浅析电梯轿厢称重装置

侯兆成

（北京鸿源博厦电梯有限公司 北京）

一、引言

轿厢称重装置是电梯的重要部件，它不但能够保证电梯不超载运行，还能够提高电梯运行效率和乘运质量。阐述常用轿厢称重装置的工作原理、轿厢称重装置对于提高电梯运行效率和乘运质量所起的作用及特殊工况下的使用情况。国内电梯品牌众多，型号繁杂，各厂家轿厢称重装置也不尽相同，目前常用的轿厢称重装置有微动开关式、霍尔感应式、差动变压器式和应变传感器式等几种，大多安装在轿底或曳引绳绳头等部位。

二、电梯对轿厢称重装置的技术要求

轿厢称重装置最主要的作用是实现电梯超载保护功能，GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》中对超载保护功能的技术要求如下。①在轿厢超载时，电梯上的一个装置应防止电梯正常启动及再平层；②所谓超载是指超过额定载荷的10%，并至少为75 kg；③在超载情况下：轿内应有声响和(或)发光信号通知使用人员；动力驱动自动门应保持在完全打开位置；手动门应保持在未锁状态；进行的预备操作应全部取消。

综上所述，轿厢超载时电梯不得关门及再平层，同时以声光方式提示电梯已经超载，提醒后进入的乘客退出，当乘客退出后不超载时电梯需恢复正常运行。轿厢称重装置要确保完好有效，如果失效可导致轿厢超载时电梯不报警并且运行，电梯超载运行时由于曳引力和制动力的不足，容易引起平层精度超标、曳引机过热和制动器过热等问题，严重的会造成剪切和轿厢蹾底等重大事故，因此非常危险，如果轿厢面积不能限制载荷时，超载将更为严重。2007年3月，大连市世贸大厦额定载荷18人的电梯实际载荷26人，导致电梯发生蹾底事故，19人受伤5人重伤，经查是轿厢称重装置失效导致电梯严重超载而引起的事故。为了保证电梯不超载运行，轿厢称重装置要有一定的精度，良好的可靠性，才能够实现超载保护功能，有效保障乘客的安全。

三、常用轿厢称重装置工作原理

1.轿厢称重装置工作原理

常用轿厢称重装置的工作原理是利用轿厢载荷变化引起弹性元件的形变，去触发传感器输出相应的控制信号，送入微机进行运算后，达到电梯各种控制功能，如满载直驶、超载时拒绝关门及再平层等。弹性元件有弹簧和弹性橡胶等形式，主要用来承受轿厢自身重量和电梯载荷，随着轿厢载荷的增加，弹性元件的形变呈线性，动作范围可以通过改变其硬度来实现，一般安装在轿底和曳引绳绳头等部位。当电梯轻载时，弹性元件形变较小，触发部位运动也较小，传感器输出轻载信号；当电梯满载时，弹性元件形变较大，触发部位运动也较大，传感器输出满载信号。下面以工程实例来描述霍尔感应式轿厢称重装置系统的构成及工作原理。

2.工程实例

电梯参数19层19站，额定速度为1.5 m/s，额定载荷1000 kg，活动轿底使用弹簧作为弹性元件，动作范围为6 mm，形变呈线性，每100 kg载荷时形变量为0.5 mm，额定载荷1000 kg时形变量为5 mm，使用霍尔传感器采集载荷信息，利用感应磁铁进行触发。安装示意图见图1。

图1 霍尔感应式轿厢称重装置安装示意图

霍尔感应式轿厢称重装置是由弹性元件、感应磁铁、霍尔传感器、微机系统和各执行元件组成，霍尔传感器可以根据电梯需要输出轻载、满载、超载和模拟量信号。按图1安装完成后，分别对空载和额定载荷时霍尔传感器与感应磁铁的间隙进行自学习，空载时霍尔传感器与感应磁铁的间隙应调整为14 mm，进入霍尔传感器人机界面进行空载学习确认，用1000 kg标准砝码放入轿厢模拟额定载荷，霍尔传感器与感应磁铁的间隙减小为9 mm，进入霍尔传感器人机界面进行满载学习确认。自学习完成后还要设置轻载、满载和超载等参数，实际上是设置轿厢实际载荷与额定载荷的百分比，进入霍尔传感器人机界面分别设置为10%、80%和110%。自学习和参数设置全部完成后，霍尔传感器内部电路就能够根据轿厢载荷自动计算并输出相应信号。为了测试霍尔传感器输出信号的正确性和完整性，同时也为了向工程技术人员提供调整设置时的参数，对工程实例电梯霍尔传感器的功能及参数进行了测试。测试方法是使用标准砝码模拟不同的工况，测量不同控制信号输出时霍尔传感器与感应磁铁的间隙变化。由于担心弹性元件的形变量受轿厢振动和曳引绳张力的影响，因此共测试了3次，每次测试前电梯均运行全行程，具体测试数据见表1。

