基于磁性滾輪測速的電梯平衡系數檢測儀設計

張忠成 宋繼光

（綏化市特種設備檢驗研究所 黑龍江綏化 152061）

電梯平衡系數是電梯最重要的參數之一，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、不平衡載荷系數等因素[1]。現行的電梯平衡系數檢測方法比較費時費力，近年來業界提出了空載平衡系數檢測技術，該技術于2015年被中國特種設備檢驗協會《電梯平衡系數快捷檢測方法T/CASEIT101—2015》列為電梯平衡系數的快捷檢測方法，理論界也對這種檢測方法進行了標準化，并規定了空載功率法平衡系數檢測原理，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，計算式為：

式中：

q——電梯平衡系數

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，發明專利CN201210163508.4《電梯平衡系數檢測儀》[2]、CN201510657837.8《電梯空載動態平衡系數檢測儀》[3]，設計出“空載功率法”平衡系數檢測方法的檢測模型；發明專利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，具有磁性導向輪，實現無接觸位移檢測的技術方案。

將功率測量儀表接到電動機的入線端，測量并記錄驅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，原理簡單直接，避免了參數經驗設定環節和人為誤差的產生；檢測過程為無載檢測、無需搬運砝碼，減小了一定的工作量，在電梯行業得到了一定范圍的認可。但是上述技術存在僅能滿足實驗室檢測需要，無法大規模應用在生產檢測領域；檢測儀結構有待進一步優化；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，對梯平衡系數檢測儀進行有利于生產檢測的重新設計，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檢測儀設計”就是改進電梯平衡系數檢測方法的有益嘗試。

利用磁性滾輪測速對電梯平衡系數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節誤差的電梯平衡系數檢測儀，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檢測儀，包括檢測功率系統、檢測速度系統、檢測數據處理系統,其功率檢測系統與速度檢測系統分別與檢測數據處理系統相連接。速度檢測系統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面，磁性滾輪的外圓和接觸的電梯鋼絲繩產生磁吸力，通過鋼絲繩上下移動時帶動磁性滾輪來轉動。而磁性滾輪與旋轉編碼器采用剛性連接，磁性滾輪轉動帶動旋轉編碼器一起旋轉，通過旋轉編碼器輸出磁性滾輪轉動的信息，來獲得所需要的速度數據。

采用磁性滾輪來測速的電梯平衡系數檢測儀，磁性滾輪的輪體結構為薄壁輪殼內嵌入環形磁鐵，磁性滾輪的外圓與內圓為磁性滾輪的磁極，環形磁鐵的磁極取向為輻射型，外圓N極內圓S極；或者是外圓S極內圓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檢測儀遵循特種設備檢驗協會團體標準公布的《電梯平衡系數快捷檢測方法T/CASEIT101—2015》標準中“空載功率法”所規定的技術方案。其原理圖例結構框圖如下：

圖1 電梯平衡系數檢測儀實施例結構框圖

由圖1，改進后的電梯平衡系數檢測儀的功率檢測系統1與速度檢測系統3分別與檢測數據處理系統2連接；由功率檢測系統1檢測并傳送電梯運行功率的信息，由速度檢測系統3檢測并傳送電梯運行速度的信息，經檢測數據處理系統2接收并且分析計算，得到電梯平衡系數的功率和速度的檢測數值。由于速度檢測系統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的側面，從而磁性滾輪的外圓與接觸的電梯鋼絲繩產生較強的磁吸力，電梯鋼絲繩通過上下移動來帶動磁性滾輪轉動，磁性滾輪外圓的線速度可以同步體現電梯鋼絲繩上下移動的線速度。

磁性滾輪測速裝置結構由圖2所示：

圖2 磁性滾輪測速裝置結構示意圖

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

磁性滾輪由薄壁輪殼1與環形磁鐵2構成，由于環形磁鐵鑲嵌在薄壁輪殼的內徑里，從而通過環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形磁鐵由圖3所示：

圖3 磁極取向為輻射型的環形磁鐵示意圖

由于選用的磁極取向為輻射型的環形磁鐵。與通常采用的軸向充磁環形磁鐵相比較，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的檢測誤差，進而提高了檢測精度。

三、與現有技術相比的優點

（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生較大磁吸力，通過鋼絲繩上下移動帶動磁性滾輪轉動，有效地減小了鋼絲繩與磁性滾輪外圓的滑移而引發的檢測誤差，進一步提高了檢測精度。

（二）符合行業標準規定。中國發明專利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。磁性滾輪的輪體結構通過薄壁輪殼內嵌入的環形磁鐵，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。因為采用的環形磁鐵的磁極取向為輻射型，外圓與內圓構成磁性滾輪的兩個磁極。與通常采用的軸向充磁環形磁鐵相比較，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、結論

電梯的平衡系數是電梯安全運行的重要參數。電梯平衡系數的合理與否，與電梯曳引力夠不夠、電梯運行中是否節能、電梯運行中鋼絲繩是否打滑等密切相關。平衡系數檢測不確定性是評測檢驗檢測工作及檢測結果是否符合要求的重要依據，電梯的平衡系數檢測儀是近些年新出現的一種檢測電梯平衡系數的儀器，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的檢測誤差，提高了平衡系數的檢測精度。