CN110234587A - 用于确定电梯中的轿厢及配重的重量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定电梯的轿厢及配重的质量的方法，该电梯沿着其由电梯电动机驱动的行进路径在电梯竖井中运行，在该方法中，优选地执行至少一次测试运行作为电梯轿厢及配重的完整往返行程，在该测试运行中，a)提升系统平衡体m_B，b)提升系统摩擦力F_μS，和c)提升系统补偿ΔB根据恒定速度数据计算，并且在该测试运行中，d)提升系统惯性质量m_I根据恒定加速/减速数据计算。根据这些参数，计算轿厢及配重的重量而不需要任何重量测量，而仅仅通过使用电梯驱动单元的功率数据。

Description

用于确定电梯中的轿厢及配重的重量的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定电梯中的轿厢质量或重量的方法，并且就还包括配重的电梯而言，也涉及确定配重的重量的方法。

背景技术

通常，特别是在现有电梯和电梯组的现代化期间，新的电梯电动机和电动机驱动安装在现有电梯中。为了将新的电动机驱动和电梯电动机优化到现有电梯系统，最好知道电梯系统中的电梯轿厢及配重的重量。

通常，配重的重量对应于空电梯轿厢的重量加上电梯的标称负载的一半。通常在电梯的使用寿命期间，在电梯轿厢以及配重处进行若干修改，实际值通常基本上偏离上述假设理论值。有时在电梯部件处存在信息板，其具有电梯部件的特性，例如重量。但是如上所述，在电梯的运行时间期间可能已经改变了重量。电梯部件的称重，即电梯轿厢和配重的称重是费力的任务，其需要必要的精力和成本。从EP2774885B2中已知一种用于获取电梯系统中的平衡体检查的方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方法，该方法允许确定电梯轿厢及配重的重量，特别是在将被现代化的现有系统中。

该目的通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求13的电梯系统解决。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。在说明书和附图中还描述了本发明的优选实施例。

具体实施方式

1.电梯提升系统平衡体的计算

本发明优选地基于电梯的功率模型，如从WO2014/135408A1中已知的，其在此作为本申请的一部分。根据该文献，电梯提升系统平衡体m_B，即轿厢及配重的重量之间的重量差可以表示如下：

m_B＝m_car-m_cw (1.1)

根据下面的公式1.1，当电梯运行时，提供给电梯电动机的功率和能量在动能、势能以及摩擦、铜和铁损耗的变化中消耗。

P_M＝P_K+P_P+P_Fr+P_Cu+P_Fe (1.2)

在公式(1.2)中，P_M表示电动机功率，P_K表示动能，P_P表示势能，P_Fr表示摩擦损耗，P_Cu表示电动机内部绕组电阻损耗以及P_Fe表示电动机内部铁损。

例如，图1示出了这些功率项，其中标称负载为630kg的电梯以1m/s的标称速度通过电梯竖井行驶，电梯轿厢的行程长度为18m。

在恒定速度状态期间，加速度为零并且动能减小到零(P_K＝m_I·v·a＝0)。铜损可以通过电动机电流I_M和电动机绕组电阻R_S计算得出，P_Cu＝I_M ²·R_S，并从电动机输入功率中减去。

在这些条件下，剩余功率将是势能、摩擦及铁损，如它们在图2中所示。

因此，在恒定速度行进期间，去除铜损的电动机功率简化为

P_M-P_Cu＝P_ME＝P_P+P_Fr+P_Fe (1.3)

摩擦(导靴、绳索弯曲、轴承和风)实际上与运行方向无关，P_Fr.up＝P_Fr.dn＝P_Fr。铁损是速度和电动机电流的函数，因此它们对运行方向敏感。然而，正如我们从图中看到的，它们的幅度远小于动能水平，并且两个运行方向之间的差异甚至更小。因此，优选地假设铁损与运行方向无关P_Fe.up≈P_Fe.dn＝P_Fe。

可以导出两个运行方向的平均功率差

平均功率差在此意味着电梯轿厢在竖井中的行程长度的中间的功率差。在(1.3)中，m_B是竖井中间的电梯系统平衡体(以公斤计)，v_test是测试期间电梯的速度，g是重力加速度9.81m/s²。