表1 霍尔传感器功能及参数测试表

经过测试霍尔传感器在轻载、满载和超载工况下均能有效输出信号供微机运算，说明弹性元件的硬度合适，霍尔传感器自学习也比较理想，能够达到电梯对轿厢称重装置的要求。霍尔感应式轿厢称重装置具有灵敏度高、线性度好等特点，用感应磁铁触发也比较方便，可以灵活设置不同信号输出时的参数，安装和调整也比较方便，因此有很多电梯厂家选用。

3.轿厢称重装置对运行效率和乘运质量的作用

GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》中只对轿厢称重装置的安全部分进行了严格规定，现在的电梯大多是微机控制，能够利用轿厢称重装置采集的载荷信息，提高电梯的使用性能和运行效率，如防捣乱功能、满载直驶功能和群控调度功能，预负荷功能能够提高电梯乘运质量。几种功能都是利用轿厢称重装置采集的载荷信号来实现的。

（1）防捣乱功能。在电梯使用过程中，由于个别乘客捣乱，将轿厢多个内选按钮选中后离开电梯，或者是小孩儿出于好玩，把轿厢内选按钮全部或部分选中，这时电梯在没有需求的情况下逐一响应内选信号进行平层，增加了乘客候梯时间。因此需要一个功能使电梯在这种情况下自动取消内选信号，以减少不必要的停靠，提高电梯运行效率。轿厢称重装置可以辅助完成这种功能，当电梯轻载而内选信号过多时，微机经过运算后控制电梯在最近层平层并自动取消内选信号，防捣乱功能有效提高了电梯的运行效率。为了使防捣乱功能正常作用，轿厢称重装置要有良好的精度和可靠性，在提高电梯运行效率的同时应避免误取消内选信号，使乘客多次选层，影响电梯的正常使用。

（2）满载直驶功能。轿厢称重装置还能够辅助实现满载直驶功能。电梯轿厢满载时，对外呼的响应会降低电梯的使用效率，因此当轿厢称重装置输出满载信号电梯满载时微机经过运算后控制电梯切换到满载直驶模式，电梯满载直驶时只响应内选信号，不响应外呼信号。当轿厢称重装置满载信号终止输出时，电梯自动恢复为全集选模式，满载直驶功能提高了电梯的运行效率。满载参数一般设置为额定载荷的80%，也可以根据实际情况进行具体设置，适应不同电梯的需要，使满载直驶功能的应用更加合理。

（3）群控调度功能。在大型商场、办公场所或医院等有多部电梯时，大多采用群控功能，轿厢称重装置还能够使群控调度功能更加合理。多台电梯群控时轿厢称重装置是一个重要的检测装置，微机对多台轿厢称重装置输出的载荷信号进行比较处理，当1台电梯已经满载时调派另外1台电梯停靠接人。这个功能在提高电梯使用效率的同时，还可以使电梯能够均匀使用，达到较好的综合使用效果。

（4）预负荷功能。现代电梯大多具备预负荷功能，变频器能在不同载荷工况下自动调整曳引机启动电流及转矩，防止电梯在启动瞬间反向移动，预负荷功能就是利用轿厢称重装置采集并输出的模拟量信号来实现的。由于电梯平衡系数的存在，当电梯轻载或重载时，轿厢和对重之间的重量差较大，通过微机运算后控制变频器输出一个较大的预加载电流，使曳引机有较大的曳引力，防止电梯在启动瞬间出现反向移动。当轿厢载荷接近平衡系数时，轿厢和对重之间的重量差较小，此时变频器只需输出一个较小的电流即可。预负荷功能使电梯启动和运行都更加平稳，提高了电梯的乘运质量。

上述功能是利用轿厢称重装置输出的基本控制信号来实现的，现代轿厢称重装置还能够实现可编程输出载荷信号和数字量输出载荷信号等功能，能够更灵活采集载荷信息参加微机运算、实现更多电梯功能。相信随着智能时代的到来将会有更多更好的应用，来丰富电梯的功能，提高电梯的运行效率和乘运质量。

四、特殊工况对轿厢称重装置的影响

虽然轿厢称重装置可以正确采集轿厢载荷信息供微机运算，保证电梯不超载运行，提高电梯运行效率和乘运质量，但是经过实践中多次对轿厢称重装置的检查、调整以及故障的修理，发现轿厢称重装置会受到一些特殊工况的影响而导致不能正确输出信号，对电梯的安全平稳运行产生不利影响。经分析总结，特殊工况包括载荷分布不均匀、临界状态、轿厢过度装修和弹性元件疲劳等。

