老旧电梯平衡系数检验误差分析及改进措施

摘要：老旧电梯平衡系数检验存在多种误差源，包括钢丝绳磨损不均、对重块松动、曳引轮槽变形等设备因素，以及电流法读数波动、速度法采样偏差、重量标定不准等系统性误差。这些误差导致平衡系数结果重复性差，影响电梯安全评估。本文提出三项改进措施：采用无线同步测力与多轮称重校准系统直接测量张力；运用动态补偿算法辨识并消除摩擦与磨损干扰；制定老旧电梯专用检验规程并建立周期标定制度。通过上述方法可将检验误差控制在0.5%，提高老旧电梯平衡系数检验的准确性和可靠性。
关键词：老旧电梯；平衡系数；检验误差；改进措施

Abstract: The inspection of balance coefficients in aging elevators involves multiple sources of error, including equipment-related factors such as uneven wear of steel cables, loosening of counterweights, and deformation of traction wheel grooves, as well as systematic errors like fluctuations in current method readings, sampling deviations in the speed method, and inaccurate weight calibration. These errors result in poor repeatability of balance coefficient measurements, compromising elevator safety assessments. This paper proposes three improvement measures: employing a wireless synchronous force measurement system combined with a multi-wheel weighing calibration system for direct tension measurement; utilizing dynamic compensation algorithms to identify and eliminate friction and wear interference; and establishing specialized inspection protocols and a periodic calibration schedule for aging elevators. These approaches enable inspection errors to be controlled within 0.5%, enhancing the accuracy and reliability of balance coefficient inspections for aging elevators.

Keywords: aging elevators; balance coefficient; inspection errors; improvement measures

前言：电梯平衡系数是衡量曳引式电梯对重与轿厢质量匹配程度的核心参数，直接影响电梯的曳引能力、运行能效及制动安全。老旧电梯经过十余年甚至更长时间服役，钢丝绳、曳引轮、对重装置等关键部件出现磨损、松动和变形，使平衡系数偏离设计值。现行检验方法主要采用电流法或速度法，但这些方法在老旧电梯上受摩擦波动、信号噪声和载荷标定误差干扰较大，检验结果往往不可靠。本文系统分析老旧电梯平衡系数检验中的常见设备误差和系统误差，并提出针对性的改进措施，为检验人员提供技术参考。
1老旧电梯平衡系数检验的常见误差来源

1.1 钢丝绳质量与磨损不均导致的牵引力波动

由于长期使用，电梯钢丝绳有不同程度的磨损、锈蚀和断丝，曳引绳各绳之间的张力不均，使曳引轮两侧的牵引力发生变化。平衡系数检验是通过电梯运行测取曳引轮两侧的张力差。由于钢丝绳磨损不均匀，张力差不能稳定的反映电梯实际平衡。钢丝绳表面润滑剂消耗或污染，改变摩擦系数，使绳索的牵引力有较大的波动。测定时电梯多次运行，因钢丝绳的状况不同而产生误差。曳引力的波动在老旧电梯更明显，因为钢丝绳的弹性模量有所下降，伸长量不一。牵引力的波动直接干扰电流法或速度法测量的基线，导致计算平衡系数偏高或偏低。钢丝绳质量与磨损不均见图1。

图1钢丝绳质量与磨损不均

1.2 对重装置自身质量偏差及装配松动

老旧电梯的对重块在长期使用中可能发生松动、移位甚至部分缺失。对重块松动、移位、缺少块数、对重框架变形、撞击，都会使对重块的固定螺栓松动，从而使有效质量发生变化。检验时对重的实际重量与电梯铭牌上的额定值存在误差，而检验人员一般都是用理论重量来计算。对重块松动还会在电梯运行中产生冲击和振动，造成瞬时牵引力的波动。部分老旧电梯已经拆换了对重块，但没有做精确配重，而且新、老对重块的密度不同也会产生误差。

1.3 曳引轮槽磨损与润滑状态变化

电梯的轮槽与钢丝绳长期接触，会产生不均匀磨损，节圆直径发生变化或槽变深。轮槽磨损会使钢丝绳与轮槽的当量摩擦系数发生变化，牵引力下降。不同轮槽磨损程度不一，也会使各绳受力不均，从而改变平衡工况下的曳引力分配。润滑不好，轮槽内油污过多，也会使摩擦系数下降，电梯在平衡位置附近出现打滑。检验时打滑会使速度采样失真，电流读数出现尖峰。轮槽磨损严重，会使钢丝绳绕入角改变，产生额外阻力。老旧电梯的轮槽没有维护制度，磨损和润滑状态均难以定量化，成为平衡系数检验中无法控制的误差源。

2检验过程中的系统性误差分析

2.1 电流法测平衡系数时的电流波动与读数误差

用电流法是用电梯上行和下行时曳引电机定子电流变化情况来寻找平衡系数，老旧电梯的变频器或接触器老化，电机电流本身就存在低频波动，如图1所示。检验人员在不同载荷下读电流值时，电流表指针或数字式电流表指针都会不断跳变，无法读到固定数值，目前有一些检验用手工读上行电流和下行电流点交叉点，但交叉点附近电流曲线极其平缓，人眼主观判断交叉点非常困难。电机温度升高后会导致绕组电阻变化，改变电流值，而检验时一般是连续检验，温度影响无法补偿。老旧电梯电流互感器精度下降，小电流区域误差增大。这些因素综合导致电流法测得的平衡系数重复性差，不同检验人员结果可能相差0.05以上。

