一種電梯平衡系數(shù)測(cè)量裝置的研制

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院蘇州分院 蘇州 215031

平衡系數(shù)是曳引式電梯的重要參數(shù)之一，當(dāng)電梯的平衡系數(shù)為適當(dāng)值時(shí)，電梯曳引機(jī)的功率需求較小，電梯的實(shí)際使用能耗較低。TSG T700—2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》規(guī)定：曳引電梯的平衡系數(shù)應(yīng)當(dāng)在0.40～0.50 之間，或符合制造(改造)單位的設(shè)計(jì)值。

1 常用的平衡系數(shù)測(cè)量方法

1）帶載電流法

此方法是當(dāng)前使用最普遍的測(cè)量方法。在電梯轎廂內(nèi)依次放置不同質(zhì)量的載荷并做上、下全程運(yùn)行，測(cè)量不同載荷時(shí)、轎廂位于井道中間位置時(shí)的電動(dòng)機(jī)電流，繪制電流－負(fù)載曲線(xiàn)圖，由曲線(xiàn)的交點(diǎn)確定電梯的平衡系數(shù)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量方法簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較好；缺點(diǎn)是工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，不易測(cè)量提升高度較低或?qū)诱緮?shù)較少的電梯的平衡系數(shù)。

2）空載電流法

此方法是當(dāng)前正在普及的測(cè)量方法。這種方法檢測(cè)電梯轎廂和對(duì)重在勻速運(yùn)行、轎廂和對(duì)重在相同高度時(shí)的電梯上行功率和上行速度、電梯的下行功率和下行速度，從而計(jì)算出電梯的平衡系數(shù)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度低、操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是這種方法未必適用于所有的電梯，且不易測(cè)量提升高度較低或?qū)诱緮?shù)較少的電梯的平衡系數(shù)。

3）間接稱(chēng)重法

將對(duì)重蹲坐在緩沖器上后，將電梯制動(dòng)器打開(kāi)，測(cè)量對(duì)重施加在緩沖器上的作用力，測(cè)得對(duì)重與轎廂的重量差，從而計(jì)算出平衡系數(shù)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確；缺點(diǎn)是操作不便。

4）直接稱(chēng)重法

這種方法需要直接稱(chēng)量電梯轎廂和對(duì)重的質(zhì)量。這種方法的缺點(diǎn)是很難實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯轎廂和電梯對(duì)重的直接稱(chēng)重。

5）松閘盤(pán)車(chē)法

在轎廂內(nèi)先后放置質(zhì)量等于電梯額定載重量40%、50%的重物，必要時(shí)可再放置質(zhì)量介于電梯額定載重量40%～50%之間的重物，將轎廂與對(duì)重運(yùn)行到井道中間、高度相同的位置后，人工打開(kāi)曳引機(jī)制動(dòng)器，觀(guān)察電梯轎廂的溜車(chē)方向，必要時(shí)進(jìn)行人工盤(pán)車(chē)動(dòng)作，從而判斷出大概的電梯平衡系數(shù)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果不精確。

上述測(cè)量方法中，以帶載電流法使用最為普遍，空載電流法次之，其他的測(cè)量方法使用較少。在當(dāng)前測(cè)量電梯平衡系數(shù)的實(shí)際工作中，普遍存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、測(cè)量方法復(fù)雜的缺點(diǎn)，是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

為了克服常用的平衡系數(shù)測(cè)量方法的缺點(diǎn)，能更方便、快捷、準(zhǔn)確地測(cè)量電梯的平衡系數(shù)，本文提出了一種新型的電梯平衡系數(shù)測(cè)量裝置，并介紹其原理、設(shè)計(jì)與測(cè)量方法，該裝置具有外形尺寸小、質(zhì)量輕、便于攜帶安裝、操作方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低、工作效率高、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，適用于絕大多數(shù)電梯的平衡系數(shù)的測(cè)量。

2 測(cè)量原理

實(shí)際的電梯安裝有多根曳引繩，本文在介紹新型電梯平衡系數(shù)測(cè)量裝置的原理與計(jì)算方法時(shí)，將懸掛轎廂與對(duì)重的多根曳引繩抽象為一根曳引繩，不影響新型電梯平衡系數(shù)測(cè)量裝置的原理與計(jì)算方法的正確性。

2.1 曳引繩張力的測(cè)量原理

測(cè)量曳引繩的張力是本測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)電梯平衡系數(shù)的測(cè)量的技術(shù)基礎(chǔ)。為了測(cè)量曳引繩的張力，測(cè)量裝置設(shè)計(jì)了一種推動(dòng)曳引繩使之產(chǎn)生橫向位移的推動(dòng)機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。