换句话说，这意味着驱动单元或逆变器可以通过在恒定速度期间计算关于上下方向从中去除铜损失的电动机电流的平均值来计算竖井中点处的电梯系统平衡体，并将差值除以测试速度v_test和g。

表1示出了在示例电梯实际中进行的检查理论操作的测试结果。电梯的正确平衡是-300千克。

表1.去除了不同误差源组合的平衡结果(1＝从电动机功率中去除功率项)

可以看出，需要从电动机供给功率中去除铜损，并且假设铁损是微不足道的是可行的。平衡体值具有负号，因为配重比轿厢更重。

2.计算提升系统的摩擦力

根据本发明，往返行程上的电梯竖井平均摩擦力根据公式2.1计算得出。

上述摩擦力累加了三种摩擦力：轴承在测试速度下的摩擦力、绳索弯曲摩擦力和导靴摩擦力。例如，在低层电梯中，轴承摩擦力是这三个摩擦力项的次要项，而导靴滑动摩擦力主导着累加摩擦力F_μS。因此，该F_μS摩擦力可选地用于检查电梯的整体竖井对准和润滑状况。作为均值，使用算术平均值。无论如何，可以使用不导致基本上不同值的其他平均值计算方法。

3.计算提升系统平衡偏差

对于提升系统的动态补偿，补偿绳索(um_CR)的单位质量[kg/m]应符合下列公式：

其中

um_SR＝提升绳索的单位质量，

um_TC＝行进线缆的单位质量

(单位质量＝质量/长度)

R是绳索比率，例如1:1、2:1或4:1。如果采用公式(3.1)，则提升系统在从底层到顶层的整个行程中维持其平衡。如果不是，则补偿误差或平衡偏差ΔB[kg/m]将从(3.2)计算得出

为了根据公式(3.2)计算该平衡偏移差ΔB(或提升系统补偿)，如上所述，需要来自测试往返行程的恒定速度区域的数据。根据本发明的优选实施例，提升系统补偿ΔB可以有利地采用线性回归从恒定速度数据计算得出，例如如下：

方差var()和协方差cov()可以以本身已知的方式计算为一遍扫描(one-pass)算法。

4.计算总移动有效惯性质量

因此，电梯提升系统的总移动惯量质量m_I[kg]被计算为

其中a、v、h和P_ME是加速度、速度和实际高度位置，当电梯以恒定速率(加速度＝0)加速或减速时，测量这些参数。参数C是常数，其根据电梯设计、绳索比率率等在2/5和4/5之间变化，但对于具有配重和绳索比率在1:1和1:4之间的牵引滑轮电梯来说优选地具有2/3的值。术语B(h)是在测试运行期间提升系统的平衡偏差

其中，h是电梯的实际位置，h_nom是电梯轿厢(或在相同绳索比率的情况下是配重)在竖井中的标称行程长度。

因此，可以在电梯竖井中没有任何复杂的重量测量的情况下获得移动惯性质量。

5.计算轿厢及配重质量

系统惯性质量m_I包括所有运动部件，即线性运动部件和旋转部件的惯性质量。线性运动质量的惯性质量I_c取决于绳索比率R以及部件在提升系统中的位置和作用

I_c＝Km_c (5.1)

其中，m_c是电梯的线性运动部件的质量，K是针对不同部件和不同绳索比率特定的因数。下表列出了对于2:1共同绳索比率的一些值。

旋转部件的惯性力矩J_c优选地通过以下等式在其线性对应值I_c中变换：

I_c＝K²J_c/r_c ² (5.2)

其中，r_c是电动机牵引滑轮或皮带轮(其中绳索接触)的半径，K是取决于电梯部件和绳索比率的因数，例如如下所述。

下表给出了具有2:1绕绳，即R＝2的电梯的变量K的示例性值。

-线性部件

o轿厢和配重，K＝1

o提升绳索，K＝R

o补偿绳索，K＝R

o OSG绳索，K＝1

o行进线缆，K＝1

-旋转部件

o电动机，K＝R

o转向滑轮，K＝R

o当2:1或更多绳索时的轿厢和配重滑轮，K＝1

o补偿器滑轮，K＝1

o OSG滑轮，K＝1

现在可以从下面公式计算轿厢及配重质量

其中，∑_i I_ci是相关的优选地是电梯系统的所有运动部件i质量之和。基于绳索的行程和移动截面、绳索比率、绳索数量和绳索的单位质量计算绳索的线性惯性质量。每个旋转部件的惯性扭矩应取自数据表或电梯控制或维修工具(例如维修技术人员的笔记本电脑)中存储的信息，然后用公式(5.2)转换成线性质量。

