电梯平衡系数及其检测

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1、电梯平衡系数及其检测 - 转载电梯平衡系数计算的数学表达式为：K 平 =(W1-W)/Q其中：Q：电梯额定载荷(kg)；W :轿厢重量(kg)；W1 ：对重重量 (kg) ；K 平:电梯平衡系数；平衡系数对电梯专业人员来说是一个既熟悉又生疏的参数。 说它熟悉是因为大家都知道曳引式电 梯对重的配置都有一 个 “平衡系数 ”，都知道国家标准中有规定 “平衡系数应在 40% 50% 的范围 内”，说它生疏是因为到底平衡系 数在电梯上起什么作用？其取值大小将影响什么？应如何取值 最为合适？以及到底如何测定才是准确的？许多电梯安 装、检验人员并不清楚。现时，各地特种设备检验检测机构在对电梯进行验收检验时

2、， 最费时， 也最费人力、 物力的， 便是检测电梯的 平衡系数。 按检验规定: 必须在轿厢分别承载0、25% 、40% 、50% 、75% 、1 00%110% 额定载荷下，测定电梯运行的载荷 电流曲线，取其上、下行曲线的交汇点的载荷系数， 便是该梯的平衡系 数，交汇点在 40% 50% 范围内为合格。为了测定这一参数，除了两名检验 人员，还需要多名来回搬运法码的工 人。由于影响试验的因素太多，其结果是否可信尚且不说， 即便测试结果在 40%50% 的范围之内， 一定合格吗？ 若是超出此范围， 为什么就不合格呢？ “平 衡系数 ”的意义是什么？对电梯有什么影响？不知其所以然，测定平衡系数 ”就

3、失去了意义。1、“平衡系数 ”的实质要探讨平衡系数的实质， 必须从曳引式电梯的原理讲起。 垂直电梯是使重物作垂直上下运动 的升降设备。 从 力学的角度， 要使一重物在空中保持静止状态， 必须有一拉力 T 与物体的重力 Q 相平衡，即 T = Q , 这时物体处于 静止或匀速运动状态，称为力的平衡。此系统称为 平衡系统 。 若要使物体向上运动，速度发生改变，则这一拉力 T 除了克服物体的重力Q，还要提供一个产生加速度的力F,即 T = Q + F = Q + m a （ m -为物体的质量；a 为加速度）。如果物体的重力Q被另外一个平衡力W所平衡，W = Q,即构成一个平衡系统，这时拉力T就不用

4、去克服 重力Q 了，而只需提供使物体产生加速度所需的力,即T = F= m a这样就大大减小了拉力T。这就是电梯上采用 的平衡原理”。这个平衡力就是由对重来提供。因此我们要求对重的重力W，要与轿厢及载荷的重力（P+Q）相等。但要真正做到这一点， 在电梯的实际应用中非常困难， 或且说目前还没有想出一个办法来实 现这一点。 因为 轿厢的载荷 Q 是随机变化的， 可能是 0（ 空载 ）或者 100%Q H（ 满载 ） 范 围内的任意值，因此我们只能选 择一个恰当的对重重量。即取 W = P + K Q H （1）这个系数K就是平衡系数”。因此，平衡系数的实质就是设计配置对重的质量大小。它将影响对重的

5、质量和电梯的不平衡载荷。 当轿厢与载荷为 P + Q ，（其中 P 是轿厢的自重； Q-是轿厢的实际载 荷；QH -轿厢的额定载荷），轿厢侧与对重侧的不平衡载荷为：T =（P+Q） -（ P+KQ H） = Q-KQH （2）2、平衡系数 K 的取值从以上式（2）可以看出，只有当Q = KQh时系统才处于平衡，因此，不论K取何值，平衡只是相对的， 而不平衡是绝对的。 我们只能希望系统尽可能地接近平衡。一种简单的办法便是K=50% 左右都是合取轿厢载荷变化的平均值。因为轿厢载荷的变化为： 0 100% ，因此取 理的， 很难说取多少更好些。 电梯在出厂时并不完全了解实际运行使用时载荷的情况， 要

