一種電梯平衡係數的測量方法

2023-05-10 04:10:21

專利名稱：一種電梯平衡係數的測量方法
技術領域：
本發明涉及電梯檢測領域，特別涉及一種電梯平衡係數的測量方法。
背景技術：
眾所周知，當電梯的轎廂及載荷與對重處於完全平衡狀態時，曳引力只需克服鋼絲繩同曳引輪之間的靜壓摩擦力，電梯就能輕鬆自如地運行。此時，電梯運行的平穩性、平層的準確度等均處於最佳狀態，舒適、安全、可靠並有利於節約能耗和延長各部件的使用壽命，因此，電梯平衡係數的選取應儘量使電梯能接近最佳工作狀態。電梯的平衡係數應為40％～50％之間為合格，如果電梯平衡係數選擇不當，不僅影響電梯系統消耗的功率和平層準確度，也是造成電梯衝頂、撞底的重要原因之一。
電梯平衡係數是電梯重要的特性參數之一，也是電梯驗收檢驗、監督檢驗的必檢項目。目前國家標準GB/T10059-1997《電梯實驗方法》和國家質檢總局《電梯監督檢驗規程》中對電梯平衡係數求得的方法和要求都有明確的說明。在《電梯監督檢驗規程》中規定的方法為轎廂分別承載0、25％、50％、75％、100％的額定載荷，進行沿全程直駛運行試驗，分別記錄轎廂上下行至與對重同一水平面時的電流、電壓或速度值。對於交流電動機通過電流測量並結合速度測量，做電流-載荷曲線或速度-載荷曲線，以上、下運行曲線交點確定電梯平衡係數，電流應用鉗型電流表從交流電動機輸入端測量。對於直流電動機通過電流測量並結合電壓測量，做電流-載荷曲線或電壓-載荷曲線，確定電梯平衡係數。在國標中規定的方法與檢規中的方法基本相同，只是多了40％、110％額定載荷時的兩種工況。
經網上查新，安徽省合肥工業大學 申請(專利)號98250765.8發明名稱電梯平衡係數自動測量儀。
該實用新型涉及一種測量電梯平衡系統的儀器，它是利用霍爾傳感器自動捕捉電梯轎廂與對重繩頭過同一水平面的時刻，從而實現了相關參數的自動採集，並成功的利用數學模塊，實現了對參數—載荷變化曲線的描述和平衡係數的聯立方程的求解，達到完全排除人工幹預，提高了測量的精度和效率。
其技術特徵包括繩頭過同一水平面時刻監測通道，交流電流測量通道，直流電壓測量通道，電梯曳引輪盤側面設置一隻永久磁鋼，軟管支架上裝設二隻霍爾傳感器，交流電流的測量通道由袖珍數字式鉗形表引出霍爾信號並送入AC電流A/D通道，讀出數據並加以存貯，通過軟體示教程序，計算機自動識別轎廂運行的方向及到達上、下測量端站轉數，由參數測量通道進行數據同步採集；採集獲得的信號經接口界面調理後送入微處理器CPU，經A/D轉換讀入計算機並存貯和處理，由數學模塊實現載荷——參量曲線的描述並求解出載荷係數——電梯平衡係數。
該專利的不足之處是該專利其基本測試原理仍然採用傳統的測試方法，即轎廂分別承載0、25％、50％、75％、100％的額定載荷，進行沿全程直駛運行試驗，分別記錄轎廂上下行至與對重同一水平面時的電流、電壓或速度值。對於交流電動機通過電流測量並結合速度測量，做電流-載荷曲線或速度-載荷曲線，以上、下運行曲線交點確定平衡係數。電流應用鉗型電流表從交流電動機輸入端測量。對於直流電動機通過電流測量並結合電壓測量，做電流-載荷曲線或電壓-載荷曲線，確定平衡係數。由於使用砝碼進行多次載荷實驗，帶來了裝卸的工作量和花費測試時間。
其專利僅是將原方法中需人工讀取的電流、電壓或速度值變成儀器自動讀取，原方法中需人工判斷平衡點和人工繪製相應圖譜曲線改由儀器自動判斷和繪圖。

發明內容