在实践中，根据第5节的公式的计算可以优选地在终端例如笔记本电脑中进行，其包含用于惯性扭矩和绳索质量的表格以及用于考虑绳索比率等的不同电梯概念的计算规则。当然，这些计算还可以在电梯控制中执行，优选地在其电子重量计算单元中执行。该单元可以是电梯控制的一部分，例如作为电梯CPU软件，特别是因为软件可以包括关于构成电梯的部件的存储信息。

6.本发明的质量计算方法的实施例

下面给出本发明的确定轿厢及配重质量的一个示例。在电梯控制中计算的参数是m_B[kg]、m_I[kg]、ΔB[kg/m]和F_μs[N]。优选地在单独的移动设备，例如技术人员的笔记本电脑中计算的参数是轿厢及配重的重量m_car[kg]和m_cwt[kg]。

技术人员运行完整的端到端测试往返行程，驱动软件应根据恒定速度数据(a＝0@|v_test|)计算

1.提升系统平衡m_B 公式(1.4)

2.提升系统摩擦F_μs 公式(2.1)

3.提升系统补偿ΔB 公式(3.2)。

电梯控制装置的电子重量计算单元的驱动软件应根据恒定的加速/减速数据(j＝0@|a_nom|)计算

4.提升系统惯性质量m_I 公式(4.1)

驱动软件应将计算出的参数传递给作为电梯控制装置的输出设备的显示器。技术人员应从显示器读取m_B和m_I，并使用相应的软件将其输入到笔记本电脑中，该软件根据公式(5.3)和(5.4)计算轿厢及配重质量m_car和m_cwt。在应用程序中，技术人员选择正确的电梯配置和设计，比如机械、绳索类型、滑轮、行进线缆等，以便在等式(5.3)和(5.4)中获得∑_iI_ci。优选地，在其应用程序中，技术人员还获取用于根据等式5.1和5.2计算移动惯性质量的正确变量K。

然后，轿厢及配重的重量显示在笔记本电脑显示屏上。这些参数也可以通过接口或通过移动数据存储器例如闪存从电梯控制装置传输到笔记本电脑。这降低了维修技术人员输入错误的危险。

在设计上述算法时，特别注意使公式在计算上尽可能简单，以便于实现。

以下术语在此应用中用作同义词：

提升系统平衡偏差—提升系统补偿；重量—质量。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于确定电梯的轿厢及配重的质量的方法，该电梯沿着其由电梯电动机驱动的行进路径在电梯竖井中运行，在该方法中，优选地执行至少一次测试运行作为电梯轿厢及配重的完整往返行程，在该测试运行中

a)提升系统平衡体m_B，

b)提升系统摩擦力F_μS，和

c)提升系统补偿ΔB

根据恒定速度数据计算，并且在该测试运行中

d)提升系统惯性质量m_I

在以下方式中根据恒定加速/减速数据计算，

-提升系统平衡体m_B，即轿厢及配重的重量之间的差值，根据EP2774885B2的教导，当电梯轿厢在电梯竖井中的其行程长度的中间时的点处以恒定速度在两个运行方向上驱动轿厢时，从电动机功率的功率差计算，

-提升系统摩擦力F_μS根据在竖井中间在两个运行方向上添加的电动机功率除以测试运行的轿厢速度计算，

并且在该方法中，提升系统惯性质量m_I根据电动机功率计算

其中

“mean”是算术平均值，

C为常数，介于2/5和4/5之间，对于大多数电梯而言特别是2/3，

P_ME是恒定速度时的电动机功率，

g是重力

v是标称轿厢速度

h是轿厢沿其行程长度的实际高度位置，

h_nom是电梯在竖井中的标称行程长度，

其中，参数a、v、h和P_ME在测试运行过程中以恒定的加速/减速获得，

在该方法中，系统惯性质量m_I表示电梯所有运动部件的运动质量，

最后，根据下列公式计算轿厢质量m_car：

并且根据以下公式计算配重质量m_cwt：

其中，∑_iI_ci是相关的线性运动电梯部件的惯性质量的总和，优选地是所有线性运动电梯部件(轿厢和配重除外)的惯性质量的总和。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，∑_i I_ci还包括相关的旋转电梯部件的惯性质量的总和，优选地是所有旋转电梯部件的惯性质量的总和，由此通过以下等式将旋转部件的惯性力矩Jc变换成相应的线性值I_c：

