电梯平衡系数测试过程摩擦力不足问题研究*

孙学礼 陈诲 何山 彭启凤

电梯平衡系数测试过程摩擦力不足问题研究*

孙学礼 陈诲 何山 彭启凤

（广州特种机电设备检测研究院）

针对BCM-II型电梯平衡系数测试仪在测量部分大吨位电梯时摩擦力不足问题，提出一种带反馈的伺服电机位置控制模式及增强扭矩系数稳定性的方法进行预防和解决。在提升过程中监控提升力的变化率以预判是否存在摩擦力不足问题；分析不同工况下的扭矩系数稳定性以保证测试过程具有稳定的摩擦力。搭建实验平台，对测量方法进行测试和改进，有效解决了测试仪摩擦力不足问题。

电梯平衡系数测试仪；摩擦力；反馈；位置控制模式；扭矩系数

0　引言

曳引驱动最理想的情况是曳引轮两端悬挂物质量相等。但由于轿厢内负载是经常变化的，而对重在电梯安装调试完毕后已经固定，其质量无法随轿厢负载变化而改变。为使电梯运行尽量接近理想的平衡状态，需要选择一个合适的系数反映轿厢、对重和额定载荷间的关系，该系数称为电梯平衡系数。电梯平衡系数传统检测方法是电流—载荷曲线法[1]。该方法需要反复搬运砝码，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的环节，影响准确性和可重复性。

针对现行检测方法的缺点，国内外设计了各种不同原理的平衡系数测试仪[2-13]。其中BCM-II型电梯平衡系数测试仪[14]利用测量钢丝绳张力求出轿厢和对重质量，代入平衡系数定义公式，可得到电梯平衡系数。该方法直接，操作简便，目前已在多家电梯公司及检测机构应用。但BCM-II型电梯平衡系数测试仪测量部分大吨位曳引电梯时，存在因摩擦力不足而导致夹块与所夹持钢丝绳打滑现象。本文针对此问题进行分析，并依据大量的实验对BCM-II型电梯平衡系数测试仪进行改进。

1 　测试仪测量方法

1.1 　测量原理

电梯在停止状态时，轿厢侧、对重侧上端钢丝绳所受张力即为轿厢和对重质量。BCM-II型平衡系数测试仪通过测量钢丝绳张力，得到轿厢侧与对重侧的质量，测量原理如图1所示。

图1　 钢丝绳张力测量原理

测量时，将轿厢和对重停至同一高度，在轿厢（对重）上方选取一段钢丝绳组；固定夹绳装置1、夹绳装置2于钢丝绳上；以夹绳装置1为支撑，利用伺服电机、谐波减速机组成的驱动系统驱动T型丝杆提升夹绳装置2，使中间所夹钢丝绳组松弛不受力；此时夹绳装置1与夹绳装置2间钢丝绳的张力转移到夹绳装置上，作用在夹绳装置1处为向下拉力，作用在夹绳装置2处为向上拉力；由传感器测出该拉力，其值即为轿厢（对重）的质量；代入平衡系数定义公式（式(1)），可得电梯平衡系数。

1.2 　测试仪结构

BCM-II型电梯平衡系数测试仪结构如图2所示，由左右侧两部分组成。左右侧两部分通过螺栓、螺母固定于电梯曳引钢丝绳上。

图2 　BCM-II型电梯平衡系数测试仪结构图

BCM-II型电梯平衡系数测试仪单侧结构如图3所示，由驱动装置、上夹块、内衬块、T型丝杆、S型拉力传感器、连接丝杆和下夹块组成。驱动装置由伺服电机、谐波减速机、连接法兰和连接轴组成。其中伺服电机、谐波减速机固定在上夹块；内衬块固定于夹块中，直接与钢丝绳接触。左右两侧T型丝杆的螺纹不同向，提升时，电机旋转也不同向，但转速和旋转的角度相等。

图3　 BCM-II型电梯平衡系数测试仪单侧结构图

2 　控制模式改进

2.1　位置控制模式

图4 钢丝绳打滑示意图

2.2　加入反馈环节的位置控制模式

图5 　带反馈系统的位置控制模式框图

3　扭矩系数的确定

BCM-II型电梯平衡系数测试仪采用上紧12.9级的高强度螺栓固定于曳引钢丝绳上，内衬块与钢丝绳的摩擦系数约为0.4。为避免提升过程中打滑，需保证稳定可靠的预紧力。预紧力与力矩、螺栓规格和扭矩系数有关。在安装过程中，采用定力矩扳手将扭矩控制在一个定值，螺栓为M12的高强度螺栓，欲求预紧力的大小，需确定扭矩系数。