為有效地彌補目前通用做法的不足，提高電梯平衡係數的測試精度，本發明的目的是實現一種電梯平衡係數的測量方法，即一種無載荷測試電梯平衡係數的方法，分別在轎廂端和對重端，用鋼絲繩測量裝置兩端的繩鉤勾住豎直的鋼絲繩，順時針旋轉螺旋推進器將傳感器推進，使傳感器有一個檢測信號輸出，通過數據採集器進行信號處理，上位機系統對傳輸來的數據進行智能化篩選、分析、計算、處理，推導出轎廂重量和對重重量，然後通過電梯平衡係數的力學基本公式計算出電梯平衡係數。
本發明的技術方案是一種電梯平衡係數的測量方法，包括傳感器檢測信號的採集和對其進行處理，其特徵在於測量開始時首先設置數據採集器，根據採集傳感器檢測的對象選擇要進行的操作，是測量轎箱端鋼絲繩張力或者是測量對重端鋼絲繩張力或者是標定裝置，並根據現場電梯情況設定鋼絲繩的根數、直徑以及同一根鋼絲繩的測量點數，鋼絲繩張力測量裝置能夠在鋼絲繩橫截面上按水平方向任意角度旋轉，按角度平均分若干點測量，把由於鋼絲繩橫截面不圓造成的誤差降低到最小。
將轎箱、對重打至平層位置，用鋼絲繩的張力測量裝置兩側對稱的繩鉤勾住豎直的鋼絲繩，順時針旋轉中部的螺旋推進器把鋼絲繩張力測量裝置安裝在張力已調勻的鋼絲繩上，在鋼絲繩張力測量裝置的三端與待測鋼絲繩接觸的基礎上，繼續順時針旋轉中部的螺旋推進器將中端帶有高阻抗絲柵應變片測量電橋的傳感器的一端向待測鋼絲繩方向推進到限定位置，此時，傳感器有一個檢測信號輸出，鋼絲繩張力大，輸出的檢測信號高。
對檢測信號進行數據處理對轉換成數字量的數據進行處理，即對於張力的數據，按大小排序，在捨去頭尾各四次的數據後，求其均值和求其方差。
數據採集器接收通過電纜傳輸來的傳感器的檢測信號，然後由放大器對該檢測信號進行整形、濾波、限幅放大，再經A/D變換電路將其轉換成數字量，送LCD顯示器顯示並由快閃記憶體儲存，單片機掃描鍵盤，並執行編寫好的內部固化程序，分別對測試對重、轎廂、標定得到的數據分類和自動儲存，數據採集器採集的檢測數據在測試結束後通過USB接口向上位機系統傳輸。
上位機及軟體(20)對傳來的數據進行分析，由模糊數學的理論判斷出異常數據，經確認和識別後剔除，同時根據經驗公式和概率論的方法進行重新賦值，數據處理完後按電梯平衡係數的基本力學定義和模糊修正量進行分析、處理，得到電梯平衡係數。
對檢測信號進行處理通過鋼絲繩張力測量裝置測得轎廂端和對重端鋼絲繩的張力，推導出轎廂重量和對重重量，通過電梯平衡係數的力學基本公式計算出電梯平衡係數K平。
電梯平衡係數計算的數學表達式為K平＝(W1-W)/Q其中Q電梯額定載荷(kg)；W轎廂重量(kg)；W1對重重量(kg)；K平電梯平衡係數；電梯平衡係數的測量方法具體流程是①、用電梯鋼絲繩張力測量裝置分別測量轎廂端和對重端的每根鋼絲繩的張力，當鋼絲繩的張力均勻度誤差超過±5％時，用電梯鋼絲繩的張力測量裝置在線測量調整，把張力大的鋼絲繩調松，把張力小的鋼絲繩調緊，使其均勻度誤差在±5％以內；②、測量轎廂端中每一根鋼絲繩的張力，在鍵盤上按下記錄確認鍵，此時數據採集器採集到的數據送LCD顯示器顯示並由快閃記憶體儲存；③、在轎廂上加入重量已知的實體再測試每一根鋼絲繩的張力並按下鍵盤上的記錄確認鍵，此時數據採集器採集到的數據送LCD顯示器顯示並由快閃記憶體儲存；④、測量對重端的每一根鋼絲繩的張力，並按下數據採集器的鍵盤上的記錄確認鍵，此時數據採集器採集到的數據送LCD顯示器顯示並由快閃記憶體儲存；⑤、用USB連線聯接數據採集器和上位機系統，打開軟體、輸入已知實體的重量值和電梯額定負載值，將處理後的數據發送至計算機的輸出裝置，電梯平衡係數的測量結果則在上位機上顯示出來。
