王 璇 武 瀟 穆 彤(天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 天津 300192)

曳引式電梯平衡系數(shù)檢測(cè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

王 璇 武 瀟 穆 彤
(天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 天津 300192)

簡(jiǎn)要介紹了曳引式電梯平衡系數(shù)的本質(zhì)和意義；分析了現(xiàn)行的各種針對(duì)曳引式電梯平衡系數(shù)檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)曳引式電梯平衡系數(shù)檢測(cè)的未來發(fā)展趨勢(shì)做出了展望。

曳引式電梯 平衡系數(shù) 檢驗(yàn)方法 智能化

隨著經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高層建筑在城市之中不斷涌現(xiàn)，轎廂式電梯作為一種高效的垂直運(yùn)輸交通工具，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠帧！短胤N設(shè)備安全監(jiān)察條例》第五條規(guī)定“特種設(shè)備生產(chǎn)、使用單位的主要負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)對(duì)本單位特種設(shè)備的安全和節(jié)能全面負(fù)責(zé)”，可見電梯運(yùn)行的節(jié)能性越發(fā)受到人們的關(guān)注。平衡系數(shù)是保證電梯安全運(yùn)行和節(jié)能的一項(xiàng)重要特征參數(shù)，它不僅關(guān)系到電梯的運(yùn)行性能，而且還影響電梯的使用壽命及對(duì)重的質(zhì)量和電梯的不平衡載荷[1]。當(dāng)電梯的最大曳引力小于電梯最大不平衡載荷時(shí)，鋼絲繩會(huì)在曳引輪繩槽內(nèi)打滑，引發(fā)事故。當(dāng)平衡系數(shù)取0.4～0.5時(shí)，對(duì)重裝置能夠有效地平衡轎廂內(nèi)變化的重量，從而降低曳引機(jī)功率損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。目前，按照《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》中規(guī)定的電梯平衡系數(shù)檢測(cè)方法比較繁瑣，僅在監(jiān)督檢驗(yàn)中進(jìn)行檢驗(yàn)，定期檢驗(yàn)中不再檢測(cè)此項(xiàng)。但是，檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)電梯在投入使用后，部分使用單位私自對(duì)轎廂內(nèi)部裝飾進(jìn)行修改[2]，這樣電梯的平衡系數(shù)發(fā)生了改變，致使電梯存在一定的安全隱患。

1 平衡系數(shù)的本質(zhì)

現(xiàn)代電梯驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)用最廣泛的是曳引驅(qū)動(dòng)，平衡系數(shù)是曳引式電梯設(shè)計(jì)的重要性能之一，也是曳引式電梯的重要參數(shù)之一。曳引式電梯是指曳引機(jī)工作時(shí)，通過鋼絲繩在曳引輪繩槽內(nèi)的摩擦力，帶動(dòng)鋼絲繩使轎廂和對(duì)重作相對(duì)運(yùn)行，轎廂在井道中沿導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)。對(duì)重裝置是曳引式電梯不可缺少的部分，它還平衡轎廂質(zhì)量和部分額定載荷，即[3]：W=G+KQ （1）式中：W——對(duì)重的重量；

G——轎廂的重量；

K——平衡系數(shù)；

Q——額定載重量。

由式（1）可知：平衡系數(shù)K的實(shí)質(zhì)就是配置對(duì)重質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)，用來均衡兩邊的重量。它的取值大小直接影響對(duì)重質(zhì)量和電梯的不平衡載荷。如果平衡系數(shù)達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小值0.4時(shí)，將不利于轎廂在最低層站時(shí)的曳引條件。滿載上行時(shí)，將增加曳引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的負(fù)荷，容易使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱；滿載下行時(shí)，容易發(fā)生不平層、鋼絲繩在曳引輪上打滑或電梯制動(dòng)器開閘后轎廂“溜車”現(xiàn)象。當(dāng)平衡系數(shù)超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大值0.5時(shí)，當(dāng)輕載運(yùn)行時(shí)可能會(huì)發(fā)生“沖頂”事故。

2 目前平衡系數(shù)測(cè)量的方法及缺點(diǎn)

2.1 電流法

這種方法是目前最常用的，也是《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》中規(guī)定的檢驗(yàn)方法。電梯在運(yùn)行中，由于轎廂內(nèi)的載重量不斷變換，所以曳引電動(dòng)機(jī)需要提供不同的轉(zhuǎn)矩，這樣才能保證電梯安全運(yùn)行。曳引電動(dòng)機(jī)的輸出功率和輸出力矩的關(guān)系為：

式中：P——曳引電動(dòng)機(jī)的輸出功率；T——曳引電動(dòng)機(jī)的輸出力矩；n——曳引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

由式（2）可知，在曳引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定的情況下，輸出力矩與輸出功率成正比。同時(shí)，曳引電動(dòng)

