可变速电梯称重装置的误差评定方法

曾 杰 范林静 洪 程 徐 强 王向阳 安徽省特种设备检测院

可变速电梯称重装置的误差评定方法

曾 杰 范林静 洪 程 徐 强 王向阳 安徽省特种设备检测院

1 可变速电梯原理与称重装置的重要性分析

可变速电梯[1]是一种新型电力驱动曳引式电梯，这种新型电梯是利用轿厢与对重两侧的重量之差较小时，电梯的驱动电动机有富裕的能力而实现电梯的高速运行，这样电梯的运行速度就能随载荷变化而在额定速度及数个中间负载额定速度之间切换。可见载荷的变化与可变速电梯的运行速度变化互相匹配，在匹配符合设计文件的前提下,可变速电梯才能保障安全可靠[2]。只有称重装置能精确反应出载荷的变化，才会给出合适的运行速度指令。因此，可变速电梯称重装置不仅要具备传统电梯的超载保护功能，同时还应保持足够的精度来维持可变速电梯的安全稳定运行[3]。速电梯系统的安全性的关键。在实际检测中，采用标称砝码对称重装置进行测量和记录。具体流程如下：

图1 可变速电梯运行原理简图

将轿厢停靠基站，空载，将称重装置校零。检验分加载和减载两个阶段进行。

1）加载阶段：以75kg（标准中一个成人的重量）为一个测量点逐步增加砝码，记录轿厢称重装置的测量值（以负载率来表示)，直至满载。

2）减载阶段：延续上个阶段检验，此时轿厢满载。以75kg为一个测量点逐步减少砝码，相应记录轿厢称重装置的测量值（以负载率来表示)，直至空载。

记录所得的所有测量值和标称砝码值，为误差评定提供原始数据。

目前常用的误差评定的方法有许多种，笔者通过两种方式来进行误差评定[4]：

1）差值数据评定法：假设一个误差函数，结合各个测量点的误差值，利用合适的数学原理得到假设函数的参数，并绘制出误差曲线。误差曲线在载重区间的最大值即为最大误差值。同给定的误差允许范围做比较，得出结论。具体流程如图2所示。

由图1的可变速电梯运行原理简图可以看出，称重装置检测出的轿厢载重量信号是可变速电梯确定运行速度的关键。可靠精确的称重装置无疑是确保可变速电梯安全的重要保证，将可能的风险排除在可变速电梯的运行前，是最稳妥有效的安全保障方式。

2 可变速电梯称重装置的误差评定

2.1 称重装置误差评定的试验方法和评定方式

分析可知，准确的检测和评定出称重装置的误差，不仅能判定称重装置可靠性，更是判定整个可变

图2 差值数据评定法示意图

2）原始数据评定法：根据实际载重量值，结合各个测量点，得到称重装置的理想曲线；同时将可变速电梯系统的显示值，结合各个测量点，得到称重装置的实际曲线。通过对两个曲线的比较，相差最大值即为最大误差值，其与额定载重量的百分比值即为最大误差。同给定的误差允许范围做比较，得出结论。具体流程如图3所示。

图3 原始数据评定法示意图

2.2 称重装置误差评定的具体方法

● 2.2.1 累积法

通过分析比较,笔者采用方式1利用累积法来直接求得误差曲线,得到最大误差值。累积法是利用有关数据的累积和以及权数直接估计模型有关的系数[5、6]。所谓累积和就是对某列数据按照一定的叠加规律，进行不同的叠加后所得到的结果。对于数据序列{xi：i=1,2,...,n},其各阶累积和为