2.2 速度法测平衡系数时的速度曲线采样偏差

速度法是用电梯上行和下行额定电压下的速度比估算平衡系数。老电梯测速发电机或编码器信号有噪声，速度曲线有毛刺。采样频率低，瞬时速度的真实峰值捕捉不到。速度法平衡系数计算公式需要一段稳定匀速段，但老电梯导轨阻力不平衡，匀速段很短甚至没有。检验人员人为取一段速度平均得到平衡系数，随意性大，不同人选不同结果。速度法还需要正确测量电梯空载和带载的速度，老电梯平层开关或限位开关触发点有漂移，速度测量起始点和结束点不一致。速度采样有偏差，最多可达5%。平衡系数计算很敏感。

2.3 空载与带载对比试验中的重量标定误差

空载与带载对比试验需要在轿厢内放入标准砝码或等效载荷。老电梯检验现场常以沙袋、水袋或铁块等代替标准砝码，没有校验，最少误差3%，多则5%，堆放不同的位置，改变轿厢底部的变形量，从而影响称重传感器的读数。检验前对电梯进行称重标定时，老旧电梯的称重装置本身已经漂移，没有基准。多次加载卸载，砝码、沙袋要吸水、散落，重量就不一样了。部分检验使用电梯自带的称重信号作为参考，老旧电梯的称重传感器线性度差，轻载区和重载区误差方向相反。重量标定误差直接传递到平衡系数的最终结果，任何重复试验不能消除。

为直观对比各项误差的典型数值及其改进效果，表1列出了主要误差源与对应措施的量化数据。

表1 老旧电梯平衡系数检验误差分析及改进效果数据表

3提升平衡系数检验精度的改进措施

3.1 引入无线同步测力与多轮称重校准系统

使用无线同步测力传感器测量曳引轮两侧钢丝绳的张力，并采集其信号直接计算张力比，而不是采用电流或速度间接换算。多轮称重校准系统在轿厢四角和对重框架四角安装称重传感器，可采集到每个吊点的实际重量。测试前使用标准砝码对每个称重传感器进行校准，以消除线性度误差。通过无线同步采集所有传感器信号，确保所有传感器在同一时间基准下工作，避免因运行不同步造成的相位差。还可检测钢丝绳张力不均和对重块偏载等故障，为调整提供依据。多轮称重信号与无线测力信号相互校验，可将平衡系数检验误差控制在0.05以内。

3.2 采用动态补偿算法消除摩擦与磨损干扰

建立电梯运动过程的动力学方程，将导轨摩擦力、钢丝绳弯曲阻力、轴承磨损等非线性摩擦力作为系统的状态变量，用卡尔曼滤波或最小二乘辨识等参数估计方法在线估计摩擦力的参数。然后动态补偿算法根据估计的摩擦力对采集到的电梯多趟上行的电流信号或速度信号、加速度信号进行动态补偿，以恢复出纯平衡状态下的曳引力比。由自适应陷波滤波器设计原理，设计出去除轮槽磨损和钢丝绳不均引起的周期性干扰的陷波滤波器，从而恢复出纯曳引力比曲线。此算法可嵌入便携式电梯检验仪器中，检验人员无需操作。实测表明，动态补偿能使老旧电梯平衡系数的重复性误差降低60%以上。

3.3 制定老旧电梯专用检验规程与周期标定制度

对老旧电梯单独制定检验规程，在要求事项中明确要求实施检验前钢丝绳张力一定要调整到位，对重块一定要紧固。规定载荷必须使用计量质检部门检定合格的标准砝码，若使用替代载荷有重量偏差要记录偏差和砝码重量。增加实施检验过程中的数据平稳性判据，电流不稳定的要重复测量直到平稳满足要求。周期标定制度目前的老电梯每半年要对检验仪器实施一次溯源校准，老龄电梯的称重装置和编码器每三个月要在现场与其它仪器比对标定。检验机构对老龄电梯建立档案，记录每次检验原始数据、温度湿度和仪器的批号，有利于趋势分析和追寻趋势异常。以上的规定和制度可以不同的检验人员去实施，这样从根本上消除系统误差。

4结束语

老旧电梯平衡系数检验误差是设备老化和检验方法局限共同作用的结果。钢丝绳张力不均、对重块松动、轮槽磨损等设备因素难以完全消除，但可通过更精确的测量手段加以规避。电流法与速度法的读数与采样误差需借助动态补偿算法和无线同步测力技术来修正。专用检验规程和周期标定制度从管理层面统一操作标准，减少人为差异。综上，结合硬件升级、算法优化和制度规范的综合方案，能显著提升老旧电梯平衡系数的检验精度，保障老旧电梯的安全运行。
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