淺談電梯平衡系數的影響因素及對電梯安全運行的意義

孫崇智，李 帥

（甘肅省特種設備檢驗研究院，甘肅 蘭州 730020）

淺談電梯平衡系數的影響因素及對電梯安全運行的意義

孫崇智，李 帥

（甘肅省特種設備檢驗研究院，甘肅 蘭州 730020）

電梯已成為現代社會必不可少的交通工具，為每個人的出行帶來了極大的方便，但電梯的安全使用也成為當下人們的關注熱點。在電梯的監督檢驗過程中，電梯平衡系數的測量是一個不可缺少的重要環節，這個環節不僅關系到電梯節能問題，還關系到電梯運行時人員和設備的安全。從電梯的工作原理出發，結合平衡系數的實質，探討了電梯的平衡系數對電梯運行的影響，借此說明電梯平衡系數的重要性。

平衡系數；電梯運行；設備安全

平衡系數是保證電梯運行安全和節能的一項重要特征參數，其取值的直接影響是對重的質量和電梯的不平衡載荷。因此，必須選擇一個合適的值，讓電梯在運行時盡量保持理想的平衡狀態。但實際運行中電梯載重量不定，所以依據《電梯制造與安裝安全規范》規定，電梯平衡系數應在0.4～0.5之間，以此保證每次運行都接近平衡狀態。

1 電梯的工作原理

電梯的驅動方式有曳引驅動、強制驅動、液壓驅動等多種方式，曳引驅動是現代電梯應用最普遍的驅動方式。下面以曳引驅動電梯為例進行說明，曳引驅動電梯是利用曳引鋼絲繩與曳引輪之間做相對運動而產生的摩擦力作為動力進行運行的。曳引機是由電動機、曳引輪、制動器及減速箱組成的，曳引機之所以能夠產生強有力的曳引驅動力，主要是因為曳引輪在曳引機驅動下正常運轉，而曳引鋼絲繩的兩端分別是轎廂與對重裝置，在摩擦力作用下能使曳引鋼絲繩緊貼在曳引輪槽里，是轎箱與對重的動力。當電動機驅動時，鋼絲繩與曳引輪槽兩者之間能夠產生一定的曳引力，這個曳引力會帶動鋼絲繩運行，從而使轎箱與對重做出相對的運動。

2 平衡系數

平衡系數是曳引驅動電梯的重要性能指標，對重可以平衡部分轎廂及轎內負載的重量，使電動機運行的負載減輕。由于轎廂內負載的大小是經常變化的，而對重在電梯安裝調試完畢后已經固定，不能隨時改變，為使電梯的運行基本上接近于理想的平衡狀態，如圖1所示，所以就要選擇一個合適的平衡系數。

電梯的平衡系數定義公式如下：

式中：P——是轎廂的自重；

G——是對重的重量；

Q——轎廂的額定載荷；

q——“平衡系數”

3 平衡系數取值的影響因素

不管平衡系數q取什么值，要使載荷無論怎么變化都會對應某一確定的q值是絕對無法實現的，也就是說，必定會存在轎廂與對重的重力不平衡，電梯曳引輪兩側的力矩差是隨著q值的變化而變化的。

3.1 曳引電動機的功率P對q值的影響

曳引電動機的功率P可以由下列公式確定：

P——電動機功率

Q1——轎廂載荷

V——電梯速度

當電梯所使用的曳引電動機功率P為某一確定的數值時，q的取值會對電梯運行時的能耗大小有影響。當選取的曳引電動機的功率余量太小時，由于此時的平衡系數無法取得一個合適的數值（0.4～0.5之間)，電梯可能出現因曳引力不足，在運行之后造成倒拉現象，也就是發生向上溜車或沖頂的意外事故。

