孫學(xué)禮 黃國(guó)健 劉英杰 何 山 鵬啟鳳 陳 誨 劉文琴

（廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院 廣州 510663）

基于定義法的電梯平衡系數(shù)絲桿提升檢測(cè)裝置的研究

孫學(xué)禮 黃國(guó)健 劉英杰 何 山 鵬啟鳳 陳 誨 劉文琴

（廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院 廣州 510663）

電梯平衡系數(shù)是曳引式電梯的重要性能指標(biāo)，關(guān)系到電梯的性能及安全。我國(guó)現(xiàn)行的法規(guī)要求，新裝曳引式電梯、改變了平衡系數(shù)的改造梯電梯都要進(jìn)行平衡系數(shù)測(cè)試，而現(xiàn)行電梯平衡系數(shù)測(cè)試方法存在效率低和檢測(cè)成本高的問(wèn)題，本文給出一種基于定義法的電梯平衡系數(shù)絲桿提升檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)，即利用絲桿提升，依次測(cè)出轎廂重量、對(duì)重重量，再代入額定載荷、曳引比，求出電梯平衡系數(shù)，該方法適用于所有類型的曳引式電梯，測(cè)量過(guò)程無(wú)需載荷，簡(jiǎn)單便捷，精度高，可重復(fù)性好。本文中涉及的電梯平衡系數(shù)檢測(cè)設(shè)備，已在現(xiàn)場(chǎng)做了大量的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果穩(wěn)定可靠。

電梯平衡系數(shù) 曳引式電梯 定義法 絲桿

電梯的驅(qū)動(dòng)有曳引驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)等多種方式，曳引驅(qū)動(dòng)是現(xiàn)代電梯應(yīng)用最普遍驅(qū)動(dòng)方式。曳引電梯的轎廂與對(duì)重通過(guò)鋼絲繩分別懸掛于曳引輪的兩側(cè)，轎廂與對(duì)重裝置的重力使曳引鋼絲繩壓緊在曳引輪的繩槽內(nèi)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于曳引輪的繩槽曳引鋼絲繩的摩擦力，帶動(dòng)鋼絲繩使轎廂與對(duì)重作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轎廂在井道中沿導(dǎo)軌上下運(yùn)行。

曳引驅(qū)動(dòng)最理想的情況是曳引輪兩端懸掛物重量相等，但由于轎廂內(nèi)負(fù)載的大小是經(jīng)常變化的，而對(duì)重在電梯安裝調(diào)試完畢后已經(jīng)固定，不能隨時(shí)改變，為使電梯的運(yùn)行基本上接近于理想的平衡狀態(tài)，所以，就要選擇一個(gè)合適的平衡系數(shù)。電梯的平衡系數(shù)k定義如下：

式中：

W ——對(duì)重重量；

G ——轎廂自重；

Q ——額定載荷重量；

k ——平衡系數(shù)。

當(dāng)平衡系數(shù)k的值在0.4～0.5之間，對(duì)重能最大限度的平衡轎廂及轎內(nèi)負(fù)載重量?，F(xiàn)行檢規(guī)中規(guī)定的平衡系數(shù)檢測(cè)方法是“電流—載荷曲線法”。該方法是一種需要載荷的測(cè)試方法，要求轎廂分別承載30%、40%、45%、50%、60%額定載荷，進(jìn)行沿全程直駛運(yùn)行，分別記錄轎廂上下行至同一水平面時(shí)的電流值，然后做電流—載荷曲線確定平衡系數(shù)。該方法已經(jīng)沿用幾十年，技術(shù)成熟，測(cè)試結(jié)果得到普遍認(rèn)可；但該方法需要反復(fù)搬運(yùn)砝碼，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，且在測(cè)量過(guò)程中，存在多處易產(chǎn)生誤差環(huán)節(jié)，如電壓波動(dòng)、記錄電流的時(shí)間點(diǎn)、曲線圖繪制等等，這些環(huán)節(jié)影響其數(shù)值的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性[1-10]。

基于定義法的電梯平衡系數(shù)檢測(cè)是一種無(wú)載的檢測(cè)方法，即依次測(cè)出轎廂重量、對(duì)重重量，再帶入額定載荷、曳引比，求出電梯平衡系數(shù)?；诖嗽?，筆者設(shè)計(jì)一種直接稱重空載轎廂、對(duì)重重量的平衡系數(shù)檢測(cè)儀，該儀器利用測(cè)量鋼絲繩張力求得轎廂、對(duì)重重量，代入平衡系數(shù)定義公式中，求得電梯平衡系數(shù)[11]。

1 裝置測(cè)量原理

電梯在停止?fàn)顟B(tài)下，轎廂側(cè)、對(duì)重側(cè)上端鋼絲繩所受張力即為轎廂、對(duì)重重量，定義法即測(cè)量出鋼絲繩張力，測(cè)量原理如圖1所示：將轎廂、對(duì)重停至同一高度，在轎廂（對(duì)重）上方選取一段鋼絲繩，固定夾繩裝置1,夾繩裝置2，以?shī)A繩裝置1為支撐，提升夾繩裝置2，使其中間所夾鋼絲繩松弛不受力，該時(shí)提升夾繩裝置2的力即為電梯鋼絲繩的張力，也是轎廂（對(duì)重）的重量[12-17]。

