摘 要：文章通過分析電梯制造中最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)“平衡系數(shù)”的傳統(tǒng)常規(guī)載荷測試方法的局限與不足，通過平衡系數(shù)力學(xué)公式推導(dǎo)，并利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)，提出了一種新型的空載檢測方法，大大降低了檢測成本，縮短檢測時(shí)間，提高了檢測的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：電梯平衡系數(shù)；空載測試；傳感器；經(jīng)濟(jì)

1 概述

隨著我國城鎮(zhèn)化的發(fā)展，電梯的數(shù)量呈現(xiàn)“井噴式”的發(fā)展，截至2015年底，我國電梯總量超過400萬臺(tái)。目前我國電梯保有量、年產(chǎn)量、年增長量均為世界第一。電梯作為一種公共的交通工具得到了越來越廣泛的運(yùn)用，被人們稱為“回家的最后一公里路”。因此電梯安全受到大眾的廣泛關(guān)注。平衡系數(shù)作為電梯設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，在國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的規(guī)定，也是電梯檢測中的必檢項(xiàng)目。平衡系數(shù)的意義是什么？對電梯有什么影響？回答這個(gè)問題我們就必須從曳引式電梯的原理講起。曳引式電梯是提升繩靠主機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪繩槽的摩擦力驅(qū)動(dòng)的電梯。從力學(xué)的角度，要使重物在空中保持靜止?fàn)顟B(tài)，必須有一拉力與物體的重力相平衡，這時(shí)物體處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，稱為力的平衡。此系統(tǒng)稱為平衡系統(tǒng)。

電梯的對重就是設(shè)置來平衡這個(gè)拉力的裝置。轎廂的載荷是隨機(jī)變化的，可能是空載到滿載范圍內(nèi)的任意值，因此我們只能選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)膶χ刂亓縼砥胶狻＿@個(gè)對重重量與轎廂重量的差值和電梯額定載荷之比就是我們所說的“平衡系數(shù)”。平衡系數(shù)的取值不當(dāng)?shù)脑挘粌H會(huì)增加電梯的能耗，還會(huì)影響電梯的曳引能力，造成電梯的“沖頂”或“蹲底”事故。許多的事故都是由于隨意改變電梯的平衡系數(shù)造成的，如近年來多次發(fā)生的電梯轎廂過度裝修，其引發(fā)的事故往往產(chǎn)生重大的社會(huì)影響，引起了人們對電梯使用安全的恐慌。不僅在電梯驗(yàn)收時(shí)需要測試平衡系數(shù)，在電梯安全普查時(shí)也常常需要對在用電梯進(jìn)行平衡系數(shù)的測試。而目前廣泛采用的載荷狀態(tài)下的電流測試方法，需要搬運(yùn)大量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行測試，耗費(fèi)大量的人力物力，并占用大量的測試時(shí)間，對在用電梯的使用，造成了極大的不便。并且在測試的效果上并不能做到非常準(zhǔn)確，常常存在的一些誤差。因此文章在此提出了一種新型的空載檢測方法，研究其原理與可行性，希望與同行一共討論，使之完善并推廣到實(shí)際的檢測工作中去。

2 傳統(tǒng)載荷檢測方法的局限與不足

現(xiàn)行電梯檢驗(yàn)規(guī)程的常規(guī)檢測方法是：轎廂分別裝載0、30%、40%、50%、60%、100%、110%的額定載荷，使電梯按照額定速度上下行駛，同時(shí)記錄轎廂上下運(yùn)行至與對重框同一水平線時(shí)的電流值，并據(jù)此繪制出電流-載荷曲線圖，通過上，下行運(yùn)行曲線的交點(diǎn)來確定電梯的平衡系數(shù)。該方法已經(jīng)在全國范圍內(nèi)推廣實(shí)行了多年，按照平衡系數(shù)的定義：當(dāng)電梯的轎廂與載荷的重量與對重側(cè)的對重重量相等時(shí)，轎廂內(nèi)的載荷與轎廂的額定載荷的比值就是該電梯的平衡系數(shù)。電動(dòng)機(jī)的輸出功率與輸出力矩的關(guān)系為：

