论曳引电梯平衡系数及其检测

论曳引电梯平衡系数及其检测

文章类型：文章回顾文章加入时间：2007年11月27日15:7

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。

目前，各地特种设备检验检测机构在对电梯进行验收检验时，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%、100%、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；q h ---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 – kq h --------（2）

2、平衡系数k的取值

从以上式（2）可以看出，只有当 q = kq h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 k=50% 左右都是合理的，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 0 ~ 105%，因此平衡系数取k≥50% 应该更为合适。必须指出，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：（0.4~0.5）q h，超载时不平衡载荷为：（1.1-k）q h = ( 0.6~0.7) q h ,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 =（0.75~0.85）q h , 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p。主电动机的功率p由下式决定：p∝(1-k) q h v h。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，发生溜车或者冲顶的事故。

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。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 q h)+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q h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”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 = （w—p）/ q h。笔者就曾经将轿厢和对重在井道外进行拼装，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。