一种电梯平衡系数测量装置的研制

江苏省特种设备安全监督检验研究院苏州分院 苏州 215031

平衡系数是曳引式电梯的重要参数之一，当电梯的平衡系数为适当值时，电梯曳引机的功率需求较小，电梯的实际使用能耗较低。TSG T700—2009《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》规定：曳引电梯的平衡系数应当在0.40～0.50 之间，或符合制造(改造)单位的设计值。

1 常用的平衡系数测量方法

1）带载电流法

此方法是当前使用最普遍的测量方法。在电梯轿厢内依次放置不同质量的载荷并做上、下全程运行，测量不同载荷时、轿厢位于井道中间位置时的电动机电流，绘制电流－负载曲线图，由曲线的交点确定电梯的平衡系数。这种方法的优点是测量方法简单，测量精度较好；缺点是工作效率低、劳动强度大，不易测量提升高度较低或层站数较少的电梯的平衡系数。

2）空载电流法

此方法是当前正在普及的测量方法。这种方法检测电梯轿厢和对重在匀速运行、轿厢和对重在相同高度时的电梯上行功率和上行速度、电梯的下行功率和下行速度，从而计算出电梯的平衡系数。这种方法的优点是劳动强度低、操作简单；缺点是这种方法未必适用于所有的电梯，且不易测量提升高度较低或层站数较少的电梯的平衡系数。

3）间接称重法

将对重蹲坐在缓冲器上后，将电梯制动器打开，测量对重施加在缓冲器上的作用力，测得对重与轿厢的重量差，从而计算出平衡系数。这种方法的优点是操作简单、测量准确；缺点是操作不便。

4）直接称重法

这种方法需要直接称量电梯轿厢和对重的质量。这种方法的缺点是很难实现对电梯轿厢和电梯对重的直接称重。

5）松闸盘车法

在轿厢内先后放置质量等于电梯额定载重量40%、50%的重物，必要时可再放置质量介于电梯额定载重量40%～50%之间的重物，将轿厢与对重运行到井道中间、高度相同的位置后，人工打开曳引机制动器，观察电梯轿厢的溜车方向，必要时进行人工盘车动作，从而判断出大概的电梯平衡系数。这种方法的优点是操作简单；缺点是测量结果不精确。

上述测量方法中，以带载电流法使用最为普遍，空载电流法次之，其他的测量方法使用较少。在当前测量电梯平衡系数的实际工作中，普遍存在劳动强度大、测量方法复杂的缺点，是当前需要重点解决的问题。

为了克服常用的平衡系数测量方法的缺点，能更方便、快捷、准确地测量电梯的平衡系数，本文提出了一种新型的电梯平衡系数测量装置，并介绍其原理、设计与测量方法，该装置具有外形尺寸小、质量轻、便于携带安装、操作方便、劳动强度低、工作效率高、测量结果准确的优点，适用于绝大多数电梯的平衡系数的测量。

2 测量原理

实际的电梯安装有多根曳引绳，本文在介绍新型电梯平衡系数测量装置的原理与计算方法时，将悬挂轿厢与对重的多根曳引绳抽象为一根曳引绳，不影响新型电梯平衡系数测量装置的原理与计算方法的正确性。

2.1 曳引绳张力的测量原理

测量曳引绳的张力是本测量装置实现电梯平衡系数的测量的技术基础。为了测量曳引绳的张力，测量装置设计了一种推动曳引绳使之产生横向位移的推动机构（见图1）。

在图1 中，在电梯曳引绳的同一侧布置有两个固定的支承点t1和t3（均与曳引绳表面之间为滚动接触），用于限制电梯曳引绳在支承点处的横向移动。在曳引绳的另一侧t2处设置一个推动点（推动点与本文所述的测量为同一位置），由推动机构在推动点处向曳引绳施加一个与曳引绳垂直、大小为F 的推力，使曳引绳产生横向位移d。推动点t2与支承点t1、t3的距离相同，t1、t2、t3的连接直线构成一个等腰三角形。

