR_j0＝R_j0-R₀₀为第j次实际测量换算至室温下的电阻变化。R_j0为第j次实际测量换算至室温下的钢丝绳电阻，其换算关系为：

其中，R_jT为第j次实际测量的钢丝绳电阻，T_j为电梯井环境温度，α为钢丝绳的电阻温度系数。

(6)预测结果输出：与最优预测结果相对应，钢丝绳的磨损状况以最大磨损处的损伤值为标记，记为max_iD_ji，对应的剩余强度为(1-max_iD_ji)×100％，对应的剩余寿命为RoL_j＝N_ji-n_ji。以上参数作为输出结果，且当剩余强度低于安全容限时，发出报警。

在上述实施例中，运用本电梯复合钢带在线健康预测方法，每一次监测完成后都会得到一个最优的预测结果，以当前最新的预测结果作为最终的预测结果进行输出。

如图4所示，本发明还提出一种电梯复合钢带在线健康预测装置，包括参数采集器、健康预测器和结果输出器，参数采集器包括电阻采集装置、位置传感器、温度传感器，电阻采集装置用于采集复合钢带内嵌的每根钢丝绳的电阻，位置传感器用于采集电梯的停层信息，温度传感器用于采集电梯的电梯井内的环境温度，健康预测器根据参数采集器采集到的参数信息，确定针对复合钢带的最优健康预测结果；结果输出器将最优健康预测结果输出，并在复合钢带的剩余强度低于预设安全容限时发出报警信息。

在上述实施例中，优选地，电阻采集装置按照预设周期采集钢丝绳的电阻，温度传感器按照预设周期采集电梯井内的环境温度。

根据上述实施例提出的电梯复合钢带在线健康预测方法及装置，通过多次监测采集从电梯安装开始时刻至当前时刻的运行参数，构建电梯钢带运行参数集，结合电梯及其服役建筑物的楼层数和层高对复合钢带进行分段，基于电阻法预测复合钢带的健康状况，将测得的钢丝绳总体电阻与所受的弯曲载荷频次相关联，运用微动磨损模型估计复合钢带内每段内嵌钢丝绳的损伤情况，最终给出复合钢带的健康状况和寿命预测结果，并且根据电梯钢带运行参数集不断地修正评估参数，实现复合钢带的在线自动健康监测和安全预警，硬件成本低，实用性强。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电梯复合钢带在线健康预测方法，其特征在于，包括：

采集电梯的复合钢带的运行参数并构建运行参数集；

根据所述电梯的安装参数及服役建筑物参数对所述复合钢带进行分段；

根据所述运行参数集确定每段复合钢带对应的受载频数和载荷类型；

利用微动磨损模型预测每段所述复合钢带的损伤情况和所述复合钢带内嵌钢丝绳的电阻变化情况，具体包括：

采用微动磨损模型计算每段复合钢带内钢丝绳的损伤，对于第j次监测评估第i段钢丝绳的损伤的计算公式为：

通过损伤模型预测当前时刻的复合钢带内嵌的钢丝绳的电阻变化为：

其中，n_ji为对应第i段钢丝绳的截止当前的累计受载频数，N_ji为对应第i段钢丝绳第j次预测的寿命，r(β_j)为与载荷相关的系数，其数值范围由实验确定，R₀₀为室温下(20℃)未受载荷损伤时钢丝绳的初始电阻，

nseg为复合钢带分段的总段数；

利用误差最小原理确定相比于所述运行参数集的最优健康预测结果；

输出所述复合钢带的健康预测结果。

2.根据权利要求1所述的电梯复合钢带在线健康预测方法，其特征在于，所述采集电梯的复合钢带的运行参数具体包括：

以预设周期采集电梯安装运行时刻开始后所述复合钢带的运行参数，所述运行参数包括当前时刻所述复合钢带内每根所述钢丝绳的电阻、上一次采集到当前时刻的时间段内所述电梯的停层信息、当前时刻所述电梯的电梯井内的环境温度。

