電梯平衡系數(shù)及其檢測

1、電梯平衡系數(shù)及其檢測 - 轉(zhuǎn)載電梯平衡系數(shù)計(jì)算的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：K 平=(W1-W)/Q其中：Q:電梯額定載荷(kg)；W :轎廂重量(kg)；W1 :對重重量 (kg) ；K 平:電梯平衡系數(shù)；平衡系數(shù)對電梯專業(yè)人員來說是一個(gè)既熟悉又生疏的參數(shù)。 說它熟悉是因?yàn)榇蠹叶贾酪芬诫?梯對重的配置都有一個(gè)平衡系數(shù)”，都知道國家標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定平衡系數(shù)應(yīng)在40%50%的范圍內(nèi)”，說它生疏是因?yàn)榈降灼胶庀禂?shù)在電梯上起什么作用？其取值大小將影響什么？應(yīng)如何取 值最為合適？以及到底如何測定才是準(zhǔn)確的？許多電梯安裝、檢驗(yàn)人員并不清楚?，F(xiàn)時(shí)， 各地特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)在對電梯進(jìn)行驗(yàn)收檢驗(yàn)時(shí)，最費(fèi)時(shí)， 也最費(fèi)人力、

2、 物力的，便是檢測電梯的平衡系數(shù)。按檢驗(yàn)規(guī)定:必須在轎廂分別承載0、25% 、40% 、50% 、75% 、100% 、110% 額定載荷下，測定電梯運(yùn)行的載荷 電流曲線，取其上、下行曲線的交匯點(diǎn)的載 荷系數(shù)，便是該梯的平衡系數(shù)，交匯點(diǎn)在 40% 50% 范圍內(nèi)為合格。為了測定這一參數(shù)，除 了兩名檢驗(yàn)人員， 還需要多名來回搬運(yùn)法碼的工人。 由于影響試驗(yàn)的因素太多， 其結(jié)果是否可信 尚且不說，即便測試結(jié)果在 40%50% 的范圍之內(nèi)，一定合格嗎？若是超出此范圍，為什么就 不合格呢？ “平衡系數(shù) ”的意義是什么？對電梯有什么影響？不知其所以然，測定“平衡系數(shù) ”就失去了意義。1 、“平衡系數(shù) ”的

3、實(shí)質(zhì)要探討平衡系數(shù)的實(shí)質(zhì)， 必須從曳引式電梯的原理講起。 垂直電梯是使重物作垂直上下運(yùn)動(dòng) 的升降設(shè)備。 從力學(xué)的角度， 要使一重物在空中保持靜止?fàn)顟B(tài)， 必須有一拉力 T 與物體的重力 Q 相平衡，即 T = Q , 這時(shí)物體處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，稱為力的平衡。此系統(tǒng)稱為平衡系統(tǒng) 。若要使物體向上運(yùn)動(dòng)，速度發(fā)生改變，則這一拉力T 除了克服物體的重力 Q ，還要提供一個(gè)產(chǎn)生加速度的力F，即 T = Q + F = Q + m a( m - 為物體的質(zhì)量；a 為加速度)。如果物體的重力 Q 被另外一個(gè)平衡力 W 所平衡， W = Q , 即構(gòu)成一個(gè) 平衡系統(tǒng) ，這時(shí)拉 力T就不用去克服重力 Q 了

4、，而只需提供使物體產(chǎn)生加速度所需的力，即 T = F= m a 這樣就大大減小了拉力 T。這就是電梯上采用的平衡原理”。這個(gè)平衡力就是由對重來提供。因此我們要求對重的重力 W，要與轎廂及載荷的重力(P+Q)相等。但要真正做到這一點(diǎn)， 在電梯的實(shí)際應(yīng)用中非常困難， 或且說目前還沒有想出一個(gè)辦法來實(shí) 現(xiàn)這一點(diǎn)。因?yàn)檗I廂的載荷 Q 是隨機(jī)變化的，可能是 0 ( 空載 )或者 100%Q H ( 滿載 ) 范圍內(nèi)的任意值，因此我們只能選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)膶χ刂亓俊?)即取 W = P + K Q這個(gè)系數(shù) K ，就是 “平衡系數(shù) ”。因此， 平衡系數(shù)的實(shí)質(zhì)就是設(shè)計(jì)配置對重的質(zhì)量大小。它將影響對重的質(zhì)量和電梯的

