孫學(xué)禮 黃國健 劉英杰 何山 彭啟鳳 陳誨 劉金

（廣州特種機電設(shè)備檢測研究院）

基于定義法的電梯平衡系數(shù)液壓提升檢測裝置實現(xiàn)*

孫學(xué)禮 黃國健 劉英杰 何山 彭啟鳳 陳誨 劉金

（廣州特種機電設(shè)備檢測研究院）

針對現(xiàn)行電梯平衡系數(shù)測試方法（電流—載荷曲線法）存在效率低和檢測成本高的問題，提出并研制一種基于定義法的電梯平衡系數(shù)液壓提升檢測裝置，利用分離式液壓千斤頂作為驅(qū)動，根據(jù)鋼絲繩張力等于所懸掛重物重量的原理，依次測出轎廂重量、對重重量，再代入額定載荷、曳引比，從而求出電梯平衡系數(shù)。實驗結(jié)果表明：鋼絲繩張力測量誤差可控制在5‰以內(nèi)，完全滿足電梯平衡系數(shù)測量需求。該裝置適用于采用鋼絲繩牽引且無補償繩的曳引式電梯，測量過程無需載荷，操作簡單便捷、精度高、可重復(fù)性好。

電梯平衡系數(shù)；曳引式電梯；定義法；液壓系統(tǒng)；鋼絲繩張力

0 引言

電梯的驅(qū)動有曳引驅(qū)動、強制驅(qū)動、液壓驅(qū)動等多種方式，其中曳引驅(qū)動是現(xiàn)代電梯應(yīng)用最普遍的驅(qū)動方式。曳引電梯的轎廂與對重通過鋼絲繩分別懸掛于曳引輪的兩側(cè)，轎廂與對重裝置的重力使曳引鋼絲繩壓緊在曳引輪的繩槽內(nèi)。電動機轉(zhuǎn)動時，曳引輪繩槽與曳引鋼絲繩的摩擦力拖動鋼絲繩運動，進而帶動轎廂、對重在井道中沿導(dǎo)軌上下移動[1-3]。

曳引驅(qū)動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，而對重在電梯安裝調(diào)試完畢后已經(jīng)固定，不能隨時改變。為使電梯的運行基本上接近于理想的平衡狀態(tài)，就要選擇一個合適的平衡系數(shù)。平衡系數(shù)k定義為

其中，W為對重重量；G為轎廂自重；Q為額定載荷重量[4-6]。

當(dāng)平衡系數(shù)k的值在0.4～0.5之間時，對重能最大限度地平衡轎廂及轎內(nèi)負(fù)載重量?，F(xiàn)行檢規(guī)規(guī)定的平衡系數(shù)檢測方法是“電流—載荷曲線法”。該方法是一種需要載荷的測試方法，要求轎廂分別承載30%、40%、45%、50%、60%額定載荷，進行沿全程直駛運行試驗，分別記錄轎廂上下行至同一水平面時的電流值，然后做電流—載荷曲線確定平衡系數(shù)[7-9]。該方法已經(jīng)沿用幾十年，技術(shù)成熟，測試結(jié)果得到普遍認(rèn)可；但其需要反復(fù)搬運砝碼，勞動強度大，作業(yè)時間長，且在測量過程中，存在多處易產(chǎn)生誤差環(huán)節(jié)，如電壓波動、記錄電流的時間點、曲線圖繪制等，這些環(huán)節(jié)影響其數(shù)值的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性[10]。

基于定義法的電梯平衡系數(shù)檢測是一種無載的檢測方法，即依次測出轎廂重量、對重重量，再代入額定載荷、曳引比，求出電梯平衡系數(shù)。基于此原理，設(shè)計一種直接稱重空載轎廂、對重重量的平衡系數(shù)液壓提升檢測儀，利用測量鋼絲繩張力求得轎廂、對重重量，代入式(1)，求得電梯平衡系數(shù)[11]。

