淺析電梯轎廂稱重裝置

侯兆成

（北京鴻源博廈電梯有限公司 北京）

一、引言

轎廂稱重裝置是電梯的重要部件，它不但能夠保證電梯不超載運(yùn)行，還能夠提高電梯運(yùn)行效率和乘運(yùn)質(zhì)量。闡述常用轎廂稱重裝置的工作原理、轎廂稱重裝置對于提高電梯運(yùn)行效率和乘運(yùn)質(zhì)量所起的作用及特殊工況下的使用情況。國內(nèi)電梯品牌眾多，型號(hào)繁雜，各廠家轎廂稱重裝置也不盡相同，目前常用的轎廂稱重裝置有微動(dòng)開關(guān)式、霍爾感應(yīng)式、差動(dòng)變壓器式和應(yīng)變傳感器式等幾種，大多安裝在轎底或曳引繩繩頭等部位。

二、電梯對轎廂稱重裝置的技術(shù)要求

轎廂稱重裝置最主要的作用是實(shí)現(xiàn)電梯超載保護(hù)功能，GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中對超載保護(hù)功能的技術(shù)要求如下。①在轎廂超載時(shí)，電梯上的一個(gè)裝置應(yīng)防止電梯正常啟動(dòng)及再平層；②所謂超載是指超過額定載荷的10%，并至少為75 kg；③在超載情況下：轎內(nèi)應(yīng)有聲響和(或)發(fā)光信號(hào)通知使用人員；動(dòng)力驅(qū)動(dòng)自動(dòng)門應(yīng)保持在完全打開位置；手動(dòng)門應(yīng)保持在未鎖狀態(tài)；進(jìn)行的預(yù)備操作應(yīng)全部取消。

綜上所述，轎廂超載時(shí)電梯不得關(guān)門及再平層，同時(shí)以聲光方式提示電梯已經(jīng)超載，提醒后進(jìn)入的乘客退出，當(dāng)乘客退出后不超載時(shí)電梯需恢復(fù)正常運(yùn)行。轎廂稱重裝置要確保完好有效，如果失效可導(dǎo)致轎廂超載時(shí)電梯不報(bào)警并且運(yùn)行，電梯超載運(yùn)行時(shí)由于曳引力和制動(dòng)力的不足，容易引起平層精度超標(biāo)、曳引機(jī)過熱和制動(dòng)器過熱等問題，嚴(yán)重的會(huì)造成剪切和轎廂蹾底等重大事故，因此非常危險(xiǎn)，如果轎廂面積不能限制載荷時(shí)，超載將更為嚴(yán)重。2007年3月，大連市世貿(mào)大廈額定載荷18人的電梯實(shí)際載荷26人，導(dǎo)致電梯發(fā)生蹾底事故，19人受傷5人重傷，經(jīng)查是轎廂稱重裝置失效導(dǎo)致電梯嚴(yán)重超載而引起的事故。為了保證電梯不超載運(yùn)行，轎廂稱重裝置要有一定的精度，良好的可靠性，才能夠?qū)崿F(xiàn)超載保護(hù)功能，有效保障乘客的安全。

三、常用轎廂稱重裝置工作原理

1.轎廂稱重裝置工作原理

常用轎廂稱重裝置的工作原理是利用轎廂載荷變化引起彈性元件的形變，去觸發(fā)傳感器輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，送入微機(jī)進(jìn)行運(yùn)算后，達(dá)到電梯各種控制功能，如滿載直駛、超載時(shí)拒絕關(guān)門及再平層等。彈性元件有彈簧和彈性橡膠等形式，主要用來承受轎廂自身重量和電梯載荷，隨著轎廂載荷的增加，彈性元件的形變呈線性，動(dòng)作范圍可以通過改變其硬度來實(shí)現(xiàn)，一般安裝在轎底和曳引繩繩頭等部位。當(dāng)電梯輕載時(shí)，彈性元件形變較小，觸發(fā)部位運(yùn)動(dòng)也較小，傳感器輸出輕載信號(hào)；當(dāng)電梯滿載時(shí)，彈性元件形變較大，觸發(fā)部位運(yùn)動(dòng)也較大，傳感器輸出滿載信號(hào)。下面以工程實(shí)例來描述霍爾感應(yīng)式轎廂稱重裝置系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。