平衡系數(shù)檢測(cè)儀操作的位置可在轎頂，也可在機(jī)房操作。當(dāng)機(jī)房鋼絲空間足夠時(shí)（曳引輪兩端鋼絲繩長(zhǎng)≥350mm），將轎廂、對(duì)重開至同一高度時(shí)，安裝平衡系數(shù)檢測(cè)儀，分別測(cè)出轎廂側(cè)重量G1、對(duì)重側(cè)重量W1，假設(shè)從曳引輪處到轎廂、對(duì)重處的鋼絲繩重M1、M2，則G1= G+M1，W1=W+M2，由于轎廂、對(duì)重停在同一高度，M1=M2，代入平衡系數(shù)定義公式得式（1）。

圖1 稱重法實(shí)現(xiàn)原理

提升夾繩裝置2的力，可由液壓系統(tǒng)提供，也可由絲桿提供。該方案絲桿選用梯形絲桿，絲桿是工具機(jī)械和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。而梯形螺紋牙根強(qiáng)度高，中性好，相比其他的螺紋更耐磨，且螺紋升角小于5°時(shí)具有自鎖功能，結(jié)構(gòu)如圖2所示，驅(qū)動(dòng)螺母力矩如式（2）所示：

式中：

Mq——驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；

Mt1——螺紋摩擦力矩；

Mt2——螺旋傳動(dòng)軸向支撐面摩擦力矩；

Mt3——螺旋傳動(dòng)徑向軸承摩擦力矩。

圖2 梯形螺紋示意圖

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，筆者在支撐面加入推力軸承與深溝球軸承，將螺旋傳動(dòng)軸向支撐面摩擦力矩Mt2、螺旋傳動(dòng)徑向軸承摩擦力矩Mt3對(duì)系統(tǒng)的影響降到很小，在此將其忽略，故Mq的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：

式中：

F ——螺旋傳動(dòng)的軸向載荷；

λ ——螺紋升角；

ρ′ ——當(dāng)量摩擦角；

s ——導(dǎo)程；

f ——摩擦因數(shù)；

α ——槽型夾角。

根據(jù)公式可得，提升1t重物時(shí)，所需驅(qū)動(dòng)扭矩約為25000N·mm。

2 部件介紹

平衡系數(shù)檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)如圖3所示，由左右兩側(cè)部分組成，單側(cè)如圖4所示，重約3.25kg，通過(guò)四套螺栓、螺母左右兩側(cè)連接成一個(gè)整體。單側(cè)由上夾塊、下夾塊、內(nèi)襯塊、T型紋螺桿、T型紋螺母、S型拉力傳感器、連接絲桿等組成。其中內(nèi)襯塊有多種規(guī)格，開有不同直徑和數(shù)量的繩槽，分別對(duì)應(yīng)不同的規(guī)格及根數(shù)的鋼絲繩。連接絲桿的長(zhǎng)度可根據(jù)鋼絲繩直徑的不同，進(jìn)行選取，以降低對(duì)鋼絲繩段長(zhǎng)度的要求，增加在機(jī)房操作的可能性。

圖3 平衡系數(shù)檢測(cè)儀

圖4 平衡系數(shù)檢測(cè)儀單邊

圖5夾塊夾持面中心位置設(shè)有凹槽，圖6內(nèi)襯塊嵌在夾塊凹槽內(nèi)，由內(nèi)襯塊夾持住曳引繩。內(nèi)襯塊的繩槽規(guī)格與曳引繩直徑對(duì)應(yīng)，即不同直徑的鋼絲繩對(duì)應(yīng)不同規(guī)格的內(nèi)襯槽，繩槽最多為8個(gè)；內(nèi)襯塊材料選用高分子材料，在保證鋼絲繩安全的前提下，與鋼絲繩有一定的摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)≥0.35。

圖5 夾塊

圖6 內(nèi)襯塊

夾塊分為上下，上下夾塊各有左右兩個(gè)，夾塊兩側(cè)設(shè)有安裝耳，安裝耳上設(shè)有安裝通孔，左右夾塊通過(guò)螺桿螺母安裝一起，螺桿選用M 16 12.9級(jí)規(guī)格；上夾塊裝有軸承，用于減少T型螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與支撐面的摩擦力；夾塊按提升2t重物設(shè)計(jì)，材料選用42CrMo。

3 鋼絲繩損毀程度探傷實(shí)驗(yàn)