6、想真正 达到比较理想的平 衡，应该在电梯实际运行使用中，实际测定日常运行载荷的变化。 比如， 目前 大量的住宅电梯其实际的载荷变化基 本在 0 60% ，极少出现满载的情况，因此取 K = 30% 40%应该更为合适。现在一般的乘客电梯在载荷超过 80%时就进入直驶状态，因此真正满载的 时候也较少，因此取平衡系数 K =40% 50%为合适。相反，一些载货 电梯，由于轿厢超面积，其载荷变化会在0105%，因此平衡系数取K 50%应该更为合适。必须指岀，这里说 K 的取值是指 电梯设计时对平衡系数 K 的取值，称为设计值 ，绝不是电梯安装时或使用后随意配置 的 K 值。3、平衡系数 K 的取值对

7、电梯的影响上面已经说明，无论平衡系数K如何取值，要以不变的K值应万变的载荷Q是不可能的，因此在轿厢与对重系统上不平衡状态是绝对的，从设计的角度， K 的取值首先影响作用于曳引轮两侧的不平衡力矩的大小，若最大载荷为超载载荷110%Q h， K的取值按40%50%，则空载时不平衡载荷为：（0.40.5）Qh，超载时不平衡载荷为：（1.1-K） Qh=（ 0.60.7） Qh,若按电梯验收检 验时的最严重载荷 125% Q H ，则不平衡载荷为1.25-K = （0.750.85 ）QH, 这是电梯可能的最大不平衡载荷（指静载荷），也就是电梯必须提供的最小静态曳引力。这首先影响选用的主机电动机的功率

8、P。主电动机的功率P由下式决定：P（1-K） QhVh。如果电梯配套使用的电动机功率足够大，则 K 的选择将影响电梯运行时耗能的大小，如果选用电动机的功率余量较小， 则平衡系数取值不合适可能会造成电梯启动后出现倒拉， 冲顶的事故。 发生溜车或者 平衡系数的取值影响不平衡载荷的大小， 同时也影响曳引轮两侧钢丝绳的张力， 这个张力的 大小将对曳引钢丝 绳在绳槽内的比压产生影响， 张力越大则比压也越大， 则曳引钢丝绳提供的曳 引能力就越强。 因此平衡系数的取值 既决定不平衡载荷， 也将影响电梯的曳引能力。 当最大不平 衡载荷大于电梯的最大曳引力时， 曳引钢丝绳在绳槽中 将出现打滑， 发生溜车事故。

9、在电梯设计 时，对平衡系数 K 的选择既要考虑到主机电动机的功率，又要考虑到对曳 引能力的影响。平衡系数 K 的取值还影响轿厢、对重系统的总质量：M=P+Q+W+Y = ( P+Q)+(P+K QH)+Y (Y 曳引钢丝绳等装置质量)，这一点很容易被忽略。 轿厢、 对重系统的 总质量将影响电梯的安全系数，影响对曳引钢丝绳、 曳引轮绳槽等部件参数的选择。 同时总质量的大小还影响到电梯运行中起、制动的加、 减速度。 影响到电梯使用的安全钳、缓冲器等安全部件的选择。在电梯安装时， 为了应对验收检验， 减小验收时的不平衡载荷， 安装 人员往往把平衡系 数 K 取得较大，配置到接近 50% ，增加平衡系

10、数就是增加对重的质量，会带 来电梯启、制动加速度的减小，以至制 动困难。因此，平衡系数 K 值表面上看只是一个比值， 实际上它与轿厢、 对重的质量有密切关系。 它是电梯整体设 计时的重要参数之一， 撇开额定载重、 轿厢自重等参数，纯粹的平衡系数是没有意义的。所以平衡系数 K 的确定必须在电梯设计时，结合曳引轮、绳槽形状、曳引钢丝绳、轿厢自 重以及配套的曳引机 电机、制动器、安全钳、 缓冲器等综合考虑。 其相互关系曾在本人的另一篇 论文电梯参数及其相互关系中述 及，这里不再细述。这就是为什么电梯安装时，平衡系数应 按 40%50% 范围的设计值 配置的原因。值得一提的 是，近来一些在用电梯重新装

11、璜轿厢，使轿 厢的自重增加，这时为了保持平衡系数 K 值不变，采取增加对重块的方 法，使系统的整体质量 大大增加，这是极其错误的，这时的平衡系数已失去了原有的意义。电梯的安全系数降低， 起、 制动减速度减小，会给电梯造成严重的安全隐患。所以说平衡系数 K 的取值，并非只要安装时或者验收检验时测得在 40% 50% 范围内，均 认定为符合要求。 如果取值偏离了设计值便是不符合要求， 或者虽然取值符合设计值， 但其轿厢 自重 P 或额定载重 QH 发生变更，同 样是不符合要求。在GB7588 2003 附录 D 的曳引检查中这样说明： “应检查平衡系数是否如安装者所说 ”，这里的 “安装者所说 ”