所述傳感器的給進長度可調，使得傳感器適應測量φ8～φ13mm直徑的鋼絲繩。
所述螺旋推進器採用大螺距螺紋，以提高測量時的推進速度並保證螺紋的中心軸線和傳感器的中軸線重合，螺旋推進器將傳感器推進12～15mm的距離。
所述檢測信號為單根鋼絲繩的檢測信號或分類存儲的多根鋼絲繩的檢測信號。
所述鋼絲繩張力測量裝置上兩側對稱的繩鉤的間距為412mm。
本發明的有益效果是1、本發明採用的是無砝碼載荷測試方法，即通過測量電梯鋼絲繩張緊力來精確計算出電梯轎廂和對重的重量，根據電梯平衡係數的基本力學公式得出準確的平衡係數值，該方法突破了傳統電梯平衡係數測試的原理和思路，並經實驗(在國家實驗室深圳市特種設備質量安全檢測所用本方法與傳統的電流法進行比對，見具體實施方式
中的對比試驗。)證明有較好的測試效果。
2、本發明由於採用了基礎力學基本定義的方法測試，排除了間接測試帶來的誤差，使測試更準確。而傳統的電流法則是通過測量曳引電動機定子電流來間接達到近似測量電動機的輸出功率，存在著較多的誤差因素。
3、由於本方法不再使用砝碼進行多次載荷實驗，從而避免了傳統測試方法中110％額定載重量砝碼的運輸、裝卸的工作量和花費的時間，大大減輕了測試人員的勞動強度、縮短了測試時間、提高了工作效率。
4、本發明採用了智能控制技術，應用了模糊數學、概率論、數理方程等多種數學工具，對數據的分析處理更具先進性，合理性，測試結果更接近真值。排除了傳統測試方法中在電流-載荷曲線的繪製、平衡點時間的確定及該時間點上電流(電壓)值的準確讀取等方面由於人為因素所帶來的誤差。
5、本發明的鋼絲繩張力測量裝置中的傳感器在設計和選用材料時都注重了輕型和小型化，在測量中，裝置的重量對電梯系統的影響可忽略不計。
6、本發明還可以現場測試電梯的多根鋼絲繩的張力均勻度，是在線調整鋼絲繩受力均勻要求的一種有效工具。


圖1為本發明的電梯平衡係數檢測方法示意圖；圖2鋼絲繩張力測量裝置結構圖；圖3數據採集器方框圖；圖4上位機系統方框圖；圖5鋼絲繩張力測量裝置在線檢測示意圖。
具體實施例方式在圖1和圖2中，鋼絲繩張力測量裝置10包括傳感器1、繩鉤2、螺旋推進器3、導杆4、螺孔基座5、過渡塊6、彈簧7、鋼絲繩8、電纜9、數據採集器19。
鋼絲繩張力測量裝置10基體採用鋁合金材料，使其重量輕，在設計和選用材料時都注重了輕型和小型化，在測量中，裝置的重量對電梯系統的影響可忽略不計。
其中傳感器1採用環型拉壓力結構，固定在呈水平設置的導杆的杆端，選用彈性好、蠕變小的合金鋼作基體材料，成型後再經熱處理和表面處理，在圓環中部位置應變好、抗偏能力強處粘貼高阻抗絲柵應變片，構成測量電橋，使之具有較高的抗偏性能。傳感器1的給進長度可調，使得傳感器1適應於測量φ8～φ13mm直徑的鋼絲繩。過載能力為150％，重複性、線性好。
與鋼絲繩8相連接的兩隻繩鉤2對稱地分布在螺旋推進器3的中軸線的兩端，繩鉤2的設計大小可變換，以適應測量不同直徑的鋼絲繩。
繩鉤2的頭部採用硬質合金材料製成，與鋼絲繩8接觸部位進行了熱處理和表面處理，減少與鋼絲繩8的摩擦力，具有耐久性不變形。
螺旋推進器3採用大螺距螺紋，以提高測量時的推進速度並保證螺紋的中軸線和傳感器1的中軸線重合。