2.工程實(shí)例

電梯參數(shù)19層19站，額定速度為1.5 m/s，額定載荷1000 kg，活動(dòng)轎底使用彈簧作為彈性元件，動(dòng)作范圍為6 mm，形變呈線性，每100 kg載荷時(shí)形變量為0.5 mm，額定載荷1000 kg時(shí)形變量為5 mm，使用霍爾傳感器采集載荷信息，利用感應(yīng)磁鐵進(jìn)行觸發(fā)。安裝示意圖見圖1。

圖1 霍爾感應(yīng)式轎廂稱重裝置安裝示意圖

霍爾感應(yīng)式轎廂稱重裝置是由彈性元件、感應(yīng)磁鐵、霍爾傳感器、微機(jī)系統(tǒng)和各執(zhí)行元件組成，霍爾傳感器可以根據(jù)電梯需要輸出輕載、滿載、超載和模擬量信號(hào)。按圖1安裝完成后，分別對空載和額定載荷時(shí)霍爾傳感器與感應(yīng)磁鐵的間隙進(jìn)行自學(xué)習(xí)，空載時(shí)霍爾傳感器與感應(yīng)磁鐵的間隙應(yīng)調(diào)整為14 mm，進(jìn)入霍爾傳感器人機(jī)界面進(jìn)行空載學(xué)習(xí)確認(rèn)，用1000 kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼放入轎廂模擬額定載荷，霍爾傳感器與感應(yīng)磁鐵的間隙減小為9 mm，進(jìn)入霍爾傳感器人機(jī)界面進(jìn)行滿載學(xué)習(xí)確認(rèn)。自學(xué)習(xí)完成后還要設(shè)置輕載、滿載和超載等參數(shù)，實(shí)際上是設(shè)置轎廂實(shí)際載荷與額定載荷的百分比，進(jìn)入霍爾傳感器人機(jī)界面分別設(shè)置為10%、80%和110%。自學(xué)習(xí)和參數(shù)設(shè)置全部完成后，霍爾傳感器內(nèi)部電路就能夠根據(jù)轎廂載荷自動(dòng)計(jì)算并輸出相應(yīng)信號(hào)。為了測試霍爾傳感器輸出信號(hào)的正確性和完整性，同時(shí)也為了向工程技術(shù)人員提供調(diào)整設(shè)置時(shí)的參數(shù)，對工程實(shí)例電梯霍爾傳感器的功能及參數(shù)進(jìn)行了測試。測試方法是使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼模擬不同的工況，測量不同控制信號(hào)輸出時(shí)霍爾傳感器與感應(yīng)磁鐵的間隙變化。由于擔(dān)心彈性元件的形變量受轎廂振動(dòng)和曳引繩張力的影響，因此共測試了3次，每次測試前電梯均運(yùn)行全行程，具體測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 霍爾傳感器功能及參數(shù)測試表

經(jīng)過測試霍爾傳感器在輕載、滿載和超載工況下均能有效輸出信號(hào)供微機(jī)運(yùn)算，說明彈性元件的硬度合適，霍爾傳感器自學(xué)習(xí)也比較理想，能夠達(dá)到電梯對轎廂稱重裝置的要求?；魻柛袘?yīng)式轎廂稱重裝置具有靈敏度高、線性度好等特點(diǎn)，用感應(yīng)磁鐵觸發(fā)也比較方便，可以靈活設(shè)置不同信號(hào)輸出時(shí)的參數(shù)，安裝和調(diào)整也比較方便，因此有很多電梯廠家選用。

3.轎廂稱重裝置對運(yùn)行效率和乘運(yùn)質(zhì)量的作用

GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中只對轎廂稱重裝置的安全部分進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，現(xiàn)在的電梯大多是微機(jī)控制，能夠利用轎廂稱重裝置采集的載荷信息，提高電梯的使用性能和運(yùn)行效率，如防搗亂功能、滿載直駛功能和群控調(diào)度功能，預(yù)負(fù)荷功能能夠提高電梯乘運(yùn)質(zhì)量。幾種功能都是利用轎廂稱重裝置采集的載荷信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。