扭矩系数反映了螺栓轴向预紧力与施拧扭矩的关系[14]，其计算公式为

扭矩系数实验的夹块采用BCM-II型电梯平衡系数测试仪中的夹块；螺杆与平衡系数测试仪螺栓的螺纹规格相同；测力装置采用的数显推拉力计HP-200K由压力传感器及信号采集显示器组成，测力量程为 0 kN ~200 kN，分度值为0.01 kN，误差为±0.5 kN；连接内衬块采用304不锈钢，一端与测力装置通过螺纹连接，另一端置于夹块的槽中，置于槽中的面与测试仪内衬块的表面形状、面积相同。夹块、压力传感器及连接内衬块通过螺杆螺母连接为一个整体。

图6　 扭矩系数实验模型

扭矩系数实验如图7所示，将夹块固定在实验台上，分别在不加垫片、加垫片、加涂抹润滑油垫片的工况下上紧上端夹块处的螺母。在不同扭矩下测得预紧力，进而求得压力，测试结果如表1所示。

由表1数据可以看出：在未加垫片的工况下，扭矩系数的值最大且稳定性最差；在加涂抹润滑油垫片工况下，扭矩系数的值最小且稳定性最好。在相同的扭矩下，为获得最大的预紧力，由式(2)可知，需要较小的扭矩系数；为保证测量具有较强的可重复性，需要稳定的扭矩系数。

图7 　扭矩系数实验

表1　 扭矩系数实验数据

4 　实验

4.1　搭建测试平台

为模拟电梯现场曳引钢丝绳，搭建平台如图8所示，由上拉板、下拉板、电梯曳引钢丝绳和吊环等组成。其中上、下拉板各有8个绳头孔，最多可放置8根钢丝绳；电梯曳引钢丝绳备有8 mm，10 mm，12 mm，13 mm和16 mm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2吨砝码。

4.2　测试仪改进后测试

操作起重机，通过试验平台，吊起2吨砝码；分别以40 N·m和60 N·m的扭矩安装电梯平衡系数测试仪于试验平台的电梯钢丝绳处；开启控制器，向伺服电机发送脉冲，伺服电机旋转1.5 s后停止运转；检查上、下夹块间的钢丝绳，发现钢丝绳仍处于拉紧状态，有轻微打滑现象；以96 N·m的扭矩安装电梯平衡系数测试仪于试验平台的电梯钢丝绳处，向伺服电机发送脉冲，伺服电机转速设定为2000 min-1，旋转角度设定为180000°。试验中，伺服电机实际旋转60000°，谐波减速器的输出端旋转了600°，平衡系数测试仪的下夹块向上移动了3.3 mm，上、下夹块间的钢丝绳已处于松弛状态，检查夹持段钢丝绳，未发现打滑现象。

图8　 实验平台

5　结语

通过对BCM-II型平衡系数测试仪控制模式的研究，及对连接夹块螺丝螺母扭矩系数的分析，由试验平台得到的数据可知：

1）加入反馈环节后，在钢丝绳发生严重打滑之前控制器能有效停止电机运转，避免内衬块损害；

2）加入反馈环节后，当夹持段钢丝绳在给定的脉冲数量结束前达到完全松弛状态，控制器提前停止伺服电机运转，减少钢丝绳的弯曲度，将钢丝绳的损害降到最低；

3）在连接夹块的垫片上涂抹润滑油后，扭矩系数较小且稳定，可有效解决在一定力矩下摩擦力不足的问题。

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Research on the Insufficient Friction in the Testing Process of Elevator Balance Coefficient

Sun Xueli Chen Hui He Shan Peng Qifeng

(Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing)

Aiming at the problems of insufficient friction during the process of taking advantage of the BCM-II instrument to test the elevator balance coefficient, a position control mode with feedback and the method of increasing the stability of torque coefficient are adopted to solve the problem. Feedback element is used to discover and prevent the problem of insufficient friction. The torque coefficients under different working conditions are analyzed and compared. The experimental platform has been built to simulate the real measurement environment, and the measurement method was studied and improved. The problem of insufficient friction in the tester was effectively solved.

Elevator Balance Coefficient Measurement; Friction; Feedback; Position Control Mode; Torque Coefficient

孙学礼，男，1982年生，硕士研究生，高级工程师，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

广州市科技创新委员会科技计划项目（2015109010008）