機(jī)的輸出功率還與輸入電壓和輸入電流有關(guān)，即：

式中：U——曳引電動(dòng)機(jī)的輸入電壓；

I——曳引電動(dòng)機(jī)的輸入電流；φ——曳引電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。

在不是臨時(shí)供電系統(tǒng)中，曳引電動(dòng)機(jī)的輸入電壓U波動(dòng)不大，而功率因數(shù)φ為定值，所以輸入電流I與功率P成正比，故輸入電流I也與輸出力矩T正比。根據(jù)這個(gè)原理，當(dāng)轎廂自重+轎廂側(cè)載荷重量=對(duì)重重量時(shí)，當(dāng)轎廂和對(duì)重運(yùn)行到同一位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的上、下行曳引電動(dòng)機(jī)輸入電流應(yīng)當(dāng)相等。

目前，應(yīng)用“電流法”檢測(cè)電梯平衡系數(shù)的過程如下：檢驗(yàn)前將轎廂和對(duì)重停在在一個(gè)水平線上，在鋼絲繩上做上標(biāo)識(shí)，轎廂分別裝載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%作上下全程運(yùn)行，一個(gè)人通過目測(cè)曳引繩上的標(biāo)識(shí)來判斷電梯轎廂是否與對(duì)重在同一水平線，另一個(gè)人用鉗形電流表測(cè)出這一時(shí)刻的電動(dòng)機(jī)電源輸入端的數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)手工繪制報(bào)告書中的平衡系數(shù)曲線圖，從而確定平衡系數(shù)。隨著電梯的發(fā)展，這種檢驗(yàn)方法漸漸的暴露出諸多缺點(diǎn)：1)耗時(shí)長(zhǎng)，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。一臺(tái)客梯光平衡系數(shù)試驗(yàn)就要1～2h，且需要在試驗(yàn)中反復(fù)的搬運(yùn)砝碼，效率十分低下。2)測(cè)試數(shù)據(jù)人為因素的影響較大。因?yàn)樾枰繙y(cè)曳引繩上的標(biāo)識(shí)來判斷轎廂和對(duì)重是否在同一水平線上，不同觀察者由于個(gè)體差異以及疲勞程度不同而出現(xiàn)數(shù)據(jù)差別，而且由目測(cè)判斷曳引繩標(biāo)識(shí)再到記錄電流表數(shù)據(jù)之間的時(shí)間差異也會(huì)使測(cè)試數(shù)據(jù)的精度降低。另外，在電梯速度比較高的情況下，根本無法準(zhǔn)確讀取測(cè)試數(shù)據(jù)。3)實(shí)驗(yàn)載荷不精確。由于目前在用的砝碼通常是20kg/件的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，所以對(duì)于某些載重量的電梯，試驗(yàn)時(shí)的載荷難以保證每一次加載都能準(zhǔn)確地控制在檢規(guī)規(guī)定的范圍內(nèi)造成誤差。4)另外描點(diǎn)、作曲線時(shí)由于描的線型和光滑程度不同，也會(huì)造成誤差；曲線圖繪制復(fù)雜、費(fèi)時(shí)，原始記錄要求在檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)完成，這樣一上午最多只能檢驗(yàn)1一臺(tái)，這樣的工作效率是完全不能滿足定期檢驗(yàn)工作需要的。

2.2 手動(dòng)盤車法

從平衡系數(shù)的本質(zhì)可知，當(dāng)轎廂裝載與平衡系數(shù)值相等的倍數(shù)的載重量時(shí)，曳引輪兩側(cè)的靜力矩應(yīng)當(dāng)平衡。最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方法就是在主機(jī)上松開制動(dòng)器，用人力在盤車手輪上感覺曳引輪兩側(cè)的力矩是否平衡，從而判斷曳引系數(shù)是否合理。這種方法優(yōu)勢(shì)十分明顯，電梯處于靜止?fàn)顟B(tài)，避免了由轎廂運(yùn)動(dòng)造成的阻力矩誤差，也能保證轎廂與對(duì)重在同一水平線上。但是這種方法人為因素的影響大，不同的檢驗(yàn)員可能會(huì)產(chǎn)生不同的檢測(cè)結(jié)果，而對(duì)于無盤車手輪的電梯來說，此項(xiàng)測(cè)量則根本進(jìn)行。

2.3 超聲—電流法

針對(duì)檢規(guī)規(guī)定的平衡系數(shù)檢測(cè)方法中，用目測(cè)曳引繩上的標(biāo)識(shí)來判斷轎廂和對(duì)重是否在同一水平線上產(chǎn)生的誤差這一缺點(diǎn)，中國(guó)科學(xué)大學(xué)及江蘇省特檢院的吳飛艷、張齊等利用超聲波測(cè)距原理[4]，通過檢測(cè)轎廂與對(duì)重的距離和轎廂與井道壁或其他障礙物的距離實(shí)現(xiàn)了平衡狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)。這種方法，需要進(jìn)行對(duì)重檢測(cè)學(xué)習(xí)，測(cè)試數(shù)據(jù)還能上傳計(jì)算機(jī)，建立原始數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對(duì)電梯的設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)和檢修具有一定的指導(dǎo)意義，并且其也能夠自動(dòng)檢測(cè)出轎廂和對(duì)重的平衡狀態(tài)，但仍避免不了“電流法”的其他缺點(diǎn)，并且安裝超聲波傳感器也存在一些難度。

