平衡系数检测技术研讨.ppt
2023/10/28,电梯平衡系数检测技术研讨,孙立新 2012-11-16,引 言,十分感谢中国特检协会组织了这次会议，是我们有机会在苏州进行电梯技术发展与检验领域的交流研讨会。30年前，上海电梯厂、天津电梯厂等八大电梯企业奠定了中国电梯工业的基础；改革开放30年，中国电梯工业逐步发展和壮大。几十年来，经历了交流双速电梯（少量直流电梯）交流调压调速电梯交流调压调频调速电梯永磁同步调速电梯等几代技术进步，中国电梯产品质量与产品产量举世瞩目。中国电梯产品的技术进步发展，有赖于电梯界的专家学者与工程技术人员的辛勤研发与开拓，也得到了检测检验行业的支持。可以说，电梯产品新技术与电梯检验新技术是孪生兄弟。电梯新产品、新技术，也凝聚了我们特检人的智慧与汗水。,2023/10/28,2,引 言,2023/10/28,3,曳引式电梯的平衡系数，是电梯最重要的基本参数之一，是电梯监督检验与型式试验的重要项目。与电梯平衡系数超差相关的电梯事故屡见不鲜，例如，一年前的东莞坠梯事故。在电梯检验的实践中，也会遇到关于平衡系数的一些问题，例如：）现行的电梯技术标准/特种设备安全技术规范对平衡系数检验方法的相应规定并不一致，主要是加载点的设置不同、电流检测点的位置不同。为什么不同？那种规定更合理？应该按哪个规定执行？）对平衡系数检测结果，例如、，测量不确定度是多少？或者说我们的测量结果精度有多高？误差可能有多少？）现行的“电流-负荷曲线图”平衡系数检验方法比较费时费力，“无载测试技术”是否可以应用？今天，想就以上问题，与各位展开讨论。,2023/10/28,4,1 平衡系数的定义及其检测原理,一、平衡系数的定义 及其检测原理 平衡系数的定义 平衡系数的数学表达式 GB/T 10059、TSG T7001规定的平衡 系数测试方法“电流-负荷曲线图”检验方法的测试原理“电流-负荷曲线图”检验方法的测量精度 关于加载点设置与电流检测位置,2023/10/28,5,1 平衡系数的定义及其检测原理,1.1 平衡系数的定义 平衡系数，即额定载荷及轿厢质量由对重或平衡重平衡的量。GB7588-2003 附录G按照这个定义，平衡系数是电梯部件（轿厢系统与对重系统）的重量相互比例关系的一个量值。是一个静态参数，没有考虑电梯运行中的工况。确定这个平衡系数定义的意义，在于可以实施对新方法、新仪器的精度检定，有章可循。例如，可以通过精确称量轿厢系统与对重系统的重量，计算出平衡系数值，用于检定新仪器、新方法的测量误差。,2023/10/28,6,1 平衡系数的定义及其检测原理,1.2 平衡系数的数学表达式 式中：q 平衡系数 W 对重质量 P 轿厢质量 Q 额定载荷,2023/10/28,7,1 平衡系数的定义及其检测原理,1.3 GB/T 10059、TSG T7001规定的平衡系数测试方法 轿厢分别装载额定载重量30%、40%、45%、50%、60%作上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电动机的电流值，绘电流-负荷曲线，以上下运行曲线的交点确定平衡系数。,2023/10/28,8,1 平衡系数的定义及其检测原理,电动机的电流值可间接表示驱动功率大小，当电梯装载为平衡系数额定载重量时，曳引轮两侧的荷重相等，即轿厢系统与对重系统处于平衡状态。此时，电梯向上或向下运行阻力相同，电动机的驱动功率相同，电流值相等。这种通过电梯逐级加载运行，记录电动机的电流值，绘制电流-负荷曲线图确定平衡的检测方法，就是要找出电梯向上运行与向下运行时电流值相同的那个加载值。,1.4“电流-负荷曲线图”检验方法的测试原理,1 平衡系数的定义及其检测原理,1.5“电流-负荷曲线图”检验方法的测量精度 GB/T10059提出的上述平衡系数检测方法，很难说清楚它的测量精度是多少。以下因素都可能造成测量结果的误差：1）检测中供电电压波动，例如40%额载试验中电压380V，45%额载试验中电压372V，波动2.2%。对平衡系数检测值也可以有2%的影响 2）运行速度变化，此检测方法是基于试验中电梯速度为常数，如果电梯在不同载荷、不同方向的运行速度变化，也会影响测量结果。