螺孔基座5固定在基體上，兩根導杆4插入螺孔基座5的孔中，過渡塊6、傳感器1都在導杆4限制的範圍內往復移動，移動的推力來自螺旋推進器3。
彈簧7的作用是使螺旋推進器3的移動與傳感器1同步移動。
在圖3中，數據採集器19以單片機15為核心，其外圍電路包括接受檢測信號的放大電路11、A/D變換電路12、LCD顯示器13、快閃記憶體14、鍵盤16、電源17、以及USB接口18。
數據採集器19是對傳感器的輸出信號進行採樣、存儲、分析和傳輸。帶有薄膜面板按鍵和液晶顯示屏，可進行相關參數的輸入和選擇，菜單和數據的顯示。採用MCS51單片機系統，A/D變換器，USB接口，A/D變換器使用的是MAX186，為8路12位採樣精度。微處理器晶片是P89C58，其內部有32k程序存儲器。通過USB接口晶片PDIUSBD12與上位機系統22通訊，傳輸數據。
所述的數據採集器19接收電纜9傳輸來的檢測信號由放大器11對檢測信號進行整形、濾波、限幅放大，A/D變換電路12將其轉換成數字量，送LCD顯示器13顯示並由快閃記憶體14儲存，單片機15掃描鍵盤16，並執行編寫好的內部固化程序，分別測試對重、轎廂、標定的得到的數據分類和自動儲存，電源17向數據採集器19供給電能及向傳感器1供電，USB接口18是一種與上位機及軟體20通訊的串行協議接口，數據採集器19採集的數據在測試結束後通過USB接口18向上位機系統22傳輸。
在圖4中，上位機系統22包括上位機及軟體20和印表機21，上位機及軟體20與數據採集器19的USB接口18用USB聯線連接，進行數據通訊。數據採集器傳上來數據是按照轎廂、對重和標定來分為三個組別的，分別對這三個別的數據進行比較，按照貝葉斯決策理論中的最小錯誤率的貝葉斯決策方法判斷出異常數據，經過確認和剔除後得到有效採樣數據，然後根據鋼絲繩直徑、樓層高度、電梯運行速度、電梯的額定負載值等方面的因素選擇相應的經驗參數k(k為0.75-1.25之間的某一值)對有效採樣數據進行加權(即將有效採樣數據乘上經驗參數k)處理，分別得到最終的轎廂、對重和標定三個組別的採樣值。然後用標定質量除以標定採樣值確定的比例係數，把這個係數分別乘以轎廂23和對重25採樣值就可以得到轎廂重量W，對重重量W1，最後根據電梯平衡係數計算數學表達式K平＝(W1-W)/Q進行計算，電梯平衡係數結果顯示在上位機及軟體20上，同時由列印程序按規定的格式列印出測試報告。
在圖5中，曳引電機24作為電梯升降的動力，轎廂23的重量為W，它由三根鋼絲繩分擔，分別受到的張力為W1、W2、W3，同樣對重25的重量P也由P1、P2、P3分擔，假定該電梯的額定載荷Q＝800kgf，下面給出按電梯平衡係數基本力學定義的計算示例W1＝296kgf、W2＝307kgf、W3＝301kgf、則W＝W1+W2+W3＝904kgf同理P1＝580kgf、P2＝591kgf、P3＝578kgf、則P＝P1+P2+P3＝1749kgfK＝(P-W)/Q＝(1749-904)/800＝45％實施例電梯平衡係數測量方法的具體流程是①、用電梯鋼絲繩張力測量裝置分別測量轎廂端和對重端的每根鋼絲繩的張力，當鋼絲繩的張力均勻度誤差超過±5％時，用電梯鋼絲繩的張力測量裝置在線測量調整，把張力大的鋼絲繩調松，把張力小的鋼絲繩調緊，使其均勻度誤差在±5％以內；②、測量轎廂端中每一根鋼絲繩的張力，在鍵盤上按下記錄確認鍵，此時數據採集器採集到的數據送LCD顯示器顯示並由快閃