張威 任俊蓉

[摘? ? 要]從電梯的運(yùn)行原理入手，分析了平衡系數(shù)對于電梯安全運(yùn)行的重要意義，詳述了電梯平衡系數(shù)檢測的3種常見方法，但常見方法操作繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本文提出了一種通過無載荷電流電壓法測量平衡系數(shù)的方法，在電梯空載狀態(tài)下運(yùn)行到平衡點(diǎn)時(shí)，測試變頻器輸出給電機(jī)的電流值和電壓值，計(jì)算出電梯平衡系數(shù)。

[關(guān)鍵詞]電梯;平衡系數(shù);平衡系數(shù)檢測方法;無載荷電流電壓法

[中圖分類號]TU857 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–0–02

Talking About the Measurement Method of Balance Coefficient in Elevator inspection

Zhang Wei，Ren Jun-rong

[Abstract]Starting from the principle of elevator operation， this paper analyzes the importance of the balance coefficient to the safe operation of the elevator， and elaborates three common methods for detecting the elevator balance coefficient， but the common methods are cumbersome and time-consuming. This paper proposes a method to measure the balance coefficient by the no-load current-voltage method. When the elevator runs to the equilibrium point under no load， the current value and voltage value output by the inverter to the motor are tested to calculate the elevator balance coefficient.

[Keywords]elevator; balance coefficient; balance coefficient detection method; no-load current-voltage method

電梯的事故和問題受到社會(huì)的普遍關(guān)注。電梯的平衡系數(shù)是重要特性參數(shù)，平衡系數(shù)取值是否合理直接影響電梯的安全。在實(shí)際使用中，很多電梯由于安裝不規(guī)范或者電梯裝修等原因?qū)е罗I廂或?qū)χ氐闹亓堪l(fā)生改變，影響電梯使用安全。為了電梯平衡系數(shù)的檢測更加方便快捷，降低檢驗(yàn)和維保人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，分析現(xiàn)行的檢測方法，并提出新的檢測方法將具有重要意義。

1 曳引電梯的工作原理

曳引式電梯采用的曳引傳動(dòng)關(guān)系，如下圖1所示，安裝在機(jī)房主梁上的曳引機(jī)，包括：電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、曳引輪、減速器等組件組成，轎廂和對重通過曳引鋼絲繩連接在一起并懸掛在曳引輪上，重力使曳引鋼絲繩壓緊在曳引輪的繩槽內(nèi);當(dāng)曳引電動(dòng)機(jī)通過減速器進(jìn)而驅(qū)動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曳引輪通過摩擦力驅(qū)動(dòng)曳引繩使轎廂和對重在井道中沿電梯轎廂與對重導(dǎo)軌進(jìn)行升降，曳引驅(qū)動(dòng)電梯的功能便因此得以實(shí)現(xiàn)。如圖1所示。

而這種曳引鋼絲繩與曳引輪之間的摩擦力則被稱為曳引力。在電梯使用過程中，要使電梯上下運(yùn)行，電梯曳引力T必須超過圖1中T1與T2兩個(gè)力的差值，即T≥|T1-T2|。

若此刻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曳引輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)，由于靜摩擦力的作用將使鋼絲繩附著在曳引輪槽內(nèi)隨曳引輪一同轉(zhuǎn)動(dòng)，使轎廂和對重隨之上下運(yùn)動(dòng)，這就是所說的曳引驅(qū)動(dòng)。它是依靠柔性體（鋼絲繩或鋼帶）和剛性體（曳引輪）之間的靜摩擦力來實(shí)現(xiàn)的一種摩擦牽引形式電梯形式，也是日常生活中應(yīng)用最多也最廣泛的一種垂直升降電梯的類型。

2 電梯平衡系數(shù)的重要性和標(biāo)準(zhǔn)要求

驅(qū)動(dòng)曳引電梯上下運(yùn)動(dòng)的曳引力，是由懸掛在曳引輪上的鋼絲繩作用于曳引輪槽而產(chǎn)生的。根據(jù)相關(guān)的受力分析，如果曳引輪兩端的對重系統(tǒng)與轎廂系統(tǒng)的重量相等，這個(gè)時(shí)候作用于曳引輪兩側(cè)鋼絲繩的張力也就相同，整個(gè)電梯的曳引系統(tǒng)只要克服轎廂系統(tǒng)和對重系統(tǒng)與各自導(dǎo)軌之間摩擦力就能很容易的上下運(yùn)行。