…的定义如下：

以此类推，对于任意自然数k，可以定义

此式即为求取各阶累积和的计算通式。

式（1）经过数学归纳法可以证明其等效于能够高效计算的k阶算子的通项式。如式（2）所示：

以普通累积法为基础，将试验测试的标称砝码实际负载率与轿厢称重装置的显示负载率的差值（即误差值）以及轿厢称重装置显示负载率的相关模型设为：

其中yi为误差值(%)，xi为显示负载率(%)，εi为随机误差项。

因为式(3)中有3个待估计参数β0、β1、β2，所以累积到3阶即可，利用矩阵形式表示为：

Y=AX+ε′其中：

笔者选择了合肥某办公大楼额定载重量为1050kg的可变速电梯进行实地试验，所得的数据见表1，随后利用excel求出各个变量的各阶累积和见表2，最后得出的参数。从而绘制出在负载率0%到100%范围的误差曲线，如图4所示。可以明显看出，该误差曲线的最大值为2.0978%，说明该称重装置符合可变速电梯型式试验中10%的精度要求。

表1 实际测量数据以及预处理

表2 三阶累积和数值表

图4 累积法求得误差曲线的函数图像（其中X轴为误差百分比，Y轴为负载率）

● 2.2.2 曲线轮廓误差法

利用Matlab软件中自带工具箱的强大功能，采用方式2的方式先根据记录测量点对理想曲线和实际曲线进行曲线拟合[7]。Matlab工具箱中曲线拟合采用的是最小二乘法的原理，是通用的标准计量方法[8、9]。具体编程运行后得到的结果如图5所示：其中绿色为理想曲线，蓝色为实际曲线。误差最大值为27kg。对应1050kg的额定载重量即约为2.58%的误差，同样说明该称重装置符合可变速电梯型式试验中10%的精度要求。

图5 曲线拟合图

3 结果和分析

对照文中所述的两种方法，都可以直观方便的对称重装置的误差进行判定，根据试验所测的数据，虽然是从两个不同的角度实现了对误差的评定，得到的结论是一致的。从具体过程中可以看出，直接对误差函数进行建模并利用累积法进行求解，可以直接得到误差的函数和图像，从而在判定区间对误差函数的最大值进行求解，在最后判定的时候，因为已经有了固定的函数，取点的多少便决定了函数图像的拟合度和平滑性；而利用Matlab软件根据记录的测量点对理想曲线和实际曲线进行拟合，测量点的多少成了影响拟合度的重要因素，考虑到实际检测过程中的数据记录不可能过多，因此两条曲线的拟合本身精确度就不高，再对两条拟合出来的曲线进行轮廓误差求解，等于将误差放大，不利于对称重装置的误差做出合理的判定。

综上所述，笔者认为采用累积法对误差函数求解更适用于可变速电梯称重装置的误差判定。

4 总结

笔者分析了可变速电梯的称重装置对于整个可变速电梯安全性的重要性，针对称重装置的检测误差进行了一些研究，给出了两种误差评定的方法。通过对实际数据的分析求解，结合型式试验对称重误差的要求，对误差做出了评定。给特种设备检验检测机构对可变速电梯称重装置误差的评定提供了一些思路，对于保障可变速电梯的安全运行有一定的实际意义。

1 黄建华译.可变速电梯系统.中国电梯,2005(11)：18－20

2 徐卫玉,吴国良,管敏强.谈三菱可变速电梯技术.中国电梯, 2010(17)：37－39

3 尹传仁.可变速电梯安全检验分析.科技风,2011(15)：45－47

4 孔德隆.形位误差评定算法及评定系统的研究.北京：北京交通大学,1000407121740,2009

5 曹定爱,张顺明.累积法引论.科学出版社,1999：54－65

6 石照耀,谢华锟,费业泰.累积法的基本原理及其在测量数据处理中的应用.光学精密工程,2009(8)：87－89

7 申红莲.Matlab中曲线拟合的方法.福建电脑,2011(7)：10－11

8 测量不确定度评定与表示.JJF1059－1999,1999

9 测量仪器特性评定.JJF1094-2002,2002

10 曾杰.一种验证可变速电梯变速功能安全性的检验方法.工业安全与环保,2012(12)：24－27

国家质检总局科技计划项目(计划编号：2010QK007)

2013－08－21）