5、不平衡載荷。當(dāng)轎廂與載荷為 P + Q ,(其中P是轎廂的自重；Q- 是轎廂的實(shí)際載荷； QH - 轎廂的額定載荷)，轎廂側(cè)與對重側(cè)的不平衡載荷為： T = (P+Q)-( P+KQ h ) = Q -KQh(2 )2 、平衡系數(shù) K 的取值從以上式( 2)可以看出，只有當(dāng) Q = KQ H 時(shí)系統(tǒng)才處于平衡，因此，不論 K 取何值，平 衡只是相對的， 而不平衡是絕對的。 我們只能希望系統(tǒng)盡可能地接近平衡。 一種簡單的辦法便是 取轎廂載荷變化的平均值。因?yàn)檗I廂載荷的變化為： 0 100% ，因此取 K=50% 左右都是 合理的， 很難說取多少更好些。 電梯在出廠時(shí)并不完全了解實(shí)際運(yùn)行使用時(shí)載荷

6、的情況，要想真正達(dá)到比較理想的平衡，應(yīng)該在電梯實(shí)際運(yùn)行使用中，實(shí)際測定日常運(yùn)行載荷的變化。比如， 目前大量的住宅電梯其實(shí)際的載荷變化基本在 0 60% ，極少出現(xiàn)滿載的情況，因此取 K = 30% 40% 應(yīng)該更為合適?，F(xiàn)在一般的乘客電梯在載荷超過 80% 時(shí)就進(jìn)入直駛狀態(tài)，因此 真正滿載的時(shí)候也較少，因此取平衡系數(shù) K =40% 50% 為合適。相反，一些載貨電梯，由 于轎廂超面積，其載荷變化會(huì)在0105%，因此平衡系數(shù)取K> 50% 應(yīng)該更為合適。必須指出，這里說 K 的取值是指 電梯設(shè)計(jì)時(shí)對平衡系數(shù) K 的取值，稱為設(shè)計(jì)值 ，絕不是電梯安裝時(shí) 或使用后隨意配置的 K 值。3 、平衡

7、系數(shù) K 的取值對電梯的影響上面已經(jīng)說明，無論平衡系數(shù) K 如何取值，要以不變的 K 值應(yīng)萬變的載荷 Q 是不可能的， 因此在轎廂與對重系統(tǒng)上不平衡狀態(tài)是絕對的，從設(shè)計(jì)的角度， K 的取值首先影響作用于曳引輪兩側(cè)的不平衡力矩的大小，若最大載荷為超載載荷110%Q H ， K 的取值按 40%50% ，則空載時(shí)不平衡載荷為： ( 0.40.5) QH ，超載時(shí)不平衡載荷為： (1.1-K ) QH = ( 0.60.7) Q H ,若按電梯驗(yàn)收檢驗(yàn)時(shí)的最嚴(yán)重載荷 125% Q H ，則不平衡載荷為 1.25-K =(0.750.85) QH ,這是電梯可能的最大不平衡載荷(指靜載荷)，也就是電梯

8、必須提供的最小靜態(tài)曳引力。這首先影響選用的主機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率P。主電動(dòng)機(jī)的功率 P由下式?jīng)Q定：Px (1-K) Q hVH 。如果電梯配套使用的電動(dòng)機(jī)功率足夠大，則 K 的選擇將影響電梯運(yùn)行時(shí)耗能的大小，如果 選用電動(dòng)機(jī)的功率余量較小， 則平衡系數(shù)取值不合適可能會(huì)造成電梯啟動(dòng)后出現(xiàn)倒拉，發(fā)生溜車或者沖頂?shù)氖鹿?。平衡系?shù)的取值影響不平衡載荷的大小， 同時(shí)也影響曳引輪兩側(cè)鋼絲繩的張力，這個(gè)張力的大小將對曳引鋼絲繩在繩槽內(nèi)的比壓產(chǎn)生影響，張力越大則比壓也越大， 則曳引鋼絲繩提供的曳引能力就越強(qiáng)。 因此平衡系數(shù)的取值既決定不平衡載荷， 也將影響電梯的曳引能力。 當(dāng)最大不平 衡載荷大于電梯的最大曳引力時(shí)，

9、 曳引鋼絲繩在繩槽中將出現(xiàn)打滑， 發(fā)生溜車事故。 在電梯設(shè)計(jì) 時(shí)，對平衡系數(shù) K 的選擇既要考慮到主機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率，又要考慮到對曳引能力的影響。平衡系數(shù) K 的取值還影響轎廂、對重系統(tǒng)的總質(zhì)量：M=P+Q+W+Y = ( P+Q)+(P+K Qh)+Y(Y 曳引鋼絲繩等裝置質(zhì)量)，這一點(diǎn)很容易被忽略。轎廂、對重系統(tǒng)的總質(zhì)量將影響電梯的安全系數(shù)，影響對曳引鋼絲繩、曳引輪繩槽等部件參數(shù)的選擇。同時(shí)總質(zhì)量的大小還影響到電梯運(yùn)行中起、制動(dòng)的加、減速度。影響到電梯使用的安全鉗、緩沖器等安全部件的選擇。在電梯安裝時(shí)，為了應(yīng)對驗(yàn)收檢驗(yàn)， 減小驗(yàn)收時(shí)的不平衡載荷，安裝人員往往把平衡系數(shù) K 取得較大，配置到接