图1 采用曳引绳推动机构测量曳引绳张力的原理示意图

式中：d 为曳引绳在推力作用下产生的横向位移，s为当曳引绳未产生横向位移时支承点与推力点之间沿曳引绳方向的距离，F 为曳引绳施加给曳引绳推动点的反作用力，T 为曳引绳的张力，α 为曳引绳产生横向位移后偏离原曳引绳轴线的角度。

由式（1）可推导得

当d 和s 已知，若测得F 的值，则可由式(2)计算出曳引绳的张力T。

2.2 电梯平衡系数测量公式

对于不同悬挂比、静止状态、轿厢与对重均悬空且位于相同高度的电梯，分别在靠近电梯曳引机两侧的测量位置（见图2），采用前述方法测得曳引绳的张力（指悬挂轿厢与对重的所有的多根曳引绳）。

图2 不同悬挂比的电梯的测量位置

当电梯悬挂比为1:1 时，有

可以推导出当电梯悬挂比为1:1 时电梯的平衡系数计算公式为

式中：k 为电梯的平衡系数，G0为电梯的额定载重量。

当电梯悬挂比为2:1 时，有

可以推导出电梯悬挂比为2:1 时电梯的平衡系数计算公式为

当电梯悬挂比分别为1:1、2:1、3:1、4:1、……时，可以推导出电梯的平衡系数的计算公式为

式中：i 为电梯的悬挂比，i ∈R。

3 测量装置的设计

3.1 曳引绳推动机构的设计

如图3 所示，测量装置设计了一种由推动杆、支承杆组成的曳引绳推动机构。两只支承杆位于曳引绳的同一侧，两只支承杆相互平行并且位置固定，支承杆与曳引绳之间为滚动接触（支承杆内部装有旋转轴承，可绕自身轴线自由转动）。推动杆位于曳引绳的另一侧（相对于支承杆），与支承杆平行，且与两只支承杆的距离相等。

推动杆在驱动系统的作用下沿垂直于曳引绳与推动杆轴线的方向移动，推动曳引绳产生横向位移。

本研究有以下优势：①所有Meta分析存在发表偏倚的可能性低，总体质量与可信度高。②评价员全面检索并分析，纳入研究的数据涵盖7个国家和地区，包括亚洲人和欧洲人在内，所以荟萃分析的结果适用于东西方国家。③纳入的研究均属于高质量的病例对照研究，减少了干预措施不一致所造成的干扰。然而，由于纳入的不同研究使用了不同抗体和不同版本的TNM分型，且NSCLC患者的组织学类型也不同，导致许多研究的异质性较大，希望今后可通过更加统一的、样本量更大的Meta分析进行进一步探讨。

支承杆固定在测量装置上，而推动杆可以从测量装置上快速拆装。在曳引绳上安装测量装置时，先将测量装置放在曳引绳上，使两根支承杆与曳引绳均匀接触且与曳引绳垂直，再在曳引绳的另一侧安装推动杆。从曳引绳上取下测量装置时，先拆除推动杆，再将测量装置从曳引绳上取下。

图3 由推动杆、支承杆组成的曳引绳推动机构

3.2 气体驱动系统设计

测量装置设计了一种微型的高压空气驱动系统（见图4）。高压空气由微型电动增压气泵提供，采用薄型气缸作为动作执行元件。气缸柱塞与推动杆刚性连接，推动杆在气缸的作用下，推动曳引绳产生位移。

图4 高压空气驱动系统原理图

3.3 控制系统设计

测量装置的控制系统主要由MCU 芯片、AD 芯片、直线位移传感器、压力传感器、电磁阀、增压泵的电机、按键、显示屏、电池等组成（见图5）。

图5 控制系统原理图

MCU 芯片运行控制程序与数据处理程序，接受操作人员输入的设定值（额定载重量、悬挂比、位移值、测量分组数）、接受压力传感器和直线位移传感器提供的测量数据，控制增压泵电机的启停和电磁阀的开闭。

