基于定义法的电梯平衡系数液压提升检测装置实现*

孙学礼 黄国健 刘英杰 何山 彭启凤 陈诲 刘金

（广州特种机电设备检测研究院）

基于定义法的电梯平衡系数液压提升检测装置实现*

孙学礼 黄国健 刘英杰 何山 彭启凤 陈诲 刘金

（广州特种机电设备检测研究院）

针对现行电梯平衡系数测试方法（电流—载荷曲线法）存在效率低和检测成本高的问题，提出并研制一种基于定义法的电梯平衡系数液压提升检测装置，利用分离式液压千斤顶作为驱动，根据钢丝绳张力等于所悬挂重物重量的原理，依次测出轿厢重量、对重重量，再代入额定载荷、曳引比，从而求出电梯平衡系数。实验结果表明：钢丝绳张力测量误差可控制在5‰以内，完全满足电梯平衡系数测量需求。该装置适用于采用钢丝绳牵引且无补偿绳的曳引式电梯，测量过程无需载荷，操作简单便捷、精度高、可重复性好。

电梯平衡系数；曳引式电梯；定义法；液压系统；钢丝绳张力

0 引言

电梯的驱动有曳引驱动、强制驱动、液压驱动等多种方式，其中曳引驱动是现代电梯应用最普遍的驱动方式。曳引电梯的轿厢与对重通过钢丝绳分别悬挂于曳引轮的两侧，轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮的绳槽内。电动机转动时，曳引轮绳槽与曳引钢丝绳的摩擦力拖动钢丝绳运动，进而带动轿厢、对重在井道中沿导轨上下移动[1-3]。

曳引驱动最理想的情况是曳引轮两端悬挂物重量相等，但由于轿厢内负载的大小是经常变化的，而对重在电梯安装调试完毕后已经固定，不能随时改变。为使电梯的运行基本上接近于理想的平衡状态，就要选择一个合适的平衡系数。平衡系数k定义为

其中，W为对重重量；G为轿厢自重；Q为额定载荷重量[4-6]。

当平衡系数k的值在0.4～0.5之间时，对重能最大限度地平衡轿厢及轿内负载重量。现行检规规定的平衡系数检测方法是“电流—载荷曲线法”。该方法是一种需要载荷的测试方法，要求轿厢分别承载30%、40%、45%、50%、60%额定载荷，进行沿全程直驶运行试验，分别记录轿厢上下行至同一水平面时的电流值，然后做电流—载荷曲线确定平衡系数[7-9]。该方法已经沿用几十年，技术成熟，测试结果得到普遍认可；但其需要反复搬运砝码，劳动强度大，作业时间长，且在测量过程中，存在多处易产生误差环节，如电压波动、记录电流的时间点、曲线图绘制等，这些环节影响其数值的准确性和可重复性[10]。

基于定义法的电梯平衡系数检测是一种无载的检测方法，即依次测出轿厢重量、对重重量，再代入额定载荷、曳引比，求出电梯平衡系数。基于此原理，设计一种直接称重空载轿厢、对重重量的平衡系数液压提升检测仪，利用测量钢丝绳张力求得轿厢、对重重量，代入式(1)，求得电梯平衡系数[11]。

图1 钢丝绳张力测量方案

1 装置测量方案

1.1 基于定义法的检测装置实现方案

电梯在停止状态下，轿厢、对重的重量等于其上端钢丝绳中的张力，钢丝绳张力测量方案如图1所示。

将轿厢、对重停至同一高度，在轿厢（对重）上方选取一段钢丝绳，固定夹绳装置1和夹绳装置2。以夹绳装置1为支撑，提升夹绳装置2，使其中间所夹钢丝绳松弛不受力，此时提升夹绳装置2的力即为电梯钢丝绳的张力，也就是轿厢（对重）的重量[12]。

平衡系数液压提升检测仪操作的位置可在轿顶，也可在机房。当机房有足够测量空间时（曳引轮两端钢丝绳长≥350mm），将轿厢、对重开至同一高度，安装平衡系数液压提升检测仪，分别测出轿厢侧重量G1、对重侧重量 W1。假设从曳引轮处到轿厢、对重处的钢丝绳重 M1、 M2，则。由于轿厢、对重停在同一高度，故，代入平衡系数定义公式(1)得式(2)。

1.2 分离式液压千斤顶作用原理

提升夹绳装置2的力，可由液压驱动系统提供。液压驱动系统具有体积小、传递功率大、安全可靠等优点。而分离式的液压千斤顶，可实现远距离操作，避免在提升过程中操作人员站在移动轿顶，增加安全系数，且可避免操作人员自重对测量结果的影响。本文采用的液压驱动系统工作原理如图2所示。手动液压泵通过主油管、三通接头、分油管连接2个液压缸。施加压力时，手动液压泵动作，油缸内液压油增多，液压油压缩弹簧，柱塞向液压缸外伸出，由于手动液压泵处装有单向阀，油缸内液压油不会回流。释放压力时，打开液压阀，液压缸柱塞在弹簧力的作用下向油缸内移动，迫使液压油流向手动泵油箱，液压缸复原。

2 结构与部件介绍

2.1 平衡系数液压提升检测仪结构

平衡系数液压提升检测仪结构如图3所示，由左侧和右侧2部分组成。左右两侧通过螺栓、螺母连接为一个整体。测量时需提升轿厢、对重，由液压驱动装置实现。

图2 液压驱动系统原理图

图3 平衡系数液压提升检测仪结构图

平衡系数液压提升检测仪单侧如图4所示，包括上夹块、下夹块、力传感器、液压缸、拉杆和拉板。上夹块用于夹紧所选取的曳引绳段的上方；下夹块用于夹紧所选取的曳引绳段的下方；液压缸通过缸体上端外螺纹安装在上夹块的支撑槽内；力传感器的下端与液压缸的柱塞通过螺纹相连，上端与拉板通过螺纹相连，用于测量液压缸所顶升的压力值；拉板位于液压缸的上方，中部与测力传感器的上端相连，两端与拉杆相连；拉杆的下端与下夹块相连，提升杆的上端与拉板相连。油管与油缸连接采用快接接头，可迅速安全的将手动泵与油缸相连。