2.4 “基于移動(dòng)電話的電梯平衡系數(shù)擬合測(cè)試軟件”

這種方法原理與“電流法”基本相同，但是它開發(fā)了一種自動(dòng)擬合平衡系數(shù)的軟件，這種軟件摒棄了傳統(tǒng)手工繪制曲線的一些缺點(diǎn)，并且適合電梯檢驗(yàn)移動(dòng)性大的特點(diǎn)，檢驗(yàn)結(jié)果的精確性得到了一定的提高。但是這種方法仍然需要反復(fù)地進(jìn)行加載試驗(yàn)，并不能解決效率低下這一根本問題。

2.5 盤車力矩法

針對(duì)“手動(dòng)盤車法”人為感覺盤車輪兩側(cè)的力矩是否平衡這一缺點(diǎn)，福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院泉州分院的李典偉等人設(shè)計(jì)了一種盤車力矩測(cè)試裝置，用來檢測(cè)上下盤車時(shí)所用的力，雖然這一方法解決了引入的人為誤差，但其需要注意的事項(xiàng)比較多，例如：進(jìn)行停電盤車操作時(shí)，要保證抱閘完全打開，避免抱閘與制動(dòng)輪的摩擦引入的誤差；力矩測(cè)試裝置要牢固安裝，測(cè)試過程中不應(yīng)有移位等等。最主要的是這種方法還是沒有解決無盤車輪的電梯平衡系數(shù)的測(cè)量問題，故沒能有在行業(yè)內(nèi)推展開。

3 平衡系數(shù)測(cè)量發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能化

近年來，隨著科學(xué)技技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器種類和數(shù)量不斷增多，各種新型技術(shù)和傳感器不斷涌現(xiàn)，如多信息融合技術(shù)、信息沖突性分析、大量程力傳感器、高精度激光傳感器、超聲波觸覺傳感器等。應(yīng)用新技術(shù)和新傳感器改進(jìn)現(xiàn)行平衡系數(shù)測(cè)量方法存在的諸多弊端，提高檢測(cè)報(bào)告的權(quán)威性、科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，使檢測(cè)結(jié)果更加精確，增強(qiáng)對(duì)客戶的說服力。

3.2 高效化

電梯平衡系數(shù)將重點(diǎn)研究低成本、無載荷、高效率的測(cè)試方法。因現(xiàn)行的電梯平衡系數(shù)檢測(cè)方法耗時(shí)長(zhǎng)、勞動(dòng)力大，而且電梯數(shù)量的劇增，致使平衡系數(shù)的檢測(cè)很難成為定期檢驗(yàn)的項(xiàng)目，故很難發(fā)現(xiàn)轎廂二次裝修造成的安全隱患。開發(fā)節(jié)能、高效、省力的電梯平衡系數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)不僅能夠在定期檢驗(yàn)中檢測(cè)平衡系數(shù)，而且在檢測(cè)平衡系數(shù)的同時(shí)也可檢測(cè)其他檢驗(yàn)項(xiàng)目，縮短檢驗(yàn)時(shí)間。

4 結(jié)論

電梯平衡系數(shù)檢測(cè)技術(shù)的研究，有力地推動(dòng)電梯檢驗(yàn)的高效化和嚴(yán)謹(jǐn)性。近年來，我國(guó)在無載測(cè)量平衡系數(shù)和應(yīng)用計(jì)算機(jī)或設(shè)計(jì)軟件來擬合平衡系數(shù)曲線進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用，很大程度上減少了人為因素對(duì)結(jié)果的影響。隨著網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能理論的進(jìn)一步發(fā)展，平衡系數(shù)檢測(cè)還有許多值得我們認(rèn)真研究的問題，特別是智能化技術(shù)是未來研究的主要方向，這方面還有大量艱苦的工作需要開拓。

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Analysis of Inspecting Situation of Elevator Balance Coeffi cient and Development Trend

Wang Xuan Wu xiao Mu Tong
(Tianjin Special Equipment Inspection Institute Tianjin 300192)

This paper briefly introduced the elevator balance coefficient essence and significance. Analyzed the current inspection methods merits and faults for inspecting the elevator balance coefficient, and the development trend of inspection in future was presented. The intelligent technology and high effi ciency were considered as the main development directions.

Traction elevator Balance coeffi cient Inspection methods Intelligent technology

X941

：B

1673－257X（2014）10－45－03

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.10.012

王璇（1986～),男,碩士研究生,主要研究方向?yàn)殡娞葜悄軝z測(cè)技術(shù)。

2014-06-06）