基于磁性滚轮测速的电梯平衡系数检测仪设计

张忠成 宋继光

（绥化市特种设备检验研究所 黑龙江绥化 152061）

电梯平衡系数是电梯最重要的参数之一，它直接影响着曳引电梯的安全性和舒适性，也是电梯节能的一个重要因素。它的取值要综合考虑电梯的电动机功率、电梯曳引能力、不平衡载荷系数等因素[1]。现行的电梯平衡系数检测方法比较费时费力，近年来业界提出了空载平衡系数检测技术，该技术于2015年被中国特种设备检验协会《电梯平衡系数快捷检测方法T/CASEIT101—2015》列为电梯平衡系数的快捷检测方法，理论界也对这种检测方法进行了标准化，并规定了空载功率法平衡系数检测原理，即通过对电梯空载上行与下行功率、速度的测量计算电梯平衡系数，计算式为：

式中：

q——电梯平衡系数

Q——电梯额定载荷，kg

g——重力加速度，取9.8m/s2

Ns——空载上行功率，单位W

Nx——空载下行功率，单位W

Vs——空载上行速度，单位m/s

Vx——空载下行速度，单位m/s

实务界针对空载功率法进行了有益尝试，发明专利CN201210163508.4《电梯平衡系数检测仪》[2]、CN201510657837.8《电梯空载动态平衡系数检测仪》[3]，设计出“空载功率法”平衡系数检测方法的检测模型；发明专利CN201210163507X《电梯钢丝绳位移检测装置》[4]设计出应用光学图像位移检测系统，具有磁性导向轮，实现无接触位移检测的技术方案。

将功率测量仪表接到电动机的入线端，测量并记录驱动电动机的有功功率。使用速度测量仪表实时测量电梯轿厢运行速度。轿厢空载，将轿厢从顶层端站直驶至底层端站，读取并记录轿厢与对重运行到同一水平位置时驱动电动机有功功率值，记为Nx，单位为瓦特（W）。同时，读取并记录轿厢运行速度值，记为Vx，单位为m/s。轿厢空载，从底层端站直驶至顶层端站，读取并记录轿厢与对重运行到同一水平位置时驱动电动机有功功率值，记为Ns，单位为瓦特（W）。同时，读取并记录轿厢运行速度值，记为Vs，单位为m/s[5]。

上述专利技术，原理简单直接，避免了参数经验设定环节和人为误差的产生；检测过程为无载检测、无需搬运砝码，减小了一定的工作量，在电梯行业得到了一定范围的认可。但是上述技术存在仅能满足实验室检测需要，无法大规模应用在生产检测领域；检测仪结构有待进一步优化；电梯运行条件不可能保证一致，检测误差较大；实验条件不可复制，人力检测操作过程不可复制等问题，导致实验结果应用有限。实务界须要在不可复制实验条件下，基于“空载功率法”方法，对梯平衡系数检测仪进行有利于生产检测的重新设计，并提高检测方法精度。本研究“基于磁性滚轮测速的电梯平衡系数检测仪设计”就是改进电梯平衡系数检测方法的有益尝试。

利用磁性滚轮测速对电梯平衡系数检测仪的改进设计也是针对T/CASEIT101—2015标准中提出的“空载功率法”提出的具体的检测技术方案。设计思路是通过采用利用磁性滚轮测速的方法来修正原有测速环节误差的电梯平衡系数检测仪，减少人为操作影响，提高检测的精度。

一、设计原理

采用利用磁性滚轮测速的改进后电梯平衡系数检测仪，包括检测功率系统、检测速度系统、检测数据处理系统,其功率检测系统与速度检测系统分别与检测数据处理系统相连接。速度检测系统中采用改进后的磁性滚轮测速装置，检测时磁性滚轮的外圆紧紧靠在电梯钢丝绳的侧面，磁性滚轮的外圆和接触的电梯钢丝绳产生磁吸力，通过钢丝绳上下移动时带动磁性滚轮来转动。而磁性滚轮与旋转编码器采用刚性连接，磁性滚轮转动带动旋转编码器一起旋转，通过旋转编码器输出磁性滚轮转动的信息，来获得所需要的速度数据。

采用磁性滚轮来测速的电梯平衡系数检测仪，磁性滚轮的轮体结构为薄壁轮壳内嵌入环形磁铁，磁性滚轮的外圆与内圆为磁性滚轮的磁极，环形磁铁的磁极取向为辐射型，外圆N极内圆S极；或者是外圆S极内圆N极。通过上述设计，减小了人为操作影响，解决了检测误差较大的问题，检测过程为无载检测减小了工作量。