10、近 50% ，增加平衡系數(shù)就是增加對重的質(zhì) 量，會(huì)帶來電梯啟、制動(dòng)加速度的減小，以至制動(dòng)困難。因此，平衡系數(shù)K 值表面上看只是一 個(gè)比值，實(shí)際上它與轎廂、對重的質(zhì)量有密切關(guān)系。 它是電梯整體設(shè)計(jì)時(shí)的重要參數(shù)之一， 撇開 額定載重、轎廂自重等參數(shù)，純粹的平衡系數(shù)是沒有意義的。所以平衡系數(shù) K 的確定必須在電梯設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合曳引輪、繩槽形狀、曳引鋼絲繩、轎廂自 重以及配套的曳引機(jī)電機(jī)、制動(dòng)器、安全鉗、 緩沖器等綜合考慮。 其相互關(guān)系曾在本人的另一篇 論文電梯參數(shù)及其相互關(guān)系中述及，這里不再細(xì)述。這就是為什么電梯安裝時(shí)，平衡系數(shù)應(yīng) 按 40%50% 范圍的設(shè)計(jì)值 配置的原因。值得一提的是，近來一些在用

11、電梯重新裝璜轎廂， 使轎廂的自重增加，這時(shí)為了保持平衡系數(shù) K 值不變，采取增加對重塊的方法，使系統(tǒng)的整體 質(zhì)量大大增加，這是極其錯(cuò)誤的，這時(shí)的平衡系數(shù)已失去了原有的意義。電梯的安全系數(shù)降低， 起、制動(dòng)減速度減小，會(huì)給電梯造成嚴(yán)重的安全隱患。所以說平衡系數(shù) K 的取值，并非只要安裝時(shí)或者驗(yàn)收檢驗(yàn)時(shí)測得在 40% 50% 范圍內(nèi)， 均認(rèn)定為符合要求。 如果取值偏離了設(shè)計(jì)值便是不符合要求， 或者雖然取值符合設(shè)計(jì)值， 但其轎 廂自重 P 或額定載重 QH 發(fā)生變更，同樣是不符合要求。在 GB7588 2003 附錄 D 的曳引檢 查中這樣說明： “應(yīng)檢查平衡系數(shù)是否如安裝者所說 ”，這里的 “安裝者

12、所說 ”實(shí)指設(shè)計(jì)值，并非 安裝人員隨心所欲的結(jié)果。 這就要求電梯制造廠商務(wù)必將電梯設(shè)計(jì)的平衡系數(shù)值， 告知安裝施工 人員， 安裝施工人員務(wù)必遵照設(shè)計(jì)值配置對重裝置，并不得隨意更改轎廂自重。 檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)收檢驗(yàn)時(shí)必須測定其實(shí)際值與設(shè)計(jì)值是否一致 ，并檢查其是否私自更動(dòng)轎廂自重等參數(shù)。這一 點(diǎn)應(yīng)該引起業(yè)內(nèi)人士的注意。4 、平衡系數(shù) K 值的測定（1） 直接稱量 P 與 W平衡系數(shù) K 也并非什么神秘的參數(shù)。說到底它就是配置對重的質(zhì)量大小，因此測定平衡系數(shù)K，最直接、最簡單的辦法就是直接稱量對重的整體質(zhì)量W和轎廂的整體質(zhì)量 P，則平衡系數(shù) K= （WP）/ Q H 。筆者就曾經(jīng)將轎廂和對重在井道外

13、進(jìn)行拼裝，并逐一稱量所有拼裝的另部 件，從而按平衡系數(shù)設(shè)計(jì)值來配置對重塊。 這種方法操作煩瑣， 而且稱量的另部件很難做到毫無 遺漏，一般不適用。（2 ）根據(jù)已知 K 值，調(diào)整對重從平衡系數(shù) K 的實(shí)質(zhì)知道，當(dāng)在轎廂內(nèi)裝入相當(dāng)于 KQ H 的載荷時(shí)，曳引輪兩側(cè)的靜力矩應(yīng) 平衡。如果已知平衡系數(shù)的設(shè)計(jì)值，只要如數(shù)按 KQH 裝入載荷，然后驗(yàn)證是否平衡即可。最簡 單的驗(yàn)證方法就是在主機(jī)上， 松開制動(dòng)器抱閘， 用人力在手盤輪上感覺曳引輪兩側(cè)的力矩平衡與 否，從而適當(dāng)增加或減少對重塊。這種方法看起來比較“土”，但具有許多優(yōu)點(diǎn)： 1 ）電梯處于靜止?fàn)顟B(tài)，避免因轎廂運(yùn)動(dòng)而造成的阻力矩誤差。2 ）可以保證轎廂