直线位移传感器为控制系统提供测量位置处曳引绳的位移数据；压力传感器为控制系统提供气缸内高压空气的压力数据。

电磁阀布置于高压空气管路中，用于对推动杆位移值的精确控制。

测量装置工作时，当推动杆移动距离不等于设定值时，MCU 芯片控制增压泵电机启停和电磁阀开启或关闭，使推动杆的位移量等于设定值；当位移值超过设定值时，控制系统控制增压泵电机停止工作，控制电磁阀开启泄放高压气体，使曳引绳的位移量减少至设定值；当位移值低于设定值时，控制系统控制增压泵电机工作，控制电磁阀关闭，使曳引绳的位移量增加至设定值。当推动杆的位移值等于设定值时，MCU 芯片根据压力传感器提供的压力数据，推算出推动杆作用于曳引绳的推力值。

4 测量操作方法

4.1 不分组测量方式与分组测量方式

将测量装置安装在曳引绳上时，通常采用不分组测量方式，某些情况下需采用分组测量方式。

1）不分组测量方式

通常情况下，当测量装置的可测量宽度不小于电梯曳引绳的排列宽度，并且测量装置的驱动力能够克服曳引绳（指所有的多根曳引绳）的张力时，此时宜采用不分组测量方式。将测量装置先后安装在曳引机两侧的测量位置（见图6），做两次测量操作后，即可完成一台电梯的平衡系数测量，测量装置计算并显示电梯的平衡系数测量。

图6 不分组测量与分组测量位置图

2）分组测量方式

当被测电梯的曳引绳的排列宽度大于测量装置所能测量的最大宽度，或曳引绳（指所有的多根曳引绳）的张力过大，超出了测量装置的驱动能力时，此时应当将曳引绳分成多组进行测量（见图6）。测量时应先设置相应的测量分组数，在曳引机一侧的测量位置按分组数作多次安装与测量后，再在曳引机另一侧的测量位置按分组数对应地作多次安装与测量。两侧的分组测量操作均完成后，测量装置计算并显示电梯的平衡系数测量。

4.2 操作过程

采用测量装置测量电梯的平衡系数的具体操作过程如下（见图7）：

1）打开电源 测量人员操纵电源开关，打开测量装置。

2）设置参数 测量人员设置电梯的额定载重量、悬挂比、位移值、测量分组数。

3）安装在曳引机一侧的测量位置处进行测量 将测量装置先后安装在曳引机一侧测量位置处的曳引绳上进行测量。

将测量装置放置在曳引绳上并装上推动杆后，操纵测量装置，使推动杆拉紧或放松曳引绳。

操作人员操纵测量装置进入测量状态，测量装置自动控制增压泵开始工作，推动杆先拉紧曳引绳、再缓慢松开曳引绳后，自动设定测量的位移零点，然后测量装置再次控制增压泵、电磁阀工作，当测量点处曳引绳的位移值在一定时间内始终等于设定值时，测量装置计算出当前的曳引绳张力值并显示在显示屏上。

当采用分组测量方式时，应将测量装置按分组数在本侧的测量位置处多次安装并测量。

4）安装在曳引机另一侧的测量位置处进行测量 完成曳引机一侧的测量后，操作人员将测量装置从曳引绳上取下，再按操作过程3）所述方法，将测量装置安装在曳引机另一侧曳引绳的测量位置处进行测量。

当采用分组测量方式时，应当将测量装置按分组数，按对应于前一侧的分组方法，依次地安装并完成测量。

测量装置完成曳引机两侧测量位置处的测量后，计算出电梯的平衡系数并显示在显示屏上。

5）测量工作完成后，测量人员拆除测量装置，关闭电源。

图7 测量操作过程

5 结论

对于新安装的曳引式电梯的验收检验，以及在用的曳引式电梯的定期检验，都需要对电梯的平衡系数进行准确的测量。

传统的电梯平衡系数的测量方法普遍存在劳动强度大、测量方法复杂、工作效率低的缺点，本文提出的一种新型的电梯平衡系数测量装置的原理、设计与测量方法，具有体积小、质量轻、便于携带、操作简单、劳动强度低、工作效率高、测量结果准确的优点，能克服传统的电梯平衡系数的测量方法的多数缺点，适用于绝大多数电梯的平衡系数的测量。