張忠成 宋繼光

（綏化市特種設備檢驗研究所 黑龍江綏化 152061）

電梯平衡系數(shù)是電梯最重要的參數(shù)之一，它直接影響著曳引電梯的安全性和舒適性，也是電梯節(jié)能的一個重要因素。它的取值要綜合考慮電梯的電動機功率、電梯曳引能力、不平衡載荷系數(shù)等因素[1]?，F(xiàn)行的電梯平衡系數(shù)檢測方法比較費時費力，近年來業(yè)界提出了空載平衡系數(shù)檢測技術(shù)，該技術(shù)于2015年被中國特種設備檢驗協(xié)會《電梯平衡系數(shù)快捷檢測方法T/CASEIT101—2015》列為電梯平衡系數(shù)的快捷檢測方法，理論界也對這種檢測方法進行了標準化，并規(guī)定了空載功率法平衡系數(shù)檢測原理，即通過對電梯空載上行與下行功率、速度的測量計算電梯平衡系數(shù)，計算式為：

式中：

q——電梯平衡系數(shù)

Q——電梯額定載荷，kg

g——重力加速度，取9.8m/s2

Ns——空載上行功率，單位W

Nx——空載下行功率，單位W

Vs——空載上行速度，單位m/s

Vx——空載下行速度，單位m/s

實務界針對空載功率法進行了有益嘗試，發(fā)明專利CN201210163508.4《電梯平衡系數(shù)檢測儀》[2]、CN201510657837.8《電梯空載動態(tài)平衡系數(shù)檢測儀》[3]，設計出“空載功率法”平衡系數(shù)檢測方法的檢測模型；發(fā)明專利CN201210163507X《電梯鋼絲繩位移檢測裝置》[4]設計出應用光學圖像位移檢測系統(tǒng)，具有磁性導向輪，實現(xiàn)無接觸位移檢測的技術(shù)方案。

將功率測量儀表接到電動機的入線端，測量并記錄驅(qū)動電動機的有功功率。使用速度測量儀表實時測量電梯轎廂運行速度。轎廂空載，將轎廂從頂層端站直駛至底層端站，讀取并記錄轎廂與對重運行到同一水平位置時驅(qū)動電動機有功功率值，記為Nx，單位為瓦特（W）。同時，讀取并記錄轎廂運行速度值，記為Vx，單位為m/s。轎廂空載，從底層端站直駛至頂層端站，讀取并記錄轎廂與對重運行到同一水平位置時驅(qū)動電動機有功功率值，記為Ns，單位為瓦特（W）。同時，讀取并記錄轎廂運行速度值，記為Vs，單位為m/s[5]。

上述專利技術(shù)，原理簡單直接，避免了參數(shù)經(jīng)驗設定環(huán)節(jié)和人為誤差的產(chǎn)生；檢測過程為無載檢測、無需搬運砝碼，減小了一定的工作量，在電梯行業(yè)得到了一定范圍的認可。但是上述技術(shù)存在僅能滿足實驗室檢測需要，無法大規(guī)模應用在生產(chǎn)檢測領域；檢測儀結(jié)構(gòu)有待進一步優(yōu)化；電梯運行條件不可能保證一致，檢測誤差較大；實驗條件不可復制，人力檢測操作過程不可復制等問題，導致實驗結(jié)果應用有限。實務界須要在不可復制實驗條件下，基于“空載功率法”方法，對梯平衡系數(shù)檢測儀進行有利于生產(chǎn)檢測的重新設計，并提高檢測方法精度。本研究“基于磁性滾輪測速的電梯平衡系數(shù)檢測儀設計”就是改進電梯平衡系數(shù)檢測方法的有益嘗試。

利用磁性滾輪測速對電梯平衡系數(shù)檢測儀的改進設計也是針對T/CASEIT101—2015標準中提出的“空載功率法”提出的具體的檢測技術(shù)方案。設計思路是通過采用利用磁性滾輪測速的方法來修正原有測速環(huán)節(jié)誤差的電梯平衡系數(shù)檢測儀，減少人為操作影響，提高檢測的精度。

一、設計原理

采用利用磁性滾輪測速的改進后電梯平衡系數(shù)檢測儀，包括檢測功率系統(tǒng)、檢測速度系統(tǒng)、檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),其功率檢測系統(tǒng)與速度檢測系統(tǒng)分別與檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接。速度檢測系統(tǒng)中采用改進后的磁性滾輪測速裝置，檢測時磁性滾輪的外圓緊緊靠在電梯鋼絲繩的側(cè)面，磁性滾輪的外圓和接觸的電梯鋼絲繩產(chǎn)生磁吸力，通過鋼絲繩上下移動時帶動磁性滾輪來轉(zhuǎn)動。而磁性滾輪與旋轉(zhuǎn)編碼器采用剛性連接，磁性滾輪轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)編碼器一起旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)編碼器輸出磁性滾輪轉(zhuǎn)動的信息，來獲得所需要的速度數(shù)據(jù)。

采用磁性滾輪來測速的電梯平衡系數(shù)檢測儀，磁性滾輪的輪體結(jié)構(gòu)為薄壁輪殼內(nèi)嵌入環(huán)形磁鐵，磁性滾輪的外圓與內(nèi)圓為磁性滾輪的磁極，環(huán)形磁鐵的磁極取向為輻射型，外圓N極內(nèi)圓S極；或者是外圓S極內(nèi)圓N極。通過上述設計，減小了人為操作影響，解決了檢測誤差較大的問題，檢測過程為無載檢測減小了工作量。