2.2 夹块及内衬块

为降低对钢丝绳的损坏，采用尼龙材料的内衬块与钢丝绳接触，内衬块安装于夹块内，如图5所示。上限位沿、下限位沿用于限制内衬的上下位置；夹块的夹持面中心位置设有限位台，与内衬块的限位槽配合使用，用于限制内衬块的左右位置。内衬块的绳槽规格与曳引绳直径对应，即不同直径的钢丝绳对应不同规格的内衬槽，绳槽最多为8个；尼龙内衬块硬度小、耐磨性好，在保证钢丝绳安全的前提下，延长了内衬块的使用寿命。

图4 平衡系数液压提升检测仪单侧结构图

图5 夹块及内衬块

夹块分为上夹块、下夹块，上下夹块左右各有2块，其两侧设有安装耳，安装耳上设有安装通孔，左右夹块通过螺杆螺母安装一起，螺杆选用M 12，12.9级规格；上夹块在底部设有支撑槽，设计有内螺纹，与油缸缸体的外螺纹配合，支撑油缸；夹块按提升2000 kg重物设计，材料选用42CrMo。

3 测试结果及分析

3.1 搭建测试平台

为模拟电梯现场曳引钢丝绳，搭建平台如图6所示，由上拉板、下拉板、电梯曳引钢丝绳、吊环等组成。其中上、下拉板有8个绳头孔，最多可放置8根钢丝绳；电梯曳引钢丝绳备有Ф8mm、Ф10mm、Ф 12mm、Ф13mm、Ф16mm的规格；绳头可在拉板绳孔处进行上下调节；上拉板的吊环通过扁平吊带吊在起重机吊钩处；下拉板的吊环通过扁平吊带吊起2000 kg砝码。3.2 提升实验

图6 实验平台

操作起重机，通过实验平台，吊起2000 kg砝码，安装电梯平衡系数液压提升检测仪于实验平台的电梯曳引钢丝绳处，如图7所示。

图7 提升实验

操作手动泵，油缸柱塞向上移动，通过力传感器带动拉板向上移动，拉板通过两端的拉杆带动下夹块向上移动，当上、下夹块间的钢丝绳已经处于松弛状态时，停止操作手动泵，读取力传感器的值。同理，分别吊起2000 kg、1000 kg、500 kg、20 kg的砝码进行试验，所得数据如表1所示。

表1所得数据在5根钢丝绳直径为10mm的情况下测得。由实验数据可以看出，500 kg时平衡系数液压提升检测仪对砝码的称重误差为4‰，1000 kg时对砝码的称重误差≤5‰，2000 kg时对砝码的称重误差≤4‰，总的称重误差控制在5‰以内（使用现场都远远大于20 kg，故20 kg的误差不考虑在内）；砝码为1000 kg时的重复性误差为0.4 kg，砝码为2000 kg的重复性误差为0.7 kg，都在可接受的范围内。

4 结语

1)根据定义法，直接称量空载轿厢与对重，代入平衡系数定义公式，原理简单、直接，没有过多中间环节、参数设定，减小了误差产生的可能；检测过程为无载检测，无需搬运砝码；由于不改变曳引轮两侧的受力分布，且提升距离较短（≤20mm），故安全可靠；与钢丝绳接触的内衬块，选用尼龙材料，且各种直径的钢丝绳，有相应的绳槽与之对应，将对钢丝绳的损伤降低到最小；

2)充分考虑到液压驱动系统稳定、安全、提升力的优点，采用分离式液压千斤顶作为提升驱动系统。采用直顶式油缸，有多种规格可以选择，且体积小、价格低，增强了设备的便携性，节省了成本；采用分离式的结构，在提升过程中，操作人员无需站在轿顶，且与安装位置保持一定距离，去除了操作人员自身对测量的干扰，并增强了操作的安全性；

3)通过现场试验测试可知，平衡系数液压提升检测仪的称重误差≤5‰，且测量结果具有较好的可重复性。

根据定义法的无载荷电梯平衡系数检测仪，按其驱动方式可分液压驱动式、手动丝杆提升式和电机丝杆提升式，各有优缺点。本文所介绍的平衡系数液压提升检测仪，已在现场做了大量测试，其测量精度、安全性得到验证。

[1]钱宇,朱翠芳.电梯平衡系数无载检测的研究[J].中国电梯, 2008,19(5):31-33.

[2]郭琦,彭仁东,陈曙光,等.无载荷工况电梯平衡系数测量方法的应用[J].中国特种设备安全,2007,23(4):1-4.

[3]赵国先.电梯平衡系数无载测试技术探讨[J].中国电梯, 2007,18(5):55-58.

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[11]安徽中科智能高技术有限责任公司.一种电梯平衡系数的测量方法:中国,CN200510075623.6[P].2005-11-16.

[12]广州特种机电设备检测研究院.一种基于丝杆拉升式的电梯空载平衡系数检测装置:中国,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

孙学礼，男，1982年生，硕士研究生，工程师，主要研究方向：检测仪器开发，包括电气设计、机械设计、控制编程等。E-mail:641302712@qq.com

广东省质量技术监督局科技项目（2016PT01）；广州市科技创新委员会科技计划项目（2015109010008）；广东省科技计划产学研合作项目（20160918）。