,2023/10/28,9,1 平衡系数的定义及其检测原理,1.5“电流-负荷曲线图”检验方法的测量精度 3）传动效率差异，此检测方法是基于电动机、机械系统向上或向下运行传动效率不变等条件。例如轿厢装载为平衡系数额定载重量时，曳引轮两侧的荷重相等，电梯向上或向下的电流值应相同，若不相同就会影响测量结果。4）描点绘图技巧，因平衡系数要通过描点、连线、找交汇点才能得到，曲线绘制包含了一定的人为因素。使用Excel软件可以避免手工描点连线绘图的人为操作差异。,2023/10/28,10,1 平衡系数的定义及其检测原理,2023/10/28,11,“电流-负荷曲线图”检验方法的测量精度（续）GB/T10059提出的平衡系数检测方法最主要的优点是技术成熟，在电梯行业沿用了几十年。另一个优点是对试验仪表、量具要求不高，例如，对电压、电流表的精度要求为5%，由于检测得到的电流值只是用来做数值比较，只与电流表本身的重复性、稳定性有关，数值精度对平衡系数的结果影响不大。试重砝码的精度会直接引入到平衡系数的最终结果。只要使用计量检定合格，或者使用经过计量检定合格量具称重的荷载，误差值都会远远小于平衡系数的精度值。虽然这种检测方法的精度到底是多少谁也说不清楚，但行业有一个共识：检验结果可以满足电梯安装工程与电梯安全运行的检测要求。,1 平衡系数的定义及其检测原理,2023/10/28,12,1.6 关于加载点设置与电流检测位置 TSG T70012009电梯监督检验与定期检验规则曳引与强制驱动电梯关于曳引电梯平衡系数的检验方法的原文是“轿厢分别装载额定载重量的30%、40%、45%、50%、60%作上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电动机的电流值，绘制电流-负荷曲线以上、下行运行曲线的交点确定平衡系数。以电动机电源输入端为电流检测点”。TSG T70022011电梯监督检验与定期检验规则消防员电梯与TSG T70032011电梯监督检验与定期检验规则防爆电梯中，关于对曳引电梯平衡系数检验方法的规定相同，原文是“轿厢分别装载额定载重量的25%、40%、50%、75%、100%、110%作上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电动机的电流值，绘制电流-负荷曲线以上、下行运行曲线的交点确定平衡系数。以电动机电源输入端为电流检测点”。上述两种检测方法，主要区别是试验中的加载点设置不同,对具体检测作业程序及其工作量，以及检测结果具有一定影响。,1 平衡系数的定义及其检测原理,2023/10/28,13,国家质检总局电梯监督检验规程）：“轿厢分别承载0、25%、50%、75%、100%的额定载荷，进行沿全程直驶运行试验，分别记录轿厢上下行至与对重同一水平面时的电流、电压或速度值。对于交流电动机通过电流测量并结合速度测量，做电流-载荷曲线或速度-载荷曲线，以上、下运行曲线交点确定平衡系数。电流应用钳型电流表从交流电动机输入端测量。对于直流电动机通过电流测量并结合电压测量，做电流-载荷曲线或电压-载荷曲线，确定平衡系数。”GB/T10059-2009电梯试验方法“4.2.1.2 平衡系数宜在轿厢以额定载重量的30、40、45、50、60时上、下运行，当轿厢与对重运行到同一水平位置时，交流电动机仅测量电流，直流电动机测量电流并同时测量电压。绘制电流（或者电压）负载曲线，以向上、向下运行曲线的交点来确定平衡系数。,1 平衡系数的定义及其检测原理,2023/10/28,14,关于试验中的加载点设置我们通过对同一台电梯分别按上述方法实施检验，比对两者的差异：电梯参数：型号为三菱Nexway-s；额定速度1m/s；额定载荷825kg；电梯电源380V/50Hz；电动机供电152V/19Hz（额定）。检测设备：（1）日置HIOKI 3287钳形电流表，电流测量精度1.5%（10 1 kHz）；（2）试重砝码，精度0.3%。,1 平衡系数的定义及其检测原理,2023/10/28,15,图1是检测结果：（使用Microsoft Office Excel绘制）,1 平衡系数的定义及其检测原理,2023/10/28,16,通过图1的两张电流-负荷曲线图以及我们大量的检测实践可以得出，远离曲线交点的检测数据对交点位置的影响很小。