記憶體儲存；③、在轎廂上加入重量已知的實體再測試每一根鋼絲繩的張力並按下鍵盤上的記錄確認鍵，此時數據採集器採集到的數據送LCD顯示器顯示並由快閃記憶體儲存；④、測量對重端的每一根鋼絲繩的張力，並按下數據採集器的鍵盤上的記錄確認鍵，此時數據採集器採集到的數據送LCD顯示器顯示並由快閃記憶體儲存；⑤、用USB連線聯接數據採集器和上位機系統，打開軟體、輸入已知實體的重量值和電梯額定負載值，將處理後的數據發送至計算機的輸出裝置，電梯平衡係數的測量結果則在上位機上顯示出來；⑥、接通印表機21，在軟體界面上單擊「列印」鈕，測試報告將按規定的格式列印出來。
對比實驗在國家實驗室深圳市特種設備質量安全檢測所用本方法與傳統的電流法進行比對，採用兩種方法，對同一臺電梯的平衡係數進行檢測1.使用智能測試儀的檢測方法；2.採用《電梯監督檢驗規程》中規定的電流法。
被檢測電梯的主要參數電梯型號X021VF；電梯類型乘客電梯；額定載重量800kg；額定速度1.75m/s；站數18層/18站。
檢測結果1.使用智能測試儀檢測結果轎廂重量1316kg，對重重量1703kg，檢測用時20min，平衡係數48.4％。
2.採用電流法檢測結果 結果分析使用智能測試儀的檢測結果與電流法僅相差0.4％，兩者非常接近。證明有較好的測試效果，從而為電梯平衡係數的測試方法的研究和發展提供了一個全新的思路和可能的發展方向。
權利要求
1.一種電梯平衡係數的測量方法，包括傳感器(1)檢測信號的採集和對其進行處理，其特徵在於1.1、測量開始時首先設置數據採集器(19)，根據採集傳感器(1)檢測的對象選擇要進行的操作是測量轎箱(23)端鋼絲繩(8)張力或者是測量對重(25)端鋼絲繩(8)張力或者是標定裝置，並根據現場電梯情況設定鋼絲繩(8)的根數、直徑以及同一根鋼絲繩(8)的測量點數，鋼絲繩張力測量裝置(10)能夠在鋼絲繩(8)橫截面上按水平方向任意角度旋轉，按角度平均分若干點測量，把由於鋼絲繩(8)橫截面不圓造成的誤差降低到最小；將轎箱(23)、對重(25)打至平層位置，用鋼絲繩的張力測量裝置(10)兩側對稱的繩鉤(2)勾住豎直的鋼絲繩(8)，順時針旋轉中部的螺旋推進器(3)把鋼絲繩張力測量裝置(10)安裝在張力已調勻的鋼絲繩(8)上，在鋼絲繩張力測量裝置(10)的三端與待測鋼絲繩(8)接觸的基礎上，繼續順時針旋轉中部的螺旋推進器(3)將中端帶有高阻抗絲柵應變片測量電橋的傳感器(1)的一端向待測鋼絲繩(8)方向推進到限定位置，此時，傳感器(1)有一個檢測信號輸出，鋼絲繩(8)張力大，輸出的檢測信號高；1.2、對檢測信號進行數據處理對轉換成數字量的數據進行處理，即對於張力的數據，按大小排序，在捨去頭尾各四次的數據後，求其均值和求其方差；數據採集器(19)接收通過電纜(9)傳輸來的傳感器(1)的檢測信號，然後由放大器(11)對該檢測信號進行整形、濾波、限幅放大，再經A/D變換電路(12)將其轉換成數字量，送LCD顯示器(13)顯示並由快閃記憶體(14)儲存，單片機(15)掃描鍵盤(16)，並執行編寫好的內部固化程序，分別對測試對重(23)、轎廂(25)、標定得到的數據分類和自動儲存，數據採集器(19)採集的檢測數據在測試結束後通過USB接口(18)向上位機系統(22)傳輸；上位機及軟體(20)對傳來的數據進行分析，由模糊數學的理論判斷出異常數據，經確認和識別後剔除，同時根據經驗公式和概率論的方法進行重新賦