I_c＝K²J_c/r_c ²(5.1)

其中，r_c是旋转部件(其中绳索接触)的半径，K是取决于电梯部件和绳索比率的因素。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述提升系统补偿ΔB从考虑到绳索比率时的悬吊绳索、补充绳索(如果存在的话的)以及行进线缆的单位质量根据以下公式计算：

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述提升系统补偿ΔB从电梯轿厢的测试运行的恒定速度部分，优选地在整个运动循环中，安装如下公式计算：

其中，var()是方差，并且

cov()是协方差。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述方差和协方差被计算为一遍扫描算法。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据以下公式计算所述提升系统平衡体m_B：

其中，“mean(P_MEup)”是在电梯轿厢的行进长度的中间在向上方向上的电动机功率P_ME的值，并且

“mean(P_MEdn)”是在电梯轿厢的行进长度的中间在向下方向上的电动机功率P_ME的值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过以下等式，根据电梯轿厢的往返行程上的摩擦力计算提升系统摩擦力F_μS

其中，“mean(P_MEup)”是在电梯轿厢的行进长度的中间在向上方向上的电动机功率P_ME的值，并且，

“mean(P_MEdn)”是在电梯轿厢的行进长度的中间在向下方向上的电动机功率P_ME的值，

v_test是测试运行期间电梯轿厢的速度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，参数数据m_B、m_I、ΔB和F_μS在测试运行期间在电梯控制装置中被计算，并且输出在输出设备上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在移动设备中根据电梯控制装置的输出设备的参数数据计算参数m_car和m_cwt。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电梯电动机的功率P_ME由功率测量电路确定。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电梯包括电子重量计算单元，其连接到电梯轿厢和/或配重的位置读取装置，并且启动所述功率测量电路以当所述位置读取装置指示电梯轿厢或配重的位置处于其在电梯竖井中的行进长度的中间时确定电梯电动机的实际功率消耗P_ME。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所计算的提升系统摩擦力F_μS用于检查整体竖井对准和润滑状况。

13.一种电梯系统，包括至少一个电梯轿厢，其沿着由电梯控制装置所控制的电梯电动机驱动的其行进长度在电梯竖井中行进，

其特征在于，所述电梯控制装置包括电子重量计算单元，其与以下连接

-电梯控制装置的轿厢/配重位置读取装置，和

-电梯控制装置的功率测量电路，其配置为测量电梯电动机的实际功率消耗，

其中，所述电子重量计算单元配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

14.根据权利要求13所述的电梯，其中，所述电子重量计算单元配置为根据电梯的测试运行，优选地在电梯轿厢的完整往返行程上，根据恒定速度数据计算

a)提升系统平衡m_B，

b)提升系统摩擦F_μS，和

c)提升系统补偿ΔB

和根据测试运行的恒定加速/减速数据计算

d)提升系统惯性质量m_I

其中，所述电子重量计算单元连接到电梯的输出设备以输出上述计算参数m_B、F_μS、ΔB和m_I，并且该电梯系统包括终端单元，其配置为接收参数m_B、F_μS、ΔB和m_I并且从中计算轿厢重量m_car和配重重量m_ctw。

Claims (14)

1.一种用于确定电梯的轿厢及配重的质量的方法，该电梯沿着其由电梯电动机驱动的行进路径在电梯竖井中运行，在该方法中，优选地执行至少一次测试运行作为电梯轿厢及配重的完整往返，在该测试运行中

a)提升系统平衡m_B，

b)提升系统摩擦F_μS，和

c)可选地，提升系统补偿ΔB

根据恒定速度数据计算，并且在该测试运行中

d)提升系统惯性质量m_I

在以下方式中根据恒定加速/减速数据计算，

-提升系统平衡m_B，即轿厢及配重的重量之间的差值，根据当以根据EP2774885B2的教导当电梯轿厢在电梯竖井中的其行程长度的中间时的点的恒定速度在两个运行方向上驱动轿厢时电动机功率的功率差计算，