（1）防搗亂功能。在電梯使用過程中，由于個(gè)別乘客搗亂，將轎廂多個(gè)內(nèi)選按鈕選中后離開電梯，或者是小孩兒出于好玩，把轎廂內(nèi)選按鈕全部或部分選中，這時(shí)電梯在沒有需求的情況下逐一響應(yīng)內(nèi)選信號(hào)進(jìn)行平層，增加了乘客候梯時(shí)間。因此需要一個(gè)功能使電梯在這種情況下自動(dòng)取消內(nèi)選信號(hào)，以減少不必要的?？?，提高電梯運(yùn)行效率。轎廂稱重裝置可以輔助完成這種功能，當(dāng)電梯輕載而內(nèi)選信號(hào)過多時(shí)，微機(jī)經(jīng)過運(yùn)算后控制電梯在最近層平層并自動(dòng)取消內(nèi)選信號(hào)，防搗亂功能有效提高了電梯的運(yùn)行效率。為了使防搗亂功能正常作用，轎廂稱重裝置要有良好的精度和可靠性，在提高電梯運(yùn)行效率的同時(shí)應(yīng)避免誤取消內(nèi)選信號(hào)，使乘客多次選層，影響電梯的正常使用。

（2）滿載直駛功能。轎廂稱重裝置還能夠輔助實(shí)現(xiàn)滿載直駛功能。電梯轎廂滿載時(shí)，對外呼的響應(yīng)會(huì)降低電梯的使用效率，因此當(dāng)轎廂稱重裝置輸出滿載信號(hào)電梯滿載時(shí)微機(jī)經(jīng)過運(yùn)算后控制電梯切換到滿載直駛模式，電梯滿載直駛時(shí)只響應(yīng)內(nèi)選信號(hào)，不響應(yīng)外呼信號(hào)。當(dāng)轎廂稱重裝置滿載信號(hào)終止輸出時(shí)，電梯自動(dòng)恢復(fù)為全集選模式，滿載直駛功能提高了電梯的運(yùn)行效率。滿載參數(shù)一般設(shè)置為額定載荷的80%，也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體設(shè)置，適應(yīng)不同電梯的需要，使?jié)M載直駛功能的應(yīng)用更加合理。

（3）群控調(diào)度功能。在大型商場、辦公場所或醫(yī)院等有多部電梯時(shí)，大多采用群控功能，轎廂稱重裝置還能夠使群控調(diào)度功能更加合理。多臺(tái)電梯群控時(shí)轎廂稱重裝置是一個(gè)重要的檢測裝置，微機(jī)對多臺(tái)轎廂稱重裝置輸出的載荷信號(hào)進(jìn)行比較處理，當(dāng)1臺(tái)電梯已經(jīng)滿載時(shí)調(diào)派另外1臺(tái)電梯停靠接人。這個(gè)功能在提高電梯使用效率的同時(shí)，還可以使電梯能夠均勻使用，達(dá)到較好的綜合使用效果。

（4）預(yù)負(fù)荷功能?，F(xiàn)代電梯大多具備預(yù)負(fù)荷功能，變頻器能在不同載荷工況下自動(dòng)調(diào)整曳引機(jī)啟動(dòng)電流及轉(zhuǎn)矩，防止電梯在啟動(dòng)瞬間反向移動(dòng)，預(yù)負(fù)荷功能就是利用轎廂稱重裝置采集并輸出的模擬量信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。由于電梯平衡系數(shù)的存在，當(dāng)電梯輕載或重載時(shí)，轎廂和對重之間的重量差較大，通過微機(jī)運(yùn)算后控制變頻器輸出一個(gè)較大的預(yù)加載電流，使曳引機(jī)有較大的曳引力，防止電梯在啟動(dòng)瞬間出現(xiàn)反向移動(dòng)。當(dāng)轎廂載荷接近平衡系數(shù)時(shí)，轎廂和對重之間的重量差較小，此時(shí)變頻器只需輸出一個(gè)較小的電流即可。預(yù)負(fù)荷功能使電梯啟動(dòng)和運(yùn)行都更加平穩(wěn)，提高了電梯的乘運(yùn)質(zhì)量。