12、实指设计值，并非安装 人员随心所欲 的结果。 这就要求电梯制造厂商务必将电梯设计的平衡系数值， 告知安装施工人员， 安装施工人员务必遵照设计值 配置对重装置， 并不得随意更改轿厢自重。 检测机构进行验收检验 时必须测定其实际值与设计值是否一致 ，并检查 其是否私自更动轿厢自重等参数。 这一点应该引 起业内人士的注意。4 、平衡系数 K 值的测定（1）直接称量 P 与 W平衡系数 K 也并非什么神秘的参数。说到底它就是配置对重的质量大小，因此测定平衡系数K最直接、最简单的办法就是直接称量对重的整体质量W和轿厢的整体质量P,则平衡系数K= （WP）/ QH 。笔者就曾经将轿厢和对重在井道外进行拼装

13、，并逐一称量所有拼装的另部件，从而按平衡系数设计值来配置对重块。 这种方法操作烦琐， 而且称量的另部件很难做到毫无遗漏， 一般不适用。（ 2）根据已知 K 值，调整对重从平衡系数 K 的实质知道，当在轿厢内装入相当于KQH 的载荷时，曳引轮两侧的静力矩应平衡。如果已知平衡系数的设计值，只要如数按 KQH 装入载荷，然后验证是否平衡即可。最简 单的验证方法就是在 主机上， 松开制动器抱闸， 用人力在手盘轮上感觉曳引轮两侧的力矩平衡与 否，从而适当增加或减少对重块。这种 方法看起来比较 “土”，但具有许多优点： 1 ）电梯处于静 止状态，避免因轿厢运动而造成的阻力矩误差。 2 ）可 以保证轿厢与对

14、重处于同一水平位置上。3 ）测试简便、快捷，调整迅速，节省人力、物力。4）人对力的感觉误差一般在几公斤，其可信度高。 5）更重要的是，以既定的平衡系数设计值为载荷，直接验证或调整对重达到要求，避 免盲目性，保证 K 值 符合设计要求。在电梯安装施工中也经常采用这办法来配置对重块。 我想也完全可以在曳引轮上安放一个专门的 称量装置来代替人力 的感觉，使检测更精确。（ 3）根据已有对重，求 K 值国家标准上推荐采用测量曳引电动机电流的方法就属于这一类。 其基本原理是： 当电梯作 匀 速运行时，曳引 电动机轴上输岀的转矩T2为：T2 = To 士 （3）T0 折算到电机轴上，电梯机械传动反抗性阻力转

15、矩（简称阻力矩）T -折算到电机轴上，不平衡载荷转矩。士代表随载荷的变化不平衡载荷转矩的方向将改变。（简称不平衡载荷）当轿厢与载荷的重力（P+Q ）与对重的重力（P+KQh）相等时（即处于平衡状态），贝9T =（P+Q） （ P+KQ H ） = o贝Q = KQh平衡系数：K = Q / Qh电流法的关键是利用测量电流来判断是否平衡，平衡状态下：T = o，假定轿厢上行与下行时的阻力转矩To是一样的，贝上、下行时电动机的输岀转矩T2就相同,T2 = To,这时测得电机的电流也应相等。以上、下行电流相等来判定平衡，（注意：不是电流最小），这就 是 电流法 的原理以测量电流来判定转矩， 这是一种间接的测量方法。 电流与转矩之间的关系是从电动机上的 功率平衡关系间接获得。电动机输岀的机械功率P2 = T2 Q（Q-电机角速度），它与电机的电磁功率Pm之间有：PM= PCU+ P2（ PCU 电机转子铜损耗），如忽略转子铜损 ， 则有： PM= P2对于交流异步电动机，电磁功率PM =（ m p /2 ni）（|22 r/s） （4）当电动机的转速、频率一定时，电磁功率PM与转子电流122成正比。交流异步电动机的转子电流是无法测量的，只能测量定子电流|1|1 = |0 + （-|2，）（|0 为电动机的励磁电流）