圖1 鋼絲繩張力測量方案

1 裝置測量方案

1.1 基于定義法的檢測裝置實現(xiàn)方案

電梯在停止?fàn)顟B(tài)下，轎廂、對重的重量等于其上端鋼絲繩中的張力，鋼絲繩張力測量方案如圖1所示。

將轎廂、對重停至同一高度，在轎廂（對重）上方選取一段鋼絲繩，固定夾繩裝置1和夾繩裝置2。以夾繩裝置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，此時提升夾繩裝置2的力即為電梯鋼絲繩的張力，也就是轎廂（對重）的重量[12]。

平衡系數(shù)液壓提升檢測儀操作的位置可在轎頂，也可在機房。當(dāng)機房有足夠測量空間時（曳引輪兩端鋼絲繩長≥350mm），將轎廂、對重開至同一高度，安裝平衡系數(shù)液壓提升檢測儀，分別測出轎廂側(cè)重量G1、對重側(cè)重量 W1。假設(shè)從曳引輪處到轎廂、對重處的鋼絲繩重 M1、 M2，則。由于轎廂、對重停在同一高度，故，代入平衡系數(shù)定義公式(1)得式(2)。

1.2 分離式液壓千斤頂作用原理

提升夾繩裝置2的力，可由液壓驅(qū)動系統(tǒng)提供。液壓驅(qū)動系統(tǒng)具有體積小、傳遞功率大、安全可靠等優(yōu)點。而分離式的液壓千斤頂，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，避免在提升過程中操作人員站在移動轎頂，增加安全系數(shù)，且可避免操作人員自重對測量結(jié)果的影響。本文采用的液壓驅(qū)動系統(tǒng)工作原理如圖2所示。手動液壓泵通過主油管、三通接頭、分油管連接2個液壓缸。施加壓力時，手動液壓泵動作，油缸內(nèi)液壓油增多，液壓油壓縮彈簧，柱塞向液壓缸外伸出，由于手動液壓泵處裝有單向閥，油缸內(nèi)液壓油不會回流。釋放壓力時，打開液壓閥，液壓缸柱塞在彈簧力的作用下向油缸內(nèi)移動，迫使液壓油流向手動泵油箱，液壓缸復(fù)原。

2 結(jié)構(gòu)與部件介紹

2.1 平衡系數(shù)液壓提升檢測儀結(jié)構(gòu)

平衡系數(shù)液壓提升檢測儀結(jié)構(gòu)如圖3所示，由左側(cè)和右側(cè)2部分組成。左右兩側(cè)通過螺栓、螺母連接為一個整體。測量時需提升轎廂、對重，由液壓驅(qū)動裝置實現(xiàn)。

圖2 液壓驅(qū)動系統(tǒng)原理圖

圖3 平衡系數(shù)液壓提升檢測儀結(jié)構(gòu)圖

平衡系數(shù)液壓提升檢測儀單側(cè)如圖4所示，包括上夾塊、下夾塊、力傳感器、液壓缸、拉桿和拉板。上夾塊用于夾緊所選取的曳引繩段的上方；下夾塊用于夾緊所選取的曳引繩段的下方；液壓缸通過缸體上端外螺紋安裝在上夾塊的支撐槽內(nèi)；力傳感器的下端與液壓缸的柱塞通過螺紋相連，上端與拉板通過螺紋相連，用于測量液壓缸所頂升的壓力值；拉板位于液壓缸的上方，中部與測力傳感器的上端相連，兩端與拉桿相連；拉桿的下端與下夾塊相連，提升桿的上端與拉板相連。油管與油缸連接采用快接接頭，可迅速安全的將手動泵與油缸相連。

2.2 夾塊及內(nèi)襯塊

為降低對鋼絲繩的損壞，采用尼龍材料的內(nèi)襯塊與鋼絲繩接觸，內(nèi)襯塊安裝于夾塊內(nèi)，如圖5所示。上限位沿、下限位沿用于限制內(nèi)襯的上下位置；夾塊的夾持面中心位置設(shè)有限位臺，與內(nèi)襯塊的限位槽配合使用，用于限制內(nèi)襯塊的左右位置。內(nèi)襯塊的繩槽規(guī)格與曳引繩直徑對應(yīng)，即不同直徑的鋼絲繩對應(yīng)不同規(guī)格的內(nèi)襯槽，繩槽最多為8個；尼龍內(nèi)襯塊硬度小、耐磨性好，在保證鋼絲繩安全的前提下，延長了內(nèi)襯塊的使用壽命。