二、设计方案

磁性滚轮测速的电梯平衡系数检测仪遵循特种设备检验协会团体标准公布的《电梯平衡系数快捷检测方法T/CASEIT101—2015》标准中“空载功率法”所规定的技术方案。其原理图例结构框图如下：

图1 电梯平衡系数检测仪实施例结构框图

由图1，改进后的电梯平衡系数检测仪的功率检测系统1与速度检测系统3分别与检测数据处理系统2连接；由功率检测系统1检测并传送电梯运行功率的信息，由速度检测系统3检测并传送电梯运行速度的信息，经检测数据处理系统2接收并且分析计算，得到电梯平衡系数的功率和速度的检测数值。由于速度检测系统采用了磁性滚轮测速得测速方法，检测时磁性滚轮4的外圆紧紧靠在电梯钢丝绳5的侧面，从而磁性滚轮的外圆与接触的电梯钢丝绳产生较强的磁吸力，电梯钢丝绳通过上下移动来带动磁性滚轮转动，磁性滚轮外圆的线速度可以同步体现电梯钢丝绳上下移动的线速度。

磁性滚轮测速装置结构由图2所示：

图2 磁性滚轮测速装置结构示意图

改进后的磁性滚轮与旋转编码器3相连接，磁性滚轮转动带动旋转编码器一起旋转，通过旋转编码器的输出来表征磁性滚轮转动的信息。

磁性滚轮由薄壁轮壳1与环形磁铁2构成，由于环形磁铁镶嵌在薄壁轮壳的内径里，从而通过环形磁铁形成磁吸力来保证连接的可靠性。

磁极取向为辐射型的环形磁铁由图3所示：

图3 磁极取向为辐射型的环形磁铁示意图

由于选用的磁极取向为辐射型的环形磁铁。与通常采用的轴向充磁环形磁铁相比较，磁性滚轮的外圆磁力相对变大很多，使磁性滚轮的侧面磁力相对变小。在检测的工作中，磁性滚轮的外圆与接触的钢丝绳产生的磁吸力比较大，从而减小了与电梯轿厢连接的限速器钢丝绳，或驱动电梯轿厢上下运行的曳引钢丝绳与磁性滚轮外圆的滑移而引发的检测误差，进而提高了检测精度。

三、与现有技术相比的优点

（一）提高了检测精度。通过采用磁性滚轮来测速的装置，因为磁性滚轮的外圆与接触的电梯钢丝绳产生较大磁吸力，通过钢丝绳上下移动带动磁性滚轮转动，有效地减小了钢丝绳与磁性滚轮外圆的滑移而引发的检测误差，进一步提高了检测精度。

（二）符合行业标准规定。中国发明专利CN2012101635 07X《电梯钢丝绳位移检测装置》，公开的应用磁性导向轮而架设CCD 传感器的技术方案，因为磁性导向轮不属于测速装置，所以磁性导向轮并不具备测速功能，设置磁性导向轮的目的与技术要素与本次改进并不相同。

（三）简化了制造工艺。磁性滚轮的轮体结构通过薄壁轮壳内嵌入的环形磁铁，这样克服了磁性材料难以进行精加工的困难，简化了制造的工艺。

（四）提高了仪器的可靠性。因为采用的环形磁铁的磁极取向为辐射型，外圆与内圆构成磁性滚轮的两个磁极。与通常采用的轴向充磁环形磁铁相比较，使磁性滚轮的外圆磁吸力相对加大很多，使磁性滚轮的侧面磁吸力相对变小。提高了仪器的检测精度与可靠性，提升了仪器的性价比。

四、结论

电梯的平衡系数是电梯安全运行的重要参数。电梯平衡系数的合理与否，与电梯曳引力够不够、电梯运行中是否节能、电梯运行中钢丝绳是否打滑等密切相关。平衡系数检测不确定性是评测检验检测工作及检测结果是否符合要求的重要依据，电梯的平衡系数检测仪是近些年新出现的一种检测电梯平衡系数的仪器，本次改进通过采用磁性滚轮来测速的装置，可以有效地减小钢丝绳与磁性滚轮外圆的滑移引发的检测误差，提高了平衡系数的检测精度。