因为合格电梯的平衡系数在40%至50%之间，TSG T70022011与TSG T70032011规定进行的100%、110%额定载重量的加载试验,对平衡系数检验没有实际意义。其相对于TSG T70012009提出的加载点及其检验方法，至少要多付出20%的工作量。,1 平衡系数的定义及其检测原理,2023/10/28,17,在同一部电梯应用上述两种检测方法得到的平衡系数一个为46.1%,另一个则为47.3%。分析检测数据及其图表，应用TSG T70012009规定的检测方法其结果要更精确些，原因是在“40%”与“50%”加载点之间增添了“45%”额定载重量的加载点，相当于在曲线图的交点附近，数据点的密度增加了1倍，可以有效限制绘图曲线的分散性，提高检测精度。对于电梯平衡系数检测而言，加载点的设置会直接影响检测作业时间与检测精度。本人认为TSG T70012009的加载点设置更合理些。,1 平衡系数的定义及其检测原理,2023/10/28,18,关于试验中的电流检测位置现代电梯普遍应用了交流变频拖动技术，平衡系数试验中的电流检测位置是放在变频器之后。即图2的“检测点A”；还是放在变频器之前，即图2的“检测点B”,一直是困扰电梯检测作业的难题。,1 平衡系数的定义及其检测原理,2023/10/28,19,关于试验中的电流检测位置 TSG T7001、7002、7003电梯检验规则在引用GB/T10059的电梯平衡系数检测方法时增加了“以电动机电源输入端为电流检测点”的新规定。据调研，在我们的质检技术机构中，电梯检验普遍配置是通用型钳形电流表，适用于工频电源测量。如果“以电动机电源输入端为电流检测点”，可能超出了仪表的使用范围，检测数据为无效数据，肯定不可取。于是，就把检测点改为变频器之前。这种做法，显然与检验规则要求相违。,1 平衡系数的定义及其检测原理,2023/10/28,20,关于试验中的电流检测位置下图是同一部电梯分别在拖动变频器后（即检测A）与在拖动变频器前（即检测B）接入电流表检测的结果，可以看出，电流数据与图形差别较大，得到的平衡系数检测结果基本一致。,1 平衡系数的定义及其检测原理,2023/10/28,21,关于试验中的电流检测位置据资料介绍，江西省特检院完成了国家质检总局科技项目2007QK174变频调压调速拖动设备电参数测量研究并通过了科技成果鉴定，其研究结论概括为：（1）通过逐级加载测量电流方式对电梯平衡系数检测，在变频器前端和后端为测试点，得出的平衡系数数值基本一致；（2）使用宽频仪表与工频仪表测量，电梯平衡系数检测结果基本一致；平衡系数检测结果只与电流表本身的重复性、稳定性有关，而与电流表的频率响应特性无明显关联。（3）综合考虑测量数据的真实性、稳定性和不确定度等因素，建议平衡系数检验中电流测试点选择在变频器的输入端。综合以上情况，本人认为“以电动机电源输入端为电流检测点”的规定是有一定的局限性的。,2 无载测试技术的发展,二、无载测试技术的发展 曳引绳张力测试法 轿厢与对重质量差称量法 轿厢侧加力平衡法 湖南地方标准提出的检测方法 测试方法比对分析,2023/10/28,22,2 无载测试技术的发展,由于传统的“电流-负荷曲线图”测量方法需要逐级加载，装运试重砝码的工作量很大，比较费时费力。因此，近年来无载平衡系数测试技术应允而生，取得了一些研究成果：,2023/10/28,23,2.1 曳引绳张力测试法 安徽省特种设备检测院研发了通过检测曳引轮两侧钢丝绳张力确定平衡系数的方法及其检测仪。分别在轿厢侧和对重侧，用钢丝绳测量装置两端的绳钩勾住竖直的钢丝绳，顺时针旋转螺旋推进器将传感器顶进，此时传感器有一个检测信号输出，通过数据采集器进行信号处理，上位机及软件对传输来的数据进行处理，推导出轿厢和对重的重量，通过电梯平衡系数的力学基本公式计算出电梯平衡系数值，由打印机打印出测试报告。,2 无载测试技术的发展,2023/10/28,24,2.2 轿厢与对重的质量差称量法 由辽宁石油化工大学研发，具体的方法步骤为：将力变送器布置在与对重对应的井道底部，并连接测试仪，测量对重重量W与轿厢重量G的差值W-G。