圖4 平衡系數(shù)液壓提升檢測儀單側(cè)結(jié)構(gòu)圖

圖5 夾塊及內(nèi)襯塊

夾塊分為上夾塊、下夾塊，上下夾塊左右各有2塊，其兩側(cè)設(shè)有安裝耳，安裝耳上設(shè)有安裝通孔，左右夾塊通過螺桿螺母安裝一起，螺桿選用M 12，12.9級規(guī)格；上夾塊在底部設(shè)有支撐槽，設(shè)計有內(nèi)螺紋，與油缸缸體的外螺紋配合，支撐油缸；夾塊按提升2000 kg重物設(shè)計，材料選用42CrMo。

3 測試結(jié)果及分析

3.1 搭建測試平臺

為模擬電梯現(xiàn)場曳引鋼絲繩，搭建平臺如圖6所示，由上拉板、下拉板、電梯曳引鋼絲繩、吊環(huán)等組成。其中上、下拉板有8個繩頭孔，最多可放置8根鋼絲繩；電梯曳引鋼絲繩備有Ф8mm、Ф10mm、Ф 12mm、Ф13mm、Ф16mm的規(guī)格；繩頭可在拉板繩孔處進行上下調(diào)節(jié)；上拉板的吊環(huán)通過扁平吊帶吊在起重機吊鉤處；下拉板的吊環(huán)通過扁平吊帶吊起2000 kg砝碼。3.2 提升實驗

圖6 實驗平臺

操作起重機，通過實驗平臺，吊起2000 kg砝碼，安裝電梯平衡系數(shù)液壓提升檢測儀于實驗平臺的電梯曳引鋼絲繩處，如圖7所示。

圖7 提升實驗

操作手動泵，油缸柱塞向上移動，通過力傳感器帶動拉板向上移動，拉板通過兩端的拉桿帶動下夾塊向上移動，當(dāng)上、下夾塊間的鋼絲繩已經(jīng)處于松弛狀態(tài)時，停止操作手動泵，讀取力傳感器的值。同理，分別吊起2000 kg、1000 kg、500 kg、20 kg的砝碼進行試驗，所得數(shù)據(jù)如表1所示。

表1所得數(shù)據(jù)在5根鋼絲繩直徑為10mm的情況下測得。由實驗數(shù)據(jù)可以看出，500 kg時平衡系數(shù)液壓提升檢測儀對砝碼的稱重誤差為4‰，1000 kg時對砝碼的稱重誤差≤5‰，2000 kg時對砝碼的稱重誤差≤4‰，總的稱重誤差控制在5‰以內(nèi)（使用現(xiàn)場都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20 kg，故20 kg的誤差不考慮在內(nèi)）；砝碼為1000 kg時的重復(fù)性誤差為0.4 kg，砝碼為2000 kg的重復(fù)性誤差為0.7 kg，都在可接受的范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

1)根據(jù)定義法，直接稱量空載轎廂與對重，代入平衡系數(shù)定義公式，原理簡單、直接，沒有過多中間環(huán)節(jié)、參數(shù)設(shè)定，減小了誤差產(chǎn)生的可能；檢測過程為無載檢測，無需搬運砝碼；由于不改變曳引輪兩側(cè)的受力分布，且提升距離較短（≤20mm），故安全可靠；與鋼絲繩接觸的內(nèi)襯塊，選用尼龍材料，且各種直徑的鋼絲繩，有相應(yīng)的繩槽與之對應(yīng)，將對鋼絲繩的損傷降低到最??；

2)充分考慮到液壓驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、提升力的優(yōu)點，采用分離式液壓千斤頂作為提升驅(qū)動系統(tǒng)。采用直頂式油缸，有多種規(guī)格可以選擇，且體積小、價格低，增強了設(shè)備的便攜性，節(jié)省了成本；采用分離式的結(jié)構(gòu)，在提升過程中，操作人員無需站在轎頂，且與安裝位置保持一定距離，去除了操作人員自身對測量的干擾，并增強了操作的安全性；