在圖1 中，在電梯曳引繩的同一側(cè)布置有兩個(gè)固定的支承點(diǎn)t1和t3（均與曳引繩表面之間為滾動(dòng)接觸），用于限制電梯曳引繩在支承點(diǎn)處的橫向移動(dòng)。在曳引繩的另一側(cè)t2處設(shè)置一個(gè)推動(dòng)點(diǎn)（推動(dòng)點(diǎn)與本文所述的測(cè)量為同一位置），由推動(dòng)機(jī)構(gòu)在推動(dòng)點(diǎn)處向曳引繩施加一個(gè)與曳引繩垂直、大小為F 的推力，使曳引繩產(chǎn)生橫向位移d。推動(dòng)點(diǎn)t2與支承點(diǎn)t1、t3的距離相同，t1、t2、t3的連接直線(xiàn)構(gòu)成一個(gè)等腰三角形。

圖1 采用曳引繩推動(dòng)機(jī)構(gòu)測(cè)量曳引繩張力的原理示意圖

式中：d 為曳引繩在推力作用下產(chǎn)生的橫向位移，s為當(dāng)曳引繩未產(chǎn)生橫向位移時(shí)支承點(diǎn)與推力點(diǎn)之間沿曳引繩方向的距離，F(xiàn) 為曳引繩施加給曳引繩推動(dòng)點(diǎn)的反作用力，T 為曳引繩的張力，α 為曳引繩產(chǎn)生橫向位移后偏離原曳引繩軸線(xiàn)的角度。

由式（1）可推導(dǎo)得

當(dāng)d 和s 已知，若測(cè)得F 的值，則可由式(2)計(jì)算出曳引繩的張力T。

2.2 電梯平衡系數(shù)測(cè)量公式

對(duì)于不同懸掛比、靜止?fàn)顟B(tài)、轎廂與對(duì)重均懸空且位于相同高度的電梯，分別在靠近電梯曳引機(jī)兩側(cè)的測(cè)量位置（見(jiàn)圖2），采用前述方法測(cè)得曳引繩的張力（指懸掛轎廂與對(duì)重的所有的多根曳引繩）。

圖2 不同懸掛比的電梯的測(cè)量位置

當(dāng)電梯懸掛比為1:1 時(shí)，有

可以推導(dǎo)出當(dāng)電梯懸掛比為1:1 時(shí)電梯的平衡系數(shù)計(jì)算公式為

式中：k 為電梯的平衡系數(shù)，G0為電梯的額定載重量。

當(dāng)電梯懸掛比為2:1 時(shí)，有

可以推導(dǎo)出電梯懸掛比為2:1 時(shí)電梯的平衡系數(shù)計(jì)算公式為

當(dāng)電梯懸掛比分別為1:1、2:1、3:1、4:1、……時(shí)，可以推導(dǎo)出電梯的平衡系數(shù)的計(jì)算公式為

式中：i 為電梯的懸掛比，i ∈R。

3 測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)

3.1 曳引繩推動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

如圖3 所示，測(cè)量裝置設(shè)計(jì)了一種由推動(dòng)桿、支承桿組成的曳引繩推動(dòng)機(jī)構(gòu)。兩只支承桿位于曳引繩的同一側(cè)，兩只支承桿相互平行并且位置固定，支承桿與曳引繩之間為滾動(dòng)接觸（支承桿內(nèi)部裝有旋轉(zhuǎn)軸承，可繞自身軸線(xiàn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)）。推動(dòng)桿位于曳引繩的另一側(cè)（相對(duì)于支承桿），與支承桿平行，且與兩只支承桿的距離相等。

推動(dòng)桿在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用下沿垂直于曳引繩與推動(dòng)桿軸線(xiàn)的方向移動(dòng)，推動(dòng)曳引繩產(chǎn)生橫向位移。

本研究有以下優(yōu)勢(shì)：①所有Meta分析存在發(fā)表偏倚的可能性低，總體質(zhì)量與可信度高。②評(píng)價(jià)員全面檢索并分析，納入研究的數(shù)據(jù)涵蓋7個(gè)國(guó)家和地區(qū)，包括亞洲人和歐洲人在內(nèi)，所以薈萃分析的結(jié)果適用于東西方國(guó)家。③納入的研究均屬于高質(zhì)量的病例對(duì)照研究，減少了干預(yù)措施不一致所造成的干擾。然而，由于納入的不同研究使用了不同抗體和不同版本的TNM分型，且NSCLC患者的組織學(xué)類(lèi)型也不同，導(dǎo)致許多研究的異質(zhì)性較大，希望今后可通過(guò)更加統(tǒng)一的、樣本量更大的Meta分析進(jìn)行進(jìn)一步探討。