在空载情况下，将曳引电机断电，刹车装置松开，使对重落到底部压实在力变送器上；根据测得的对重与轿厢的重量差值W-G，通过测试仪器中存储的额定载重量Q，计算出电梯平衡系数。研发了便携式电梯平衡系数测试仪，在电梯空载情况下，一次就可以完成电梯平衡系数的测试工作，并且现场打印输出测试结果，避免了传统测试方法的缺陷，提高了测试精度和快速性，实现了无载荷测试。,2 无载测试技术的发展,2023/10/28,25,2.3 轿厢侧加力平衡法 德国TUV公司推出ADIASYSTEM电梯检测系统，对平衡系数的检测方法为：将便携式弹簧张力测量装置通过绳夹与连接带等安装在轿厢一侧的曳引钢丝绳与机房地板之间。手动松闸，对重使曳引轮转动直到便携式张力测量装置被自然张紧才停止，借助手动盘车轮尽量缓慢无冲击的达到曳引轮平衡状态，然后读取张力值。测量结果可以用USB电缆传输到计算机中，使用其开发的专用软件进行详细分析，得出平衡系数值。,2 无载测试技术的发展,2023/10/28,26,2.4 湖南地方标准提出的检测方法 湖南省地方标准DB43/T561-2010 曳引驱动电梯平衡系数免载荷检测方法，主要步骤为：将轿厢停止在轿厢和对重处于同一水平位置；测力装置沿轿厢一侧的曳引钢丝绳方向，一端与钢丝绳固定，另一端与曳引机底座或机房地板连接：手动松闸，对重使曳引轮转动直到便携式张力测量装置被自然张紧才停止，借助手动盘车轮尽量缓慢无冲击的达到曳引轮平衡状态，读取张力值FA或载荷率K1；继续盘车以增大皮带或弹簧的张力，直到这样一种状态：一旦撤除盘车上的力，曳引轮将向使轿厢下行的方向转动到平衡位置，读取此时张力值FB或载荷率K2；计算测量结果，平衡系数K=(FA/Q+FB/Q)/2g 或 K=(K1+K2)/2；重复上述步骤，取平均值作为最后测量结果。如果两次结果偏差超过0.2，可以增加一次测量，取3次的平均值。,2 无载测试技术的发展,2023/10/28,27,2.5 测试方法比对分析“电流-负荷曲线图”检验方法技术与其他4种检测技术的区别是检测结果不仅包含了曳引轮轿厢侧与対重侧的重量差，还有电梯运行中的轿厢导靴、対重导靴、曳引机等机械摩擦阻力，为电梯运行中的动态数据。检测工况为当轿厢和对重运行到同一水平位置时刻数据，由于电梯轿厢在不同位置会使曳引钢丝绳、随行电缆重量在曳引轮两侧变动，引发平衡系数检测数据变化。,2 无载测试技术的发展,2023/10/28,28,2.5 测试方法比对分析 2.1、2.2、2.3述及的检测方法均采用无载荷测试技术，省去了反复搬运砝码的环节。目前尚存在的问题是，测试数据为电梯静态数值，与现行电梯检验规则采用的动态测试技术理论上存在差异。由于没有排除导靴、曳引机等机械摩擦阻力对测试数据的影响，测试结果的准确度与重复性较差，尤其是对蜗轮转动电梯，同一台电梯不同人检测可能有15%以上的误差，检测精度要靠检测技巧保障。另外，其测力装置现场安装不便捷，显著加大了检验员的工作难度，限制了推广应用。,2 无载测试技术的发展,2023/10/28,29,2.5 测试方法比对分析（续）2.4述及的无载测试技术，是湖南省特检院的科技成果，利用电梯向上停止与向下停止两种工况的检测数据，巧妙的排除导靴、曳引机等机械摩擦阻力对测试数据的影响，测试结果的准确度与重复性显著提高。温州特检院借鉴湖南特检院的科技成果与TUV公司的电梯检测系测试方案，开发了“无载动态平衡系数检测仪”，经比对试验，与按电梯检验规则测试结果很一致，相对差最大不超过2%，是目前推出的电梯平衡系数无载测试仪器中最好用的。存在问题是：对于无机房电梯、部分紧凑型曳引机电梯测试仪不方便安装。,2 无载测试技术的发展,2023/10/28,30,2.5 测试方法比对分析（续）电梯平衡系数无载测试技术已经研发十几年，影响推广应用的技术瓶颈有两个：a）推出的相应检测仪器，其检测精度指标不明确或未得到计量检定、未得到行业认可；b）采用的测力、称重等测试装置在检测作业现场安装不便捷。省去了装卸砝码的环节，增添了复杂的仪器现场安装调试，检测作业时间与效率变化不显著。,注意到，近期相关网站上关于德TUV公司ADIASYSTEM电梯检测系统的功能介绍中，不再有曳引电梯平衡系数检测的描述。