3.根据权利要求1所述的电梯复合钢带在线健康预测方法，其特征在于，所述根据所述电梯的安装参数及服役建筑物参数对所述复合钢带进行分段具体包括：

根据电梯型号、所述复合钢带的总长、楼层层数、楼层高度、电梯安装结构尺寸对所述电梯的复合钢带进行分段；

所述复合钢带对应每层停层分为5段，分段节点由每层停层对应的节点投影至整条所述复合钢带所形成的全部节点所确定。

4.根据权利要求1所述的电梯复合钢带在线健康预测方法，其特征在于，所述根据所述运行参数集确定每段复合钢带对应的受载频数和载荷类型具体包括：

所述复合钢带的受载频数统计方法为：当所述电梯的轿厢由第k层上升至第k+l层或由第k+l层下降至第k层，则该段复合钢带对应的受载频数加1递增，

其中，所述载荷类型包括轴向拉伸载荷、所述复合钢带经过滑动轮承受的弯曲载荷、所述复合钢带经过曳引轮承受的弯曲载荷以及所述复合钢带经过轿厢底轮承受的弯曲载荷。

5.根据权利要求1所述的电梯复合钢带在线健康预测方法，其特征在于，所述利用误差最小原理确定相比于所述运行参数集的最优健康预测结果具体包括：

比较并确定从第1次至第j次预测的电阻变化与实测电阻变化的差值均方误差最小值对应的预测结果作为最优健康预测结果，即满足均方误差最小式：

其中，ΔR_j0＝R_j0-R₀₀为第j次实际测量换算至室温下的电阻变化，R_j0为第j次实际测量换算至室温下的钢丝绳电阻，其换算关系为：

其中，R_jT为第j次实际测量的钢丝绳电阻，T_j为电梯井环境温度，α为钢丝绳的电阻温度系数。

6.根据权利要求5所述的电梯复合钢带在线健康预测方法，其特征在于，所述最优健康预测结果为满足所述均方误差最小式时对应的N_ji和D_ji,所述钢丝绳的损伤状况为max_iD_ji，剩余强度为(1-max_iD_ji)×100％，剩余寿命为RoL_j＝N_ji-n_ji。

7.根据权利要求1所述的电梯复合钢带在线健康预测方法，其特征在于，采用遍历原则进行全范围遍历从而预测所述钢丝绳的寿命N_ji和载荷相关系数r(β_j)。

8.一种电梯复合钢带在线健康预测装置，其特征在于，应用如权利要求1至7中任一项所述的电梯复合钢带在线健康预测方法，包括参数采集器、健康预测器和结果输出器，

所述参数采集器包括电阻采集装置、位置传感器、温度传感器，所述电阻采集装置用于采集所述复合钢带内嵌的每根钢丝绳的电阻，所述位置传感器用于采集所述电梯的停层信息，所述温度传感器用于采集所述电梯的电梯井内的环境温度，

所述健康预测器根据所述参数采集器采集到的参数信息，确定针对所述复合钢带的最优健康预测结果，具体根据运行参数集确定每段复合钢带对应的受载频数和载荷类型；

利用微动磨损模型预测每段所述复合钢带的损伤情况和所述复合钢带内嵌钢丝绳的电阻变化情况，具体包括：

采用微动磨损模型计算每段复合钢带内钢丝绳的损伤，对于第j次监测评估第i段钢丝绳的损伤的计算公式为：

通过损伤模型预测当前时刻的复合钢带内嵌的钢丝绳的电阻变化为：

其中，n_ji为对应第i段钢丝绳的截止当前的累计受载频数，N_ji为对应第i段钢丝绳第j次预测的寿命，r(β_j)为与载荷相关的系数，其数值范围由实验确定，R₀₀为室温下(20℃)未受载荷损伤时钢丝绳的初始电阻，

nseg为复合钢带分段的总段数；

利用误差最小原理确定相比于所述运行参数集的所述最优健康预测结果；所述结果输出器将所述最优健康预测结果输出，并在所述复合钢带的剩余强度低于预设安全容限时发出报警信息。

9.根据权利要求8所述的电梯复合钢带在线健康预测装置，其特征在于，所述电阻采集装置按照预设周期采集所述钢丝绳的电阻，所述温度传感器按照预设周期采集所述电梯井内的环境温度。