值，數據處理完後按電梯平衡係數的基本力學定義和模糊修正量進行分析、處理，得到電梯平衡係數；1.3、對檢測信號進行處理通過鋼絲繩張力測量裝置(10)測得轎廂(23)端和對重(25)端鋼絲繩的張力，推導出轎廂重量和對重重量，通過電梯平衡係數的力學基本公式計算出電梯平衡係數K平；電梯平衡係數計算的數學表達式為K平＝(W1-W)/Q其中Q電梯額定載荷(kg)；W轎廂重量(kg)；W1對重重量(kg)；K平電梯平衡係數；1.4、電梯平衡係數的測量方法具體流程是①、用電梯鋼絲繩張力測量裝置(10)分別測量轎廂(23)端和對重(25)端的每根鋼絲繩的張力，當鋼絲繩的張力均勻度誤差超過±5％時，用電梯鋼絲繩的張力測量裝置(10)在線測量調整，把張力大的鋼絲繩(8)調松，把張力小的鋼絲繩(8)調緊，使其均勻度誤差在±5％以內；②、測量轎廂(23)端中每一根鋼絲繩(8)的張力，在鍵盤(16)上按下記錄確認鍵，此時數據採集器(19)採集到的數據送LCD顯示器(13)顯示並由快閃記憶體(14)儲存；③、在轎廂(23)上加入重量已知的實體再測試每一根鋼絲繩的張力並按下鍵盤(16)上的記錄確認鍵，此時數據採集器(19)採集到的數據送LCD顯示器(13)顯示並由快閃記憶體(14)儲存；④、測量對重(25)端的每一根鋼絲繩的張力，並按下數據採集器(19)的鍵盤(16)上的記錄確認鍵，此時數據採集器(19)採集到的數據送LCD顯示器(13)顯示並由快閃記憶體(14)儲存；⑤、用USB連線聯接數據採集器(19)和上位機系統(22)，打開軟體、輸入已知實體的重量值和電梯額定負載值，將處理後的數據發送至計算機的輸出裝置，電梯平衡係數的測量結果則在上位機及軟體(20)上顯示出來。
2.根據權利要求1所述一種電梯平衡係數的測量方法，其特徵在於所述傳感器(1)的給進長度可調，使得傳感器(1)適應測量φ8～φ13直徑的鋼絲繩(8)。
3.根據權利要求1所述一種電梯平衡係數的測量方法，其特徵在於所述螺旋推進器(3)採用大螺距螺紋，以提高測量時的推進速度並保證螺紋的中心軸線和傳感器(1)的中軸線重合，螺旋推進器(3)將傳感器(1)推進12～15mm的距離。
4.根據權利要求1所述一種電梯平衡係數的測量方法，其特徵在於所述檢測信號為單根鋼絲繩(8)的檢測信號或分類存儲的多根鋼絲繩(8)的檢測信號。
5.根據權利要求1所述一種電梯平衡係數的測量方法，其特徵在於所述鋼絲繩張力測量裝置(10)上兩側對稱的繩鉤(2)的間距為412mm。
全文摘要
一種電梯平衡係數的測量方法，本發明採用的是無砝碼載荷測試方法，包括傳感器檢測信號的採集和對其進行處理。分別在轎廂端和對重端，用鋼絲繩測量裝置兩端的繩鉤勾住豎直的鋼絲繩，順時針旋轉螺旋推進器將傳感器頂進，此時傳感器有一個檢測信號輸出，通過數據採集器進行信號處理，上位機及軟體對傳輸來的數據進行處理，推導出轎廂和對重的重量，通過電梯平衡係數的力學基本公式計算出電梯平衡係數，由印表機列印出測試報告。本發明突破了傳統電梯平衡係數測試的原理和思路，提供了一個全新的思路和發展方向，減輕了測試人員的勞動強度，縮短了測試時間，提高了工作效率。
文檔編號B66B5/00GK1696040SQ20051007562
公開日2005年11月16日 申請日期2005年5月31日 優先權日2005年5月31日
發明者萬蒞新, 羅寶新, 尚淮, 李鋒, 邢武 申請人:安徽中科智能高技術有限責任公司