14、與對重處于同一水平位置上。3）測試簡便、快捷，調(diào)整迅速，節(jié)省人力、物力。4 ）人對力的感覺誤差一般在幾公斤，其可信度高。 5）更重要的是，以既定的平衡系數(shù)設(shè)計(jì)值為載荷，直接驗(yàn)證或調(diào)整對重達(dá)到要求，避 免盲目性，保證 K 值符合設(shè)計(jì)要求。在電梯安裝施工中也經(jīng)常采用這辦法來配置對重塊。 我想也完全可以在曳引輪上安放一個(gè)專門的 稱量裝置來代替人力的感覺，使檢測更精確。（3 ）根據(jù)已有對重，求 K 值國家標(biāo)準(zhǔn)上推薦采用測量曳引電動(dòng)機(jī)電流的方法就屬于這一類。其基本原理是： 當(dāng)電梯作 勻速運(yùn)行時(shí)，曳引電動(dòng)機(jī)軸上輸岀的轉(zhuǎn)矩 T2為：T2 = T 0 T（ 3）T0 折算到電機(jī)軸上，電梯機(jī)械傳動(dòng)反抗性阻力轉(zhuǎn)矩

15、（簡稱阻力矩） T -折算到電機(jī)軸上，不平衡載荷轉(zhuǎn)矩。（簡稱不平衡載荷）士代表隨載荷的變化不平衡載荷轉(zhuǎn)矩的方向?qū)⒏淖?。?dāng)轎廂與載荷的重力 （P+Q）與對重的重力（P+KQ h）相等時(shí)（即處于平衡狀態(tài)），則 T =（ P+Q） （ P+KQ h ） = 0貝U Q = KQ h 平衡系數(shù)： K = Q / Q h電流法的關(guān)鍵是利用測量電流來判斷是否平衡，平衡狀態(tài)下： T = 0 ，假定轎廂上行與下行時(shí)的阻力轉(zhuǎn)矩To是一樣的，則上、下行時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸岀轉(zhuǎn)矩T2就相同,T 2 = T 0 ,這時(shí)測得電機(jī)的電流也應(yīng)相等。以上、下行電流相等來判定平衡，（注意： 不是電流最?。@就是 電流法 的原理。以測

16、量電流來判定轉(zhuǎn)矩，這是一種間接的測量方法。電流與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系是從電動(dòng)機(jī)上的功率平衡關(guān)系間接獲得。電動(dòng)機(jī)輸岀的機(jī)械功率P2 = T 2 Q （Q-電機(jī)角速度），它與電機(jī)的電磁功率Pm之間有：Pm = P cu + P 2（ Pcu-電機(jī)轉(zhuǎn)子銅損耗），如忽略轉(zhuǎn)子銅損，則有： Pm = P 22對于交流異步電動(dòng)機(jī)，電磁功率Pm =（ m p /2nif （I 2 r/s） -（4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、頻率一定時(shí)，電磁功率 Pm與轉(zhuǎn)子電流I22成正比。交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流是無法測量的， 只能測量定子電流丨1I 1 = I 0 + （-1 2）（ I 0-為電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流），如忽略勵(lì)磁電流10，則有 I 1 = （ -I 2'）對于直流電動(dòng)機(jī)，電磁功率Pm = C t©Is當(dāng)氣隙磁通$ 定時(shí)，電磁功率Pm與電樞電流Is成正比。氣隙磁通 $與電壓有關(guān)。因此，采用電流法測量時(shí)，對于交流電動(dòng)機(jī)則要保持轉(zhuǎn)速、頻率一定。對于直流電動(dòng)機(jī)則要 保持電壓一定。從以上分析看岀，電流法通過測量電動(dòng)機(jī)定子電流I1來判定電動(dòng) 機(jī)軸上的不平衡載荷 T=0，經(jīng)過了一聯(lián)串的轉(zhuǎn)換關(guān)系：11 I 2Pm卩2宀 T2 t T每一步轉(zhuǎn)換都必須具備一定的條件，依次為：I0不變；f1不變；電壓U1不變；Pcu 不變；轉(zhuǎn)速n不變；上下行T0相等，而影響這些量的因素很復(fù)雜，比如電梯在上、下行