,3 新方法的技术方案与数学模型,三、新方法的技术方案 与数学模型,2023/10/28,31,3 新方法的技术方案与数学模型,电梯平衡系数检测新方法是基于动态运行功率与运行速度精确测量，通过专用计算机程序计算平衡系数值。,2023/10/28,32,检测方法包括如下步骤：通过速度测量装置7对电梯钢丝绳2的线速度测量，换算出电梯轿厢3的运行速度；通过电能测量装置5实时采集电梯曳引机1的功率信息；检测数据处理系统6收集测试数据，依据曳引式电梯运行原理与运行中的能量传递关系，经计算得到平衡系数的数值。,3 新方法的技术方案与数学模型,2023/10/28,33,3 新方法的技术方案与数学模型,2023/10/28,34,3 新方法的技术方案与数学模型,2023/10/28,35,3 新方法的技术方案与数学模型,2023/10/28,36,3 新方法的技术方案与数学模型,2023/10/28,37,3 新方法的技术方案与数学模型,2023/10/28,38,3 新方法的技术方案与数学模型,2023/10/28,39,3 新方法的技术方案与数学模型,2023/10/28,40,检测新方法与现有技术相比的优点：,(1)本检测新方法需要的检测数据只有电梯空载运行功率与运行速度2项，都可以在被测试电梯运行现场直接测量。,(2)实施检测时电梯不需要加载负荷，其测试装置的现场安装方便快捷，省时省力。,(3)测试结果准确，得到的平衡系数测试值与按电梯检验规则测试的结果一致。,4 核心检测技术研究,四、核心检测技术研究 变频电动机的功率测量技术 梯速的CCD非接触测量技术,2023/10/28,41,4 核心检测技术研究,2023/10/28,42,4 核心检测技术研究,2023/10/28,43,4 核心检测技术研究,2023/10/28,44,4 核心检测技术研究,2023/10/28,45,4 核心检测技术研究,2023/10/28,46,4 核心检测技术研究,2023/10/28,47,4 核心检测技术研究,2023/10/28,48,4 核心检测技术研究,2023/10/28,49,4 核心检测技术研究,2023/10/28,50,4 核心检测技术研究,2023/10/28,51,4 核心检测技术研究,2023/10/28,52,4 核心检测技术研究,2023/10/28,53,电能测量装置实施例的结构框图,4 核心检测技术研究,2023/10/28,54,4 核心检测技术研究,由于电梯曳引钢丝绳或限速器钢丝绳分别与轿厢连接，故可以通过测量曳引钢丝绳或限速器钢丝绳的位移,间接得到电梯的运行速度。,2023/10/28,55,4 核心检测技术研究,传统的梯速检测方法：a)按GB/T 10059-2009电梯试验方法，使用转速表记录电动 机转速，通过减速比、曳引轮直径计算轿厢运行速度；b)使用电梯速度计（俗称转速表）测量，例如使用EC-2100或EC-900电梯速度计，将速度计的周速环（俗称测速滚轮）与运行中 的电梯曳引钢丝绳或限速器钢丝绳轻轻地接触，可测出钢丝绳的 线速度。,2023/10/28,56,在实施上述检测中，测量装置需要与被测机构良好接触，通常由检验人员手持检测仪器操作，其操作水平直接影响检测精度；周速环的磨损及其打滑也会造成检测误差。,4 核心检测技术研究,2023/10/28,57,4 核心检测技术研究,2023/10/28,58,4 核心检测技术研究,2023/10/28,59,4 核心检测技术研究,2023/10/28,60,4 核心检测技术研究,2023/10/28,61,4 核心检测技术研究,2023/10/28,62,4 核心检测技术研究,2023/10/28,63,4 核心检测技术研究,2023/10/28,64,位移测量的软件流程图,4 核心检测技术研究,2023/10/28,65,4 核心检测技术研究,2023/10/28,66,利用鼠标芯片测量位移的一组实验数据,4 核心检测技术研究,2023/10/28,67,4 核心检测技术研究,2023/10/28,68,4 核心检测技术研究,2023/10/28,69,