而實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，對重的重量是固定不變的，不可能做到完全平衡轎廂重量。轎廂的實(shí)際載荷變化只是限定在轎廂空載和滿載之間的重量進(jìn)行。根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)以及標(biāo)準(zhǔn)要求，0.4～0.5倍的額定載重量最適合電梯平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)平衡系數(shù)為0.5時(shí)，即對重側(cè)重量與轎廂側(cè)重量在電梯在裝載額定載重量一半的情況下其負(fù)載轉(zhuǎn)矩將近似為零，電梯將處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

TSGT7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則—曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》，其中第8.1項(xiàng)平衡系數(shù)試驗(yàn)規(guī)定“曳引電梯的平衡系數(shù)應(yīng)當(dāng)在0.4～0.5之間，或者符合制造（改造）單位的設(shè)計(jì)值”。曳引驅(qū)動(dòng)電梯的平衡系數(shù)檢驗(yàn)，是電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)工作中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在新版的檢驗(yàn)規(guī)則里面還增加了電梯公司需要每年進(jìn)行電梯平衡系數(shù)的檢測，這也充分說明平衡系數(shù)的重要性。GB/T10058-2009《電梯技術(shù)條件》、GB10060-93《電梯安裝驗(yàn)收規(guī)范》對曳引式電梯的平衡系數(shù)都做出了0.4～0.5的明確規(guī)定。

3 常見平衡系數(shù)測量方法

3.1 負(fù)荷-電流法

負(fù)荷-電流法是GB/T10059-2009《梯試驗(yàn)方法》和電梯檢驗(yàn)規(guī)則中明確的試驗(yàn)測量方法，分別裝載額定載重量30%、40%、45%、50%、60%的情況下做上下行全程運(yùn)行。當(dāng)轎廂和對重運(yùn)行到同一水平位置時(shí)，繪制電流—負(fù)荷曲線，以上、下運(yùn)行曲線的交點(diǎn)確定平衡系數(shù)。這種方法現(xiàn)場測量平衡系數(shù)是現(xiàn)在使用最多最廣泛的方式。

但是在實(shí)際的測量過程中，還是存在以下問題：首先，需要在鋼絲繩上做出標(biāo)記或其他方式確定平衡位置，在觀察到標(biāo)記的瞬間，采用鉗形電流表進(jìn)行鎖定并讀取電動(dòng)機(jī)電流值，而肉眼與測量之間存在時(shí)間延遲，進(jìn)而影響測量準(zhǔn)確度。而且，這種測量方式需要多人配合，轎廂內(nèi)放置不同載重量的砝碼也對人力要求極大。

3.2 盤車手輪扭矩測量法

在轎廂和對重維持平衡的狀態(tài)下，通過扭矩傳感器，測量盤車手輪端的扭矩，上行和下行的扭矩可以測量幾次后取扭矩的平均值，然后根據(jù)力矩平衡方程，計(jì)算出對重重量和轎廂重量的差值，最后根據(jù)差值和額定載重量就可以計(jì)算出平衡系數(shù)。但是這種方法對傳感器的要求高，計(jì)算和安裝測量過程復(fù)雜，實(shí)際檢驗(yàn)過程中運(yùn)用的很少。

3.3 直接稱重測量法

直接稱重法從本質(zhì)上是最符合平衡系數(shù)定義的一種方法，是最直接、最簡單的辦法。將曳引繩另一端的重量懸空，使轎廂側(cè)或?qū)χ貍?cè)的重量不受另一側(cè)的拉力而影響測量，在底坑通過最簡單的稱重裝置對轎廂和對重側(cè)的重量進(jìn)行測量，并計(jì)算出兩端重量的差值，最后用差值比上額定載重量就可以準(zhǔn)確計(jì)算出電梯的平衡系數(shù)。但是由于稱量一側(cè)重量需要將另一側(cè)抬起，使之無相互作用力，這個(gè)過程繁瑣耗時(shí)耗力，因此在實(shí)際檢驗(yàn)過程中一般不會(huì)使用。

4 一種簡單的平衡系數(shù)測量方法

通過分析上述3種常見的平衡系數(shù)測試方法，確定這些方法都需要增加載荷或安裝復(fù)雜的儀器，將大大增加現(xiàn)場工作量。為解決工作強(qiáng)度大的問題，提出一種通過無載荷電流電壓法測量平衡系數(shù)的方法，以使平衡系數(shù)的測量更加簡便快捷、可操作性更強(qiáng)，更適合于現(xiàn)場檢驗(yàn)。