由于該基于稱重法的平衡系數(shù)檢測(cè)儀需夾持鋼絲繩，為驗(yàn)證是否對(duì)鋼絲繩造成了損傷，用夾具對(duì)鋼絲繩進(jìn)行夾持，加力到90N·m（在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，夾具上的力加到90N·m時(shí)，可提升2t砝碼），在夾持位置做標(biāo)記。爾后使用TCK鋼絲繩損傷定量檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行測(cè)試，TCK鋼絲繩損傷定量檢測(cè)系統(tǒng)包括弱磁加載儀、鋼絲繩探傷儀。

在加載夾塊前后，分別做兩次探傷，對(duì)比其區(qū)別。對(duì)比結(jié)果如圖7、圖8所示：

圖7 夾持前TCK曲線

圖8 加持后曲線

本實(shí)驗(yàn)夾持位置位于2.97至3.2m處，從圖7，圖8中可以看出，夾持幾乎沒(méi)有對(duì)鋼絲繩造成損傷。

4 檢測(cè)儀測(cè)試結(jié)果及分析

測(cè)試對(duì)象為日立HGP永磁同步曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)電梯，額定載荷1000kg，額定速度1m/s，分別按“電流法”和“稱重法”進(jìn)行測(cè)量?！半娏鞣ā钡臏y(cè)量位置位于轎廂和機(jī)房，如圖9所示，“稱重法”測(cè)量位置位于井道，如圖10所示。測(cè)試過(guò)程中，下夾塊只需向上移動(dòng)5mm，上下夾塊夾持段的鋼絲繩即松弛，由于T型絲桿的螺距為2mm，即螺母旋轉(zhuǎn)2.5圈即可，上夾塊所顯出的螺紋由5個(gè)變?yōu)?.5個(gè)。提升過(guò)程中，螺母每次旋轉(zhuǎn)180°，以保證左右兩邊偏差不會(huì)造成絲桿的損壞。兩種測(cè)試方法獲得的平衡系數(shù)測(cè)試結(jié)果十分接近，“電流法”測(cè)量結(jié)果為0.389，測(cè)試時(shí)間35min；“稱重法”測(cè)量結(jié)果為0.388，測(cè)試時(shí)間12m in。

測(cè)試由日立電梯（中國(guó)）有限公司、廣州市輝卓機(jī)電工程有限公司相關(guān)人員進(jìn)行了協(xié)助和觀摩，“電流法”測(cè)試操作人員為4人，“稱重法”測(cè)試操作人員2人。

圖9 電流法

圖10 稱重法

通過(guò)比對(duì)實(shí)驗(yàn)，“稱重法”在測(cè)量精度、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)間與勞動(dòng)強(qiáng)度等方面的優(yōu)越性得到了明確、具體的展現(xiàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)定義法，稱重空載轎廂與對(duì)重，代入平衡系數(shù)定義公式，原理簡(jiǎn)單、直接，沒(méi)有過(guò)多中間環(huán)節(jié)、參數(shù)設(shè)定，減小了誤差產(chǎn)生的可能；檢測(cè)過(guò)程為無(wú)載檢測(cè)，無(wú)需搬運(yùn)砝碼；設(shè)備單側(cè)重3.25kg，總體不超過(guò)7kg，兩人即可操作，測(cè)量時(shí)間10m in左右，省時(shí)省力；測(cè)量誤差在±0.5%以內(nèi)。

根據(jù)定義法設(shè)計(jì)的平衡系數(shù)檢測(cè)儀，由于不改變曳引輪兩側(cè)的受力分布，且提升距離較短（≤20mm），安全可靠；與鋼絲繩接觸的內(nèi)襯塊，選用高分子材料，且各種直徑的鋼絲繩，有相應(yīng)的繩槽與之對(duì)應(yīng)，將對(duì)鋼絲繩的損傷降低到最小。經(jīng)過(guò)對(duì)比、實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該方法大大優(yōu)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法。

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A Lead Screw Driving Elevator Balance Coefficient Detection Device Development Based on the Definition Method

Sun Xueli Huang Guojian Liu Yingjie He Shan Peng Qifeng Chen Hui Liu Wenqin
(Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing Guangzhou 510663)

The elevator balance coeff cient is one of the important performance parameters of the traction type elevator, relating to the safe operation of the lift. Every installed traction elevator and modifed elevator which changed the balance coeff cient should be tested whether the elevator balance coeff cient is proper. The existing elevator balance coeff cient testing instruments have problems w ith low eff ciency and high cost. According to the defnition of elevator balance coeff cient, we developed a new balance coeff cient measurement droved by screw. We take the measurement to test the car’s weight and counterweight’s weight, and then we can get the balance coeff cient by taking the car’s weight, counterweight’s weight, rated load and traction ratio into a formula. The measurement can test all kinds of elevators w ithout loading. At present, the measurement has been tested under different conditions, and the consequence is closed to the real data.

The elevator balance coeff cient Traction type elevator Defnition method Lead screw

X 941

B

1673-257X(2017)06-0017-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.06.005

孫學(xué)禮（1982～），男，碩士，工程師，從事檢測(cè)儀器開發(fā)，包括電氣設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、控制編程等工作。

孫學(xué)禮，E-mail: 641302712@qq.com。

2016-12-29）