孫學(xué)禮 陳誨 何山 彭啟鳳

電梯平衡系數(shù)測(cè)試過程摩擦力不足問題研究*

孫學(xué)禮 陳誨 何山 彭啟鳳

（廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院）

針對(duì)BCM-II型電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀在測(cè)量部分大噸位電梯時(shí)摩擦力不足問題，提出一種帶反饋的伺服電機(jī)位置控制模式及增強(qiáng)扭矩系數(shù)穩(wěn)定性的方法進(jìn)行預(yù)防和解決。在提升過程中監(jiān)控提升力的變化率以預(yù)判是否存在摩擦力不足問題；分析不同工況下的扭矩系數(shù)穩(wěn)定性以保證測(cè)試過程具有穩(wěn)定的摩擦力。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)試和改進(jìn)，有效解決了測(cè)試儀摩擦力不足問題。

電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀；摩擦力；反饋；位置控制模式；扭矩系數(shù)

0　引言

曳引驅(qū)動(dòng)最理想的情況是曳引輪兩端懸掛物質(zhì)量相等。但由于轎廂內(nèi)負(fù)載是經(jīng)常變化的，而對(duì)重在電梯安裝調(diào)試完畢后已經(jīng)固定，其質(zhì)量無法隨轎廂負(fù)載變化而改變。為使電梯運(yùn)行盡量接近理想的平衡狀態(tài)，需要選擇一個(gè)合適的系數(shù)反映轎廂、對(duì)重和額定載荷間的關(guān)系，該系數(shù)稱為電梯平衡系數(shù)。電梯平衡系數(shù)傳統(tǒng)檢測(cè)方法是電流—載荷曲線法[1]。該方法需要反復(fù)搬運(yùn)砝碼，勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，且在測(cè)量過程中，存在多處易產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)，影響準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

針對(duì)現(xiàn)行檢測(cè)方法的缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)了各種不同原理的平衡系數(shù)測(cè)試儀[2-13]。其中BCM-II型電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀[14]利用測(cè)量鋼絲繩張力求出轎廂和對(duì)重質(zhì)量，代入平衡系數(shù)定義公式，可得到電梯平衡系數(shù)。該方法直接，操作簡(jiǎn)便，目前已在多家電梯公司及檢測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)用。但BCM-II型電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀測(cè)量部分大噸位曳引電梯時(shí)，存在因摩擦力不足而導(dǎo)致夾塊與所夾持鋼絲繩打滑現(xiàn)象。本文針對(duì)此問題進(jìn)行分析，并依據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)對(duì)BCM-II型電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀進(jìn)行改進(jìn)。

1 　測(cè)試儀測(cè)量方法

1.1 　測(cè)量原理

電梯在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，轎廂側(cè)、對(duì)重側(cè)上端鋼絲繩所受張力即為轎廂和對(duì)重質(zhì)量。BCM-II型平衡系數(shù)測(cè)試儀通過測(cè)量鋼絲繩張力，得到轎廂側(cè)與對(duì)重側(cè)的質(zhì)量，測(cè)量原理如圖1所示。

圖1　 鋼絲繩張力測(cè)量原理

測(cè)量時(shí)，將轎廂和對(duì)重停至同一高度，在轎廂（對(duì)重）上方選取一段鋼絲繩組；固定夾繩裝置1、夾繩裝置2于鋼絲繩上；以?shī)A繩裝置1為支撐，利用伺服電機(jī)、諧波減速機(jī)組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)T型絲桿提升夾繩裝置2，使中間所夾鋼絲繩組松弛不受力；此時(shí)夾繩裝置1與夾繩裝置2間鋼絲繩的張力轉(zhuǎn)移到夾繩裝置上，作用在夾繩裝置1處為向下拉力，作用在夾繩裝置2處為向上拉力；由傳感器測(cè)出該拉力，其值即為轎廂（對(duì)重）的質(zhì)量；代入平衡系數(shù)定義公式（式(1)），可得電梯平衡系數(shù)。