3)通過現(xiàn)場試驗測試可知，平衡系數(shù)液壓提升檢測儀的稱重誤差≤5‰，且測量結(jié)果具有較好的可重復(fù)性。

根據(jù)定義法的無載荷電梯平衡系數(shù)檢測儀，按其驅(qū)動方式可分液壓驅(qū)動式、手動絲桿提升式和電機絲桿提升式，各有優(yōu)缺點。本文所介紹的平衡系數(shù)液壓提升檢測儀，已在現(xiàn)場做了大量測試，其測量精度、安全性得到驗證。

[1]錢宇,朱翠芳.電梯平衡系數(shù)無載檢測的研究[J].中國電梯, 2008,19(5):31-33.

[2]郭琦,彭仁東,陳曙光,等.無載荷工況電梯平衡系數(shù)測量方法的應(yīng)用[J].中國特種設(shè)備安全,2007,23(4):1-4.

[3]趙國先.電梯平衡系數(shù)無載測試技術(shù)探討[J].中國電梯, 2007,18(5):55-58.

[4]趙國先,萬蒞新.簡述電梯平衡系數(shù)無載測試儀的研制[J].中國電梯,2004,15(20):41-42.

[5]安徽省特種設(shè)備檢測院,安徽中科智能高技術(shù)有限責(zé)任公司.電梯平衡系數(shù)智能測試儀:中國,CN200520070660.3[P]. 2006-08-02.

[6]吳予馨.曳引電梯平衡系數(shù)及其檢測方法研究[J].機械研究與應(yīng)用,2010,23(2):101-103.

[7]楊鵬.靜態(tài)重量差二次稱重法直接測試電梯平衡系數(shù)[J].中國特種設(shè)備安全,2008,24(9):34-39.

[8]劉正保.電梯平衡系數(shù)平衡差值測量法[J].中國特種設(shè)備安全,2008,24(4):13-15.

[9]石成江,趙玉柱,車怡蕾,等.電梯平衡系數(shù)測試儀的開發(fā)[J].機械設(shè)計與制造,2005(6):84-85.

[10]王健.電梯平衡系數(shù)的扭矩測試法及其測試裝置:中國, CN200810014550.3[P].2008-07-23.

[11]安徽中科智能高技術(shù)有限責(zé)任公司.一種電梯平衡系數(shù)的測量方法:中國,CN200510075623.6[P].2005-11-16.

[12]廣州特種機電設(shè)備檢測研究院.一種基于絲桿拉升式的電梯空載平衡系數(shù)檢測裝置:中國,CN201610158430.5[P]. 2016-08-31.

A Hydraulic System Driving Elevator Balance CoefficientDetection Device Development Based on the Definition M ethod

Sun Xueli Huang Guojian Liu Yingjie He Shan Peng Qifeng Chen Hui Liu Jin
(R&D Center,Guangzhou Academy of SpecialEquipment Inspection&Testing)

The existing elevator balance coefficient testing instruments have problems w ith low efficiency and high cost.A new balance coefficientmeasurementpowered by hydraulic system hasbeen developed based on thedefinitionmethod.According to the principle that the steel rope tension isequal to theweightof goods hanging on the steel rope,the instrument tests steel rope tension, then gets the weights of car and counterweight.A fter getting the car’sweight,counterweight’sweight,rated load and traction ratio the balance coefficient,the instrumentw ill show the elevator’sbalance coefficient.Themeasurement can testallelevatorswhich are drawn by steel w ire ropes and have not equipped any compensation steel w ire ropes.Since the testing process does not need any weights,thismethod isefficient.Theoretically and actually,the testing resultisalso accurate and repeatable.

Elevator Balance Coefficient;Traction Type Elevator;Definition Method;Hydraulic System;Steel Rope Tension

孫學(xué)禮，男，1982年生，碩士研究生，工程師，主要研究方向：檢測儀器開發(fā)，包括電氣設(shè)計、機械設(shè)計、控制編程等。E-mail:641302712@qq.com

廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科技項目（2016PT01）；廣州市科技創(chuàng)新委員會科技計劃項目（2015109010008）；廣東省科技計劃產(chǎn)學(xué)研合作項目（20160918）。