支承桿固定在測(cè)量裝置上，而推動(dòng)桿可以從測(cè)量裝置上快速拆裝。在曳引繩上安裝測(cè)量裝置時(shí)，先將測(cè)量裝置放在曳引繩上，使兩根支承桿與曳引繩均勻接觸且與曳引繩垂直，再在曳引繩的另一側(cè)安裝推動(dòng)桿。從曳引繩上取下測(cè)量裝置時(shí)，先拆除推動(dòng)桿，再將測(cè)量裝置從曳引繩上取下。

圖3 由推動(dòng)桿、支承桿組成的曳引繩推動(dòng)機(jī)構(gòu)

3.2 氣體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

測(cè)量裝置設(shè)計(jì)了一種微型的高壓空氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（見(jiàn)圖4）。高壓空氣由微型電動(dòng)增壓氣泵提供，采用薄型氣缸作為動(dòng)作執(zhí)行元件。氣缸柱塞與推動(dòng)桿剛性連接，推動(dòng)桿在氣缸的作用下，推動(dòng)曳引繩產(chǎn)生位移。

圖4 高壓空氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖

3.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

測(cè)量裝置的控制系統(tǒng)主要由MCU 芯片、AD 芯片、直線(xiàn)位移傳感器、壓力傳感器、電磁閥、增壓泵的電機(jī)、按鍵、顯示屏、電池等組成（見(jiàn)圖5）。

圖5 控制系統(tǒng)原理圖

MCU 芯片運(yùn)行控制程序與數(shù)據(jù)處理程序，接受操作人員輸入的設(shè)定值（額定載重量、懸掛比、位移值、測(cè)量分組數(shù)）、接受壓力傳感器和直線(xiàn)位移傳感器提供的測(cè)量數(shù)據(jù)，控制增壓泵電機(jī)的啟停和電磁閥的開(kāi)閉。

直線(xiàn)位移傳感器為控制系統(tǒng)提供測(cè)量位置處曳引繩的位移數(shù)據(jù)；壓力傳感器為控制系統(tǒng)提供氣缸內(nèi)高壓空氣的壓力數(shù)據(jù)。

電磁閥布置于高壓空氣管路中，用于對(duì)推動(dòng)桿位移值的精確控制。

測(cè)量裝置工作時(shí)，當(dāng)推動(dòng)桿移動(dòng)距離不等于設(shè)定值時(shí)，MCU 芯片控制增壓泵電機(jī)啟停和電磁閥開(kāi)啟或關(guān)閉，使推動(dòng)桿的位移量等于設(shè)定值；當(dāng)位移值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)控制增壓泵電機(jī)停止工作，控制電磁閥開(kāi)啟泄放高壓氣體，使曳引繩的位移量減少至設(shè)定值；當(dāng)位移值低于設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)控制增壓泵電機(jī)工作，控制電磁閥關(guān)閉，使曳引繩的位移量增加至設(shè)定值。當(dāng)推動(dòng)桿的位移值等于設(shè)定值時(shí)，MCU 芯片根據(jù)壓力傳感器提供的壓力數(shù)據(jù)，推算出推動(dòng)桿作用于曳引繩的推力值。

4 測(cè)量操作方法

4.1 不分組測(cè)量方式與分組測(cè)量方式

將測(cè)量裝置安裝在曳引繩上時(shí)，通常采用不分組測(cè)量方式，某些情況下需采用分組測(cè)量方式。

1）不分組測(cè)量方式

通常情況下，當(dāng)測(cè)量裝置的可測(cè)量寬度不小于電梯曳引繩的排列寬度，并且測(cè)量裝置的驅(qū)動(dòng)力能夠克服曳引繩（指所有的多根曳引繩）的張力時(shí)，此時(shí)宜采用不分組測(cè)量方式。將測(cè)量裝置先后安裝在曳引機(jī)兩側(cè)的測(cè)量位置（見(jiàn)圖6），做兩次測(cè)量操作后，即可完成一臺(tái)電梯的平衡系數(shù)測(cè)量，測(cè)量裝置計(jì)算并顯示電梯的平衡系數(shù)測(cè)量。