1.2 　測(cè)試儀結(jié)構(gòu)

BCM-II型電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀結(jié)構(gòu)如圖2所示，由左右側(cè)兩部分組成。左右側(cè)兩部分通過螺栓、螺母固定于電梯曳引鋼絲繩上。

圖2 　BCM-II型電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀結(jié)構(gòu)圖

BCM-II型電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀單側(cè)結(jié)構(gòu)如圖3所示，由驅(qū)動(dòng)裝置、上夾塊、內(nèi)襯塊、T型絲桿、S型拉力傳感器、連接絲桿和下夾塊組成。驅(qū)動(dòng)裝置由伺服電機(jī)、諧波減速機(jī)、連接法蘭和連接軸組成。其中伺服電機(jī)、諧波減速機(jī)固定在上夾塊；內(nèi)襯塊固定于夾塊中，直接與鋼絲繩接觸。左右兩側(cè)T型絲桿的螺紋不同向，提升時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)也不同向，但轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)的角度相等。

圖3　 BCM-II型電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀單側(cè)結(jié)構(gòu)圖

2 　控制模式改進(jìn)

2.1　位置控制模式

圖4 鋼絲繩打滑示意圖

2.2　加入反饋環(huán)節(jié)的位置控制模式

圖5 　帶反饋系統(tǒng)的位置控制模式框圖

3　扭矩系數(shù)的確定

BCM-II型電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀采用上緊12.9級(jí)的高強(qiáng)度螺栓固定于曳引鋼絲繩上，內(nèi)襯塊與鋼絲繩的摩擦系數(shù)約為0.4。為避免提升過程中打滑，需保證穩(wěn)定可靠的預(yù)緊力。預(yù)緊力與力矩、螺栓規(guī)格和扭矩系數(shù)有關(guān)。在安裝過程中，采用定力矩扳手將扭矩控制在一個(gè)定值，螺栓為M12的高強(qiáng)度螺栓，欲求預(yù)緊力的大小，需確定扭矩系數(shù)。

扭矩系數(shù)反映了螺栓軸向預(yù)緊力與施擰扭矩的關(guān)系[14]，其計(jì)算公式為

扭矩系數(shù)實(shí)驗(yàn)的夾塊采用BCM-II型電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀中的夾塊；螺桿與平衡系數(shù)測(cè)試儀螺栓的螺紋規(guī)格相同；測(cè)力裝置采用的數(shù)顯推拉力計(jì)HP-200K由壓力傳感器及信號(hào)采集顯示器組成，測(cè)力量程為 0 kN ~200 kN，分度值為0.01 kN，誤差為±0.5 kN；連接內(nèi)襯塊采用304不銹鋼，一端與測(cè)力裝置通過螺紋連接，另一端置于夾塊的槽中，置于槽中的面與測(cè)試儀內(nèi)襯塊的表面形狀、面積相同。夾塊、壓力傳感器及連接內(nèi)襯塊通過螺桿螺母連接為一個(gè)整體。

圖6　 扭矩系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

扭矩系數(shù)實(shí)驗(yàn)如圖7所示，將夾塊固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，分別在不加墊片、加墊片、加涂抹潤(rùn)滑油墊片的工況下上緊上端夾塊處的螺母。在不同扭矩下測(cè)得預(yù)緊力，進(jìn)而求得壓力，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)可以看出：在未加墊片的工況下，扭矩系數(shù)的值最大且穩(wěn)定性最差；在加涂抹潤(rùn)滑油墊片工況下，扭矩系數(shù)的值最小且穩(wěn)定性最好。在相同的扭矩下，為獲得最大的預(yù)緊力，由式(2)可知，需要較小的扭矩系數(shù)；為保證測(cè)量具有較強(qiáng)的可重復(fù)性，需要穩(wěn)定的扭矩系數(shù)。

圖7 　扭矩系數(shù)實(shí)驗(yàn)

表1　 扭矩系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 　實(shí)驗(yàn)