根據(jù)以上公式，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下，輸出功率和輸出力矩成正比。當(dāng)載有檢規(guī)要求的載荷的轎廂向上或向下運(yùn)行至與對重處于同一水平線的瞬間，電動(dòng)機(jī)的定子電壓波動(dòng)不大，電動(dòng)機(jī)的輸出功率相同。排除空氣阻力等影響因素的理想情況下，根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的工作特性，電動(dòng)機(jī)的定子電流和輸出功率之間基本是接近于線性關(guān)系的。我們的常規(guī)載荷測試方法就是根據(jù)此原理，通過記錄檢規(guī)規(guī)定的幾種載荷運(yùn)行情況下的電流數(shù)據(jù)，并將其繪制成電流-載荷曲線圖。根據(jù)繪制出的曲線圖找出其上下行時(shí)的交點(diǎn)，此交點(diǎn)就是該電梯的平衡系數(shù)。

但是這種常規(guī)的檢測方法存在著一些不可避免的誤差，受到多種因素的制約，無法精確的得出真實(shí)的平衡系數(shù)，只能將其大致的限定在一個(gè)范圍內(nèi)。但是根據(jù)平衡系數(shù)的定義，其不是一個(gè)大致的范圍，而是一個(gè)定量的數(shù)值。而在平常的檢驗(yàn)工作中，大部分的的檢驗(yàn)員都忽略了這個(gè)情況，而是按照檢規(guī)的要求只是確認(rèn)電梯的平衡系數(shù)在40%～50%的范圍內(nèi)即認(rèn)為符合要求。顯然用常規(guī)的這種載荷檢測方法是不可能確定一個(gè)精確的數(shù)值的。它受到以下多種因素的影響制約：

（1）現(xiàn)實(shí)的檢測中，檢驗(yàn)員根據(jù)事先標(biāo)注的記號(hào)來確定何時(shí)轎廂與對重處于同一水平線，同時(shí)記錄當(dāng)時(shí)的電流數(shù)值。這時(shí)就存在著諸如電梯快速行時(shí)檢測人員肉眼觀察，人腦反應(yīng)速度等人身體因素方面的誤差。

（2）空氣阻力，鋼絲繩與曳引輪槽之間摩擦阻力等外界因素的影響。

（3）檢測條件的制約，如檢測所用的砝碼重量是否標(biāo)準(zhǔn)，檢測時(shí)電壓的波動(dòng)等。

（4）繪制電流-載荷曲線圖時(shí)，用曲線相連時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生誤差，直接影響檢測結(jié)果的精確性。

綜上所述，常規(guī)的檢測方法存在著不可避免的誤差，影響了檢測結(jié)果的精確性和權(quán)威性。

更讓人頭疼的是這種檢測方法占據(jù)了大量的檢測時(shí)間和人力資源，耗時(shí)費(fèi)力。更有甚者，由于雇傭的砝碼搬運(yùn)工人不專業(yè)，亂丟亂放砝碼，導(dǎo)致轎廂的損壞和砝碼堆放位置不均勻，造成之后的載荷制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)轎廂嚴(yán)重傾斜，損壞電梯，引起檢驗(yàn)單位與電梯業(yè)主的糾紛，影響檢驗(yàn)工作的順利進(jìn)行，造成業(yè)主的經(jīng)濟(jì)損失。為此電梯界一直呼吁一種新型的平衡系數(shù)檢測方法的出現(xiàn)，替代常規(guī)的檢測方法，使檢測的過程更加便捷、準(zhǔn)確。