1.载荷分布不均匀

在电梯使用过程中，轿厢内未达到额定人数或载荷，电梯却超载报警，乘客移动位置后报警消除，常出现在传感器安装在轿底部的电梯中。初步分析可能是轿厢称重装置结构设计不合理，如承重部位强度低局部变形或弹性元件形变量不一致等情况，这时如出现乘客集中在轿厢一侧或者集中在轿厢中央的极端情况，电梯就会在没有超载的情况下产生超载报警。因此电梯制造厂家在设计制造时应充分考虑载荷分布不均匀造成的影响，合理设计轿厢称重装置安装及检测部位的结构、选用形变更线性化的弹性元件，以免影响轿厢称重装置正确采集轿厢载荷信息，影响电梯的正常使用。

2.临界状态

电梯使用过程中常出现这样的情况，轿厢已接近超载状态，进入1人后超载报警，退出2人后报警才消除或进入1人后超载报警，退出后再次进入却没有报警。初步分析可能原因有：一是传感器调整或自学习没有做好或者是调整部位由于长期使用发生了变化，如果不及时进行调整或自学习可能使电梯长期工作在轻微超载状态，引起平层精度超标问题，因此要及时进行调整或自学习，临界调整难度较大，需多次调节才能准确测量轿厢载荷的变化，因此调整人员要有较高的技术水平。二是弹性元件受到了曳引绳张力和轿厢振动的影响而使动作精度下降，如曳引绳的张力变化或乘客在进入轿厢时产生的振动影响了处于临界状态的轿厢称重装置，这种情况除了电梯本身要考虑消除振动对轿厢称重装置的影响外，乘客乘坐电梯也应该文明礼让，不建议强行乘坐电梯，以免发生不必要的危险。

3.轿厢过度装修

业主为了电梯的美观，大多对电梯进行2次装修，有的业主甚至把轿底和轿壁全部都加装大理石，大幅增加了轿厢自身的重量，使电梯运输能力会大幅下降。为了不影响电梯的运输能力，业主常要求调整轿厢称重装置及电梯平衡系数，如果按照业主要求进行调整，可导致轿厢称重装置不能正确输出控制信号，造成电梯长期超载运行的情况。超载运行时由于曳引力和制动力的不足，容易引发平层精度超标、曳引机过热和制动器过热等问题，严重的会造成剪切和轿厢蹾底等重大事故，同时对电梯平衡系数也有较大影响。因此电梯从业人员一定要坚持原则，严禁随意调整轿厢称重装置和平衡系数，严禁随意更改电梯设计参数，以免影响电梯乘运质量和运行安全，引发电梯事故。

4.弹性元件疲劳

弹性元件经过长时间的使用，有可能存在疲劳及老化问题，活动范围可能会有所变化，在周期验证时应对这种现象进行检查，发现弹性元件疲劳时应及时进行调整。弹性元件疲劳或老化后如果承受载荷时的形变范围仍在线性区时，通过调整轿厢称重装置或重新自学习，可以恢复正常应用，如形变已超出线性区，说明弹性元件已损坏，只有及时更换，才能够有效保证轿厢称重装置功能完好。

五、电梯轿厢称重装置的周期验证

轿厢称重装置可能由于长期使用出现老化、生锈和灰尘等原因而使轿厢称重装置失效，因此要对轿厢称重装置的有效性进行周期验证、检查和调整。如果轿厢称装置精度下降且暂时没有更换条件，而且超载信号和其他功能信号不能兼顾，应该重新调整或自学习，保证超载信号临界状态的准确性，因为超载信号是保证乘客和电梯安全的，而其他信号是用于提高电梯乘运质量的，安全信号优先，同时要尽快修复轿厢称重装置，以确保安全。

六、对电梯相关国家标准的建议

电梯行业国家标准对轿厢称重装置的要求比较简单，只提出了超载保护功能的强制要求，未对轿厢称重装置的精度及设计、安装、验证等环节提出更高的要求。建议合理地修订国家标准，提高对轿厢称重装置的具体要求，使国家标准更加全面和细化。以便指导电梯制造厂家进行有针对性的设计开发，为安装和维保的规范操作提供依据，确保轿厢称重装置工作在有效状态，使电梯更加安全，发挥良好的使用性能。

七、电梯轿厢称重装置的发展趋势

随着科学技术的快速发展，电梯的功能也日新月异，使用性能也越来越好，轿厢称重装置还有不断改进发展的空间。以现在的科学技术水平，未来的电梯轿厢称重装置会朝着数字化、智能化、网络化方向发展。所谓数字化是将电梯载荷信息转换成数字，方便监视、调整、运算和记录；智能化是指能够实现更多的功能，提高电梯的安全和平稳运行状态；网络化是指轿厢载荷信息的传递、共享和运算等。随着电梯技术的迅猛发展，各电梯制造厂家必定会开发出功能更强大，使用更方便的轿厢称重装置，进一步提高电梯安全平稳运行的状态，为电梯行业做出更大的贡献。