二、設計方案

磁性滾輪測速的電梯平衡系數(shù)檢測儀遵循特種設備檢驗協(xié)會團體標準公布的《電梯平衡系數(shù)快捷檢測方法T/CASEIT101—2015》標準中“空載功率法”所規(guī)定的技術(shù)方案。其原理圖例結(jié)構(gòu)框圖如下：

圖1 電梯平衡系數(shù)檢測儀實施例結(jié)構(gòu)框圖

由圖1，改進后的電梯平衡系數(shù)檢測儀的功率檢測系統(tǒng)1與速度檢測系統(tǒng)3分別與檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2連接；由功率檢測系統(tǒng)1檢測并傳送電梯運行功率的信息，由速度檢測系統(tǒng)3檢測并傳送電梯運行速度的信息，經(jīng)檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2接收并且分析計算，得到電梯平衡系數(shù)的功率和速度的檢測數(shù)值。由于速度檢測系統(tǒng)采用了磁性滾輪測速得測速方法，檢測時磁性滾輪4的外圓緊緊靠在電梯鋼絲繩5的側(cè)面，從而磁性滾輪的外圓與接觸的電梯鋼絲繩產(chǎn)生較強的磁吸力，電梯鋼絲繩通過上下移動來帶動磁性滾輪轉(zhuǎn)動，磁性滾輪外圓的線速度可以同步體現(xiàn)電梯鋼絲繩上下移動的線速度。

磁性滾輪測速裝置結(jié)構(gòu)由圖2所示：

圖2 磁性滾輪測速裝置結(jié)構(gòu)示意圖

改進后的磁性滾輪與旋轉(zhuǎn)編碼器3相連接，磁性滾輪轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)編碼器一起旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出來表征磁性滾輪轉(zhuǎn)動的信息。

磁性滾輪由薄壁輪殼1與環(huán)形磁鐵2構(gòu)成，由于環(huán)形磁鐵鑲嵌在薄壁輪殼的內(nèi)徑里，從而通過環(huán)形磁鐵形成磁吸力來保證連接的可靠性。

磁極取向為輻射型的環(huán)形磁鐵由圖3所示：

圖3 磁極取向為輻射型的環(huán)形磁鐵示意圖

由于選用的磁極取向為輻射型的環(huán)形磁鐵。與通常采用的軸向充磁環(huán)形磁鐵相比較，磁性滾輪的外圓磁力相對變大很多，使磁性滾輪的側(cè)面磁力相對變小。在檢測的工作中，磁性滾輪的外圓與接觸的鋼絲繩產(chǎn)生的磁吸力比較大，從而減小了與電梯轎廂連接的限速器鋼絲繩，或驅(qū)動電梯轎廂上下運行的曳引鋼絲繩與磁性滾輪外圓的滑移而引發(fā)的檢測誤差，進而提高了檢測精度。

三、與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點

（一）提高了檢測精度。通過采用磁性滾輪來測速的裝置，因為磁性滾輪的外圓與接觸的電梯鋼絲繩產(chǎn)生較大磁吸力，通過鋼絲繩上下移動帶動磁性滾輪轉(zhuǎn)動，有效地減小了鋼絲繩與磁性滾輪外圓的滑移而引發(fā)的檢測誤差，進一步提高了檢測精度。

（二）符合行業(yè)標準規(guī)定。中國發(fā)明專利CN2012101635 07X《電梯鋼絲繩位移檢測裝置》，公開的應用磁性導向輪而架設CCD 傳感器的技術(shù)方案，因為磁性導向輪不屬于測速裝置，所以磁性導向輪并不具備測速功能，設置磁性導向輪的目的與技術(shù)要素與本次改進并不相同。

（三）簡化了制造工藝。磁性滾輪的輪體結(jié)構(gòu)通過薄壁輪殼內(nèi)嵌入的環(huán)形磁鐵，這樣克服了磁性材料難以進行精加工的困難，簡化了制造的工藝。

（四）提高了儀器的可靠性。因為采用的環(huán)形磁鐵的磁極取向為輻射型，外圓與內(nèi)圓構(gòu)成磁性滾輪的兩個磁極。與通常采用的軸向充磁環(huán)形磁鐵相比較，使磁性滾輪的外圓磁吸力相對加大很多，使磁性滾輪的側(cè)面磁吸力相對變小。提高了儀器的檢測精度與可靠性，提升了儀器的性價比。

四、結(jié)論

電梯的平衡系數(shù)是電梯安全運行的重要參數(shù)。電梯平衡系數(shù)的合理與否，與電梯曳引力夠不夠、電梯運行中是否節(jié)能、電梯運行中鋼絲繩是否打滑等密切相關(guān)。平衡系數(shù)檢測不確定性是評測檢驗檢測工作及檢測結(jié)果是否符合要求的重要依據(jù)，電梯的平衡系數(shù)檢測儀是近些年新出現(xiàn)的一種檢測電梯平衡系數(shù)的儀器，本次改進通過采用磁性滾輪來測速的裝置，可以有效地減小鋼絲繩與磁性滾輪外圓的滑移引發(fā)的檢測誤差，提高了平衡系數(shù)的檢測精度。