圖6 不分組測(cè)量與分組測(cè)量位置圖

2）分組測(cè)量方式

當(dāng)被測(cè)電梯的曳引繩的排列寬度大于測(cè)量裝置所能測(cè)量的最大寬度，或曳引繩（指所有的多根曳引繩）的張力過(guò)大，超出了測(cè)量裝置的驅(qū)動(dòng)能力時(shí)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)將曳引繩分成多組進(jìn)行測(cè)量（見(jiàn)圖6）。測(cè)量時(shí)應(yīng)先設(shè)置相應(yīng)的測(cè)量分組數(shù)，在曳引機(jī)一側(cè)的測(cè)量位置按分組數(shù)作多次安裝與測(cè)量后，再在曳引機(jī)另一側(cè)的測(cè)量位置按分組數(shù)對(duì)應(yīng)地作多次安裝與測(cè)量。兩側(cè)的分組測(cè)量操作均完成后，測(cè)量裝置計(jì)算并顯示電梯的平衡系數(shù)測(cè)量。

4.2 操作過(guò)程

采用測(cè)量裝置測(cè)量電梯的平衡系數(shù)的具體操作過(guò)程如下（見(jiàn)圖7）：

1）打開(kāi)電源 測(cè)量人員操縱電源開(kāi)關(guān)，打開(kāi)測(cè)量裝置。

2）設(shè)置參數(shù) 測(cè)量人員設(shè)置電梯的額定載重量、懸掛比、位移值、測(cè)量分組數(shù)。

3）安裝在曳引機(jī)一側(cè)的測(cè)量位置處進(jìn)行測(cè)量 將測(cè)量裝置先后安裝在曳引機(jī)一側(cè)測(cè)量位置處的曳引繩上進(jìn)行測(cè)量。

將測(cè)量裝置放置在曳引繩上并裝上推動(dòng)桿后，操縱測(cè)量裝置，使推動(dòng)桿拉緊或放松曳引繩。

操作人員操縱測(cè)量裝置進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，測(cè)量裝置自動(dòng)控制增壓泵開(kāi)始工作，推動(dòng)桿先拉緊曳引繩、再緩慢松開(kāi)曳引繩后，自動(dòng)設(shè)定測(cè)量的位移零點(diǎn)，然后測(cè)量裝置再次控制增壓泵、電磁閥工作，當(dāng)測(cè)量點(diǎn)處曳引繩的位移值在一定時(shí)間內(nèi)始終等于設(shè)定值時(shí)，測(cè)量裝置計(jì)算出當(dāng)前的曳引繩張力值并顯示在顯示屏上。

當(dāng)采用分組測(cè)量方式時(shí)，應(yīng)將測(cè)量裝置按分組數(shù)在本側(cè)的測(cè)量位置處多次安裝并測(cè)量。

4）安裝在曳引機(jī)另一側(cè)的測(cè)量位置處進(jìn)行測(cè)量 完成曳引機(jī)一側(cè)的測(cè)量后，操作人員將測(cè)量裝置從曳引繩上取下，再按操作過(guò)程3）所述方法，將測(cè)量裝置安裝在曳引機(jī)另一側(cè)曳引繩的測(cè)量位置處進(jìn)行測(cè)量。

當(dāng)采用分組測(cè)量方式時(shí)，應(yīng)當(dāng)將測(cè)量裝置按分組數(shù)，按對(duì)應(yīng)于前一側(cè)的分組方法，依次地安裝并完成測(cè)量。

測(cè)量裝置完成曳引機(jī)兩側(cè)測(cè)量位置處的測(cè)量后，計(jì)算出電梯的平衡系數(shù)并顯示在顯示屏上。

5）測(cè)量工作完成后，測(cè)量人員拆除測(cè)量裝置，關(guān)閉電源。

圖7 測(cè)量操作過(guò)程

5 結(jié)論

對(duì)于新安裝的曳引式電梯的驗(yàn)收檢驗(yàn)，以及在用的曳引式電梯的定期檢驗(yàn)，都需要對(duì)電梯的平衡系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。

傳統(tǒng)的電梯平衡系數(shù)的測(cè)量方法普遍存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、測(cè)量方法復(fù)雜、工作效率低的缺點(diǎn)，本文提出的一種新型的電梯平衡系數(shù)測(cè)量裝置的原理、設(shè)計(jì)與測(cè)量方法，具有體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶、操作簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度低、工作效率高、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，能克服傳統(tǒng)的電梯平衡系數(shù)的測(cè)量方法的多數(shù)缺點(diǎn)，適用于絕大多數(shù)電梯的平衡系數(shù)的測(cè)量。