上述功能是利用轎廂稱重裝置輸出的基本控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)代轎廂稱重裝置還能夠?qū)崿F(xiàn)可編程輸出載荷信號(hào)和數(shù)字量輸出載荷信號(hào)等功能，能夠更靈活采集載荷信息參加微機(jī)運(yùn)算、實(shí)現(xiàn)更多電梯功能。相信隨著智能時(shí)代的到來將會(huì)有更多更好的應(yīng)用，來豐富電梯的功能，提高電梯的運(yùn)行效率和乘運(yùn)質(zhì)量。

四、特殊工況對轎廂稱重裝置的影響

雖然轎廂稱重裝置可以正確采集轎廂載荷信息供微機(jī)運(yùn)算，保證電梯不超載運(yùn)行，提高電梯運(yùn)行效率和乘運(yùn)質(zhì)量，但是經(jīng)過實(shí)踐中多次對轎廂稱重裝置的檢查、調(diào)整以及故障的修理，發(fā)現(xiàn)轎廂稱重裝置會(huì)受到一些特殊工況的影響而導(dǎo)致不能正確輸出信號(hào)，對電梯的安全平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。經(jīng)分析總結(jié)，特殊工況包括載荷分布不均勻、臨界狀態(tài)、轎廂過度裝修和彈性元件疲勞等。

1.載荷分布不均勻

在電梯使用過程中，轎廂內(nèi)未達(dá)到額定人數(shù)或載荷，電梯卻超載報(bào)警，乘客移動(dòng)位置后報(bào)警消除，常出現(xiàn)在傳感器安裝在轎底部的電梯中。初步分析可能是轎廂稱重裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，如承重部位強(qiáng)度低局部變形或彈性元件形變量不一致等情況，這時(shí)如出現(xiàn)乘客集中在轎廂一側(cè)或者集中在轎廂中央的極端情況，電梯就會(huì)在沒有超載的情況下產(chǎn)生超載報(bào)警。因此電梯制造廠家在設(shè)計(jì)制造時(shí)應(yīng)充分考慮載荷分布不均勻造成的影響，合理設(shè)計(jì)轎廂稱重裝置安裝及檢測部位的結(jié)構(gòu)、選用形變更線性化的彈性元件，以免影響轎廂稱重裝置正確采集轎廂載荷信息，影響電梯的正常使用。

2.臨界狀態(tài)

電梯使用過程中常出現(xiàn)這樣的情況，轎廂已接近超載狀態(tài)，進(jìn)入1人后超載報(bào)警，退出2人后報(bào)警才消除或進(jìn)入1人后超載報(bào)警，退出后再次進(jìn)入?yún)s沒有報(bào)警。初步分析可能原因有：一是傳感器調(diào)整或自學(xué)習(xí)沒有做好或者是調(diào)整部位由于長期使用發(fā)生了變化，如果不及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或自學(xué)習(xí)可能使電梯長期工作在輕微超載狀態(tài)，引起平層精度超標(biāo)問題，因此要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或自學(xué)習(xí)，臨界調(diào)整難度較大，需多次調(diào)節(jié)才能準(zhǔn)確測量轎廂載荷的變化，因此調(diào)整人員要有較高的技術(shù)水平。二是彈性元件受到了曳引繩張力和轎廂振動(dòng)的影響而使動(dòng)作精度下降，如曳引繩的張力變化或乘客在進(jìn)入轎廂時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)影響了處于臨界狀態(tài)的轎廂稱重裝置，這種情況除了電梯本身要考慮消除振動(dòng)對轎廂稱重裝置的影響外，乘客乘坐電梯也應(yīng)該文明禮讓，不建議強(qiáng)行乘坐電梯，以免發(fā)生不必要的危險(xiǎn)。