3 新型空載測試方法的原理與研究

根據(jù)以上公式，我們只需知道轎廂重量（W）和對重重量（P）即可求出電梯的平衡系數(shù)（K）。而電梯轎廂的重量和對重的重量是可以通過精確的力傳感器來準(zhǔn)確獲得的。力的測量方法可以歸納為利用力的靜力效應(yīng)和動(dòng)力效應(yīng)兩種。這里我們可以利用靜力效應(yīng)來測量力，再通過力學(xué)公式，將測得的力轉(zhuǎn)化為所需要求得的重量?；镜脑硎牵毫Φ撵o力效應(yīng)使物體產(chǎn)生變形，通過測定物體的變形量或用與內(nèi)部應(yīng)力相對應(yīng)參量的物理效應(yīng)來確定力值。我們可以選擇采用靜態(tài)電阻應(yīng)變測試儀來測量鋼絲繩對轎廂和對重的拉力，進(jìn)而確定轎廂和對重的重量。

具體的測量原理是：將傳感器夾持在電梯的鋼絲繩上，使其中的一段鋼絲繩產(chǎn)生彎曲變形，電橋?qū)⒈粶y應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電壓輸出，再經(jīng)過放大、相敏檢波、A/D轉(zhuǎn)換等處理，最后顯示被測應(yīng)變數(shù)值。電橋原理如圖1所示：

如圖2所示：將傳感器夾持在電梯的鋼絲繩上，迫使其中一段鋼絲繩產(chǎn)生彎曲變形，在此過程中產(chǎn)生位移信號(hào)S及壓緊信號(hào)P。這里，位移信號(hào)S由設(shè)計(jì)的定位原件確定。壓緊信號(hào)P則由設(shè)計(jì)的力傳感器測定。經(jīng)過研究表明：鋼絲繩的張力T與產(chǎn)生位移信號(hào)S及壓緊信號(hào)P之間存在著一定的關(guān)系，利用此關(guān)系建立鋼絲繩張力的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)過推導(dǎo)得到以下公式：

式中：T為鋼絲繩張力；P為傳感器壓緊信號(hào)；S為傳感器位移距離；l為傳感器標(biāo)距；K=，其中EI為鋼絲繩抗彎強(qiáng)度。通過上式計(jì)算得知：當(dāng)S與l一定時(shí)，P與T成正比例線性關(guān)系。根據(jù)此結(jié)論，確定適當(dāng)?shù)腟和l值，再通過測量P值即可得到鋼絲繩所受拉力T，從而確定轎廂和對重的重量。

如圖3所示，由此傳感器測得的張力信息傳入數(shù)據(jù)采集裝置，之后通過數(shù)據(jù)的采樣、分析，再傳給計(jì)算機(jī)。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的分析處理能力，采用數(shù)據(jù)融合、模式識(shí)別、模糊處理以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合處理，求出最終的平衡系數(shù)。

4 結(jié)束語

空載測試電梯平衡系數(shù)的新型測試方法是對現(xiàn)有測試方法的有力補(bǔ)充和拓展，相比現(xiàn)行的常規(guī)載荷檢測方法，空載測試電梯平衡系數(shù)法不僅可以節(jié)約大量的人力物力和時(shí)間，在測得結(jié)果的準(zhǔn)確度上也有了很大的提高，排除了一系列影響測試結(jié)果的干擾因素，值得我們在今后的檢驗(yàn)工作中尤其是對在用電梯的安全監(jiān)察工作中大力推廣，有利于減少繁重的工作量，大大緩解現(xiàn)實(shí)中人機(jī)配比嚴(yán)重不足的狀況，促進(jìn)電梯安全管理工作的發(fā)展，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 10059-2009.電梯試驗(yàn)方法[S].

[2]GB7588-2003.電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].

[3]賈民平.測試技術(shù)（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[4]蔡萍，趙輝.現(xiàn)代檢測技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：高等教育出版社，2002，7.

[5]康健，等.對《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)程》中有關(guān)平衡系數(shù)測量方法的討論意見[J].上海電梯，2004，2.

[6]王璇，武瀟，穆彤.曳引式電梯平衡系數(shù)檢測現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].檢測技術(shù)，2014，30（10）：45-47.