4.1　搭建測(cè)試平臺(tái)

為模擬電梯現(xiàn)場(chǎng)曳引鋼絲繩，搭建平臺(tái)如圖8所示，由上拉板、下拉板、電梯曳引鋼絲繩和吊環(huán)等組成。其中上、下拉板各有8個(gè)繩頭孔，最多可放置8根鋼絲繩；電梯曳引鋼絲繩備有8 mm，10 mm，12 mm，13 mm和16 mm的規(guī)格；繩頭可在拉板繩孔處進(jìn)行上下調(diào)節(jié)；上拉板的吊環(huán)通過扁平吊帶吊在起重機(jī)吊鉤處；下拉板的吊環(huán)通過扁平吊帶吊起2噸砝碼。

4.2　測(cè)試儀改進(jìn)后測(cè)試

操作起重機(jī)，通過試驗(yàn)平臺(tái)，吊起2噸砝碼；分別以40 N·m和60 N·m的扭矩安裝電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀于試驗(yàn)平臺(tái)的電梯鋼絲繩處；開啟控制器，向伺服電機(jī)發(fā)送脈沖，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)1.5 s后停止運(yùn)轉(zhuǎn)；檢查上、下夾塊間的鋼絲繩，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩仍處于拉緊狀態(tài)，有輕微打滑現(xiàn)象；以96 N·m的扭矩安裝電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀于試驗(yàn)平臺(tái)的電梯鋼絲繩處，向伺服電機(jī)發(fā)送脈沖，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為2000 min-1，旋轉(zhuǎn)角度設(shè)定為180000°。試驗(yàn)中，伺服電機(jī)實(shí)際旋轉(zhuǎn)60000°，諧波減速器的輸出端旋轉(zhuǎn)了600°，平衡系數(shù)測(cè)試儀的下夾塊向上移動(dòng)了3.3 mm，上、下夾塊間的鋼絲繩已處于松弛狀態(tài)，檢查夾持段鋼絲繩，未發(fā)現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

圖8　 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

5　結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)BCM-II型平衡系數(shù)測(cè)試儀控制模式的研究，及對(duì)連接夾塊螺絲螺母扭矩系數(shù)的分析，由試驗(yàn)平臺(tái)得到的數(shù)據(jù)可知：

1）加入反饋環(huán)節(jié)后，在鋼絲繩發(fā)生嚴(yán)重打滑之前控制器能有效停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，避免內(nèi)襯塊損害；

2）加入反饋環(huán)節(jié)后，當(dāng)夾持段鋼絲繩在給定的脈沖數(shù)量結(jié)束前達(dá)到完全松弛狀態(tài)，控制器提前停止伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，減少鋼絲繩的彎曲度，將鋼絲繩的損害降到最低；

3）在連接夾塊的墊片上涂抹潤(rùn)滑油后，扭矩系數(shù)較小且穩(wěn)定，可有效解決在一定力矩下摩擦力不足的問題。

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Research on the Insufficient Friction in the Testing Process of Elevator Balance Coefficient

Sun Xueli Chen Hui He Shan Peng Qifeng

(Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing)

Aiming at the problems of insufficient friction during the process of taking advantage of the BCM-II instrument to test the elevator balance coefficient, a position control mode with feedback and the method of increasing the stability of torque coefficient are adopted to solve the problem. Feedback element is used to discover and prevent the problem of insufficient friction. The torque coefficients under different working conditions are analyzed and compared. The experimental platform has been built to simulate the real measurement environment, and the measurement method was studied and improved. The problem of insufficient friction in the tester was effectively solved.

Elevator Balance Coefficient Measurement; Friction; Feedback; Position Control Mode; Torque Coefficient

孫學(xué)禮，男，1982年生，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要研究方向：檢測(cè)儀器開發(fā)，包括電氣設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、控制編程等。E-mail: 641302712@qq.com

廣州市科技創(chuàng)新委員會(huì)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015109010008）