4.1 無載荷電流電壓法測量平衡系數(shù)的原理

電梯平衡系數(shù)物理定義表達(dá)式

K=（M1-M2）/Q? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

K為電梯平衡系數(shù)，M1為空載狀態(tài)下對重側(cè)重量，M2為空載狀態(tài)下轎廂側(cè)重量，Q為電梯的額定載重量。

根據(jù)電梯的運(yùn)行物理規(guī)律，將電梯在平衡點(diǎn)轎廂上行的轉(zhuǎn)矩定義為T上，將電梯在平衡點(diǎn)轎廂下行的轉(zhuǎn)矩定義為T下，Tn為系統(tǒng)不平衡轉(zhuǎn)矩，Tm為系統(tǒng)摩擦阻力矩，I 為曳引比，R為曳引輪半徑。

T上=Tn-Tm? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

T下=Tn+Tm? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

Tn=（M1-M2）*R/I? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

K=（M1-M2）/Q? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

將式（2）與式（3）相加T上+T下=2Tn? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

將式（4）帶入式（6）得到T上+T下=2（M1-M2）*R/I? ? ? ? ? （7）

即M1-M2=（T上+T下）*I/R/2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （8）

將式（8）帶入式（4）就得到平衡系數(shù)的計(jì)算公式

K=（T上+T下）*I/R/Q/2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（9）

T上與T下為電梯轎廂與對重在平衡位置時(shí)曳引機(jī)的轉(zhuǎn)矩，根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與功率計(jì)算公式：T=9550*P/n? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （10）

T為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，P為電機(jī)功率，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。而三相電機(jī)的功率。

P=1.732*UI*cosΦ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （11）

U為曳引機(jī)電壓值，I為電流值，cosΦ為電機(jī)功率因數(shù)。因此，將式（10）、式（11）帶入式（9）可以得到：

K=1.732*cosΦ*（9550/n）*（U上I上+U下I下）*I/R/Q/2

4.2 無載荷電流電壓法測量平衡系數(shù)的方法

現(xiàn)場測量時(shí)，通過鉗形電流表，在過程中，對變頻器輸出給電機(jī)的電壓值與電流值進(jìn)行測量。

轎廂勻速上行，在轎廂與對重處于平衡點(diǎn)時(shí)，記錄曳引電機(jī)的電流和電壓值并記為空載勻速上行電流I上與U上;命令轎廂下行，在平衡點(diǎn)位置時(shí)，再次記錄曳引電機(jī)的電流和電壓值并記為空載勻速下行電流I下與電壓U下;其中電機(jī)功率因數(shù)cosΦ，額定轉(zhuǎn)速n，電梯曳引比I，曳引輪半徑R，電梯額定載重量Q都可以查到或者簡單的測量到。最后將其帶入簡化后的電梯平衡系數(shù)計(jì)算公式：K=1.732*cosΦ*（9550/n）*（U上I上+U下I下）*I/R/Q/2。

就可以計(jì)算出電梯平衡系數(shù)的參考值K。

5 結(jié)語

綜上所述，3種常見的平衡系數(shù)測量方法應(yīng)用廣泛，但操作繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而本文提出的無載荷電流電壓測量法，只需在電梯空載狀態(tài)下運(yùn)行到平衡點(diǎn)時(shí)，測試出變頻器輸出給電機(jī)的電流值和電壓值，就可以計(jì)算出電梯平衡系數(shù)，無需搬運(yùn)砝碼，節(jié)省人力物力，給平衡系數(shù)測量提供了新思路。

但無載荷電流電壓法測量平衡系數(shù)也存在操作上的弊端，由于鉗形電流表測量的準(zhǔn)確性、中間點(diǎn)位置觀察與測量之間的時(shí)間和操作誤差，變頻器輸出電流、電壓值變化過快測量不準(zhǔn)確等，都會(huì)形成誤差變量，影響平衡系數(shù)測量的準(zhǔn)確性。另外，上述平衡系數(shù)計(jì)算公式參數(shù)數(shù)量過多，異步電機(jī)、同步電機(jī)等根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況的不同，曳引輪半徑，電梯曳引比等計(jì)算所需參數(shù)也不盡相同，因此，也對檢驗(yàn)人員自身的基礎(chǔ)能力提出更高的要求。

參考文獻(xiàn)

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