3.轎廂過度裝修

業(yè)主為了電梯的美觀，大多對電梯進(jìn)行2次裝修，有的業(yè)主甚至把轎底和轎壁全部都加裝大理石，大幅增加了轎廂自身的重量，使電梯運(yùn)輸能力會(huì)大幅下降。為了不影響電梯的運(yùn)輸能力，業(yè)主常要求調(diào)整轎廂稱重裝置及電梯平衡系數(shù)，如果按照業(yè)主要求進(jìn)行調(diào)整，可導(dǎo)致轎廂稱重裝置不能正確輸出控制信號(hào)，造成電梯長期超載運(yùn)行的情況。超載運(yùn)行時(shí)由于曳引力和制動(dòng)力的不足，容易引發(fā)平層精度超標(biāo)、曳引機(jī)過熱和制動(dòng)器過熱等問題，嚴(yán)重的會(huì)造成剪切和轎廂蹾底等重大事故，同時(shí)對電梯平衡系數(shù)也有較大影響。因此電梯從業(yè)人員一定要堅(jiān)持原則，嚴(yán)禁隨意調(diào)整轎廂稱重裝置和平衡系數(shù)，嚴(yán)禁隨意更改電梯設(shè)計(jì)參數(shù)，以免影響電梯乘運(yùn)質(zhì)量和運(yùn)行安全，引發(fā)電梯事故。

4.彈性元件疲勞

彈性元件經(jīng)過長時(shí)間的使用，有可能存在疲勞及老化問題，活動(dòng)范圍可能會(huì)有所變化，在周期驗(yàn)證時(shí)應(yīng)對這種現(xiàn)象進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)彈性元件疲勞時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。彈性元件疲勞或老化后如果承受載荷時(shí)的形變范圍仍在線性區(qū)時(shí)，通過調(diào)整轎廂稱重裝置或重新自學(xué)習(xí)，可以恢復(fù)正常應(yīng)用，如形變已超出線性區(qū)，說明彈性元件已損壞，只有及時(shí)更換，才能夠有效保證轎廂稱重裝置功能完好。

五、電梯轎廂稱重裝置的周期驗(yàn)證

轎廂稱重裝置可能由于長期使用出現(xiàn)老化、生銹和灰塵等原因而使轎廂稱重裝置失效，因此要對轎廂稱重裝置的有效性進(jìn)行周期驗(yàn)證、檢查和調(diào)整。如果轎廂稱裝置精度下降且暫時(shí)沒有更換條件，而且超載信號(hào)和其他功能信號(hào)不能兼顧，應(yīng)該重新調(diào)整或自學(xué)習(xí)，保證超載信號(hào)臨界狀態(tài)的準(zhǔn)確性，因?yàn)槌d信號(hào)是保證乘客和電梯安全的，而其他信號(hào)是用于提高電梯乘運(yùn)質(zhì)量的，安全信號(hào)優(yōu)先，同時(shí)要盡快修復(fù)轎廂稱重裝置，以確保安全。

六、對電梯相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的建議

電梯行業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)對轎廂稱重裝置的要求比較簡單，只提出了超載保護(hù)功能的強(qiáng)制要求，未對轎廂稱重裝置的精度及設(shè)計(jì)、安裝、驗(yàn)證等環(huán)節(jié)提出更高的要求。建議合理地修訂國家標(biāo)準(zhǔn)，提高對轎廂稱重裝置的具體要求，使國家標(biāo)準(zhǔn)更加全面和細(xì)化。以便指導(dǎo)電梯制造廠家進(jìn)行有針對性的設(shè)計(jì)開發(fā)，為安裝和維保的規(guī)范操作提供依據(jù)，確保轎廂稱重裝置工作在有效狀態(tài)，使電梯更加安全，發(fā)揮良好的使用性能。

七、電梯轎廂稱重裝置的發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電梯的功能也日新月異，使用性能也越來越好，轎廂稱重裝置還有不斷改進(jìn)發(fā)展的空間。以現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)水平，未來的電梯轎廂稱重裝置會(huì)朝著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。所謂數(shù)字化是將電梯載荷信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字，方便監(jiān)視、調(diào)整、運(yùn)算和記錄；智能化是指能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能，提高電梯的安全和平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)；網(wǎng)絡(luò)化是指轎廂載荷信息的傳遞、共享和運(yùn)算等。隨著電梯技術(shù)的迅猛發(fā)展，各電梯制造廠家必定會(huì)開發(fā)出功能更強(qiáng)大，使用更方便的轎廂稱重裝置，進(jìn)一步提高電梯安全平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)，為電梯行業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。