-提升系统摩擦F_μS根据在竖井中间在两个运行方向上添加的电动机功率除以测试运行的轿厢速度计算，

并且在该方法中，提升系统惯性质量m_I根据电动机功率计算

其中

“mean”是算术平均值，

C为常数，介于2/5和4/5之间，对于大多数电梯而言特别是2/3，

P_ME是恒定速度时的电动机功率，

g是重力

v是标称轿厢速度

h是轿厢沿其行程长度的实际高度位置，

h_nom是电梯在竖井中的标称行程长度，

其中，参数a、v、h和P_ME在测试运行过程中以恒定的加速/减速获得，

在该方法中，系统惯性质量m_I表示电梯所有运动部件的运动质量，

最后，根据下列公式计算轿厢质量m_car：

并且根据以下公式计算配重质量m_cwt：

其中，∑_iI_ci是相关的线性运动电梯部件的惯性质量的总和，优选地是所有线性运动电梯部件(轿厢和配重除外)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，∑_i I_ci还包括相关的旋转电梯部件的惯性质量的总和，优选地是所有旋转电梯部件，由此通过以下等式将旋转部件的惯性力矩Jc变换成相应的线性值I_c：

I_c＝K²J_c/r_c ²(5.1)

其中，r_c是旋转部件(其中绳索接触)的半径，K是取决于电梯部件和绳索比率的因素。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据以下公式，所述提升系统补偿ΔB根据考虑到绳索比率时的悬吊绳索、如果存在的话的补充绳索以及行进线缆的单位质量计算：

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述提升系统补偿ΔB根据电梯轿厢的测试运行的恒定速度部分计算，优选地在整个运动循环中，如下

其中，var()是方差，并且

cov()是协方差。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述方差和协方差被计算为一次通过算法。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据以下公式计算所述提升系统平衡m_B：

其中，“mean(P_MEup)”是在电梯轿厢的行进长度的中间在向上方向上的电动机功率P_ME的值，并且

“mean(P_MEdn)”是在电梯轿厢的行进长度的中间在向下方向上的电动机功率P_ME的值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过以下等式，根据电梯轿厢的往返行程上的摩擦计算提升系统摩擦F_μS

其中，“mean(P_MEup)”是在电梯轿厢的行进长度的中间在向上方向上的电动机功率P_ME的值，并且，

“mean(P_MEdn)”是在电梯轿厢的行进长度的中间在向下方向上的电动机功率P_ME的值，

v_test是测试运行期间电梯轿厢的速度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，参数数据m_B、m_I、ΔB和F_μS在测试运行期间在电梯控制中被计算，并且输出在输出设备上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在移动设备中根据电梯控制的输出设备的参数数据计算参数m_car和m_cwt。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电梯电动机的功率P_ME由功率测量电路确定。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电梯包括电子重量计算单元，其连接到电梯轿厢和/或配重的位置读取装置，并且启动所述功率测量电路以当所述位置读取装置指示电梯轿厢或配重的位置处于其在电梯竖井中的行进长度的中间时确定电梯电动机的实际功率消耗P_ME。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所计算的提升系统摩擦F_μS用于检查整体竖井对准和润滑状况。

13.一种电梯系统，包括至少一个电梯轿厢，其沿着由电梯控制所控制的电梯电动机驱动的行进长度在电梯竖井中行进，

其特征在于，所述电梯控制包括电子重量计算单元，其与以下连接

-电梯控制的轿厢/配重位置读取装置，和

-电梯控制的功率测量电路，其配置为测量电梯电动机的实际功率消耗，

其中，所述电子重量计算单元配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

14.根据权利要求13所述的电梯，其中，所述电子重量计算单元配置为根据电梯的测试运行，优选地在电梯轿厢的完整往返行程上，

a)提升系统平衡m_B，

b)提升系统摩擦F_μS，和

c)提升系统补偿ΔB

根据恒定速度数据计算，并且

d)提升系统惯性质量m_I

根据测试运行的恒定加速/减速数据计算，其中，所述电子重量计算单元连接到电梯的输出设备以输出上述计算参数m_B、F_μS、ΔB和m_I，并且该电梯系统包括终端单元，其配置为接收参数m_B、F_μS、ΔB和m_I并且从中计算轿厢重量m_car和配重重量m_ctw。