由此可知，平衡系數q值的確定與不平衡載荷的取值有關，還與曳引輪兩側鋼絲繩的張力大小有關。張力的大小同曳引鋼絲繩在曳引輪繩槽內的比壓有關，即比壓的大小隨著張力的增大而增大，也就是說，此時曳引鋼絲繩所提供的曳引能力就越大。綜上所述，平衡系數的確定會同時影響著不平衡載荷和電梯的曳引能力。當存在電梯最大曳引力＜最大的（Q-qQH）（不平衡載荷），電梯將會出現曳引鋼絲繩在曳引輪繩槽中打滑的現象，此時可能會發生電梯向下溜車或蹲底的現象。所以，設計時必須充分考慮電梯平衡系數q對曳引電動機的功率與曳引力的影響，選取適當的平衡系數q值。

3.2 轎廂和對重的重量對q值的影響

轎廂和對重系統的質量與電梯運行的安全性以及曳引鋼絲繩電梯部件的各項參數的選取有直接的關系。轎廂和對重系統的總質量的大小不僅會影響電梯運行時每次起動和剎車所產生的加速度增減，它還決定著電梯其它安全部件的選擇，比如安全鉗、緩沖器。在進行電梯安裝時，為了使電梯能夠順利通過監督檢驗，電梯施工人員通常會將平衡系數q取得足夠大（0.4～0.5的上限)，對同一載重量的電梯增大q值就必須增加對重重量，造成起動、制動的力發生變化。由此可見，平衡系數q雖然只是一個比值，但事實上，平衡系數q對轎廂、對重的質量有重大的影響。

因此，在充分考慮到曳引輪、繩槽形狀（V型、U型、V型帶切口槽）、曳引鋼絲繩直徑大小、轎廂自量、電梯速度、相匹配的曳引電動機等后，才能準確確定平衡系數的取值。

3.3 曳引力與q值的關系

曳引力是靠曳引輪與曳引繩之間的摩擦力來拉動轎廂。曳引力應該滿足以下三個條件：

1）轎廂裝載至125%額定載荷的情況下應保持平層狀態不打滑；

2）必須保證在任何緊急制動的狀態下，不管轎廂內是空載還是滿載，其減速度的值不能超過緩沖器（包括減行程的緩沖器）作用時減速度的值；

3）當對重壓在緩沖器上而曳引機按電梯上行方向旋轉時，應不可能提升空載轎廂。

曳引力是依賴于曳引輪和鋼絲繩之間的摩擦力來實現、保障電梯運行的一種能力，而平衡系數是指對重與轎廂處在同一水平面上時，上行和下行電流--載荷的交點，根據《電梯監督檢驗和定期檢驗規則--曳引與強制驅動電梯》平衡系數q取值0.4～0.5之間。由于平衡系數q是固定的，而載荷是變化的，q的取值首先影響曳引輪兩側不平衡力矩的大小，若最大載荷為超載載荷125%Q，q值取0.4Q～0.5Q，那么不平衡載荷ΔT為：

也就是說電梯提供的最小曳引力為（0.75～0.85）Q。

4 平衡系數取值對電梯運行的影響及相應措施

綜上分析，電梯的平衡系數與曳引電動機功率、轎廂和對重重量及曳引力等因素息息相關，在電梯的設計、選購、使用過程中應充分考慮各個因素對平衡系數的影響。在使用過程中，隨意裝潢轎廂和增減對重塊，改變原制造廠家設計好的轎廂和對重質量會改變平衡系數q值，對電梯的安全運行產生直接的影響，這種情況一旦發生，會釀成成較大的傷亡事故；另一方面，由于曳引輪和鋼絲繩的摩擦力是曳引力的來源，日常使用維護一定要關注曳引輪槽和鋼絲繩的磨損程度，防止磨損嚴重導致曳引力不足產生電梯沖頂或蹲底的事故。近幾年，蘭州市質量技術監督局委托我院開展了在用電梯安全評價的工作。2014年評價88臺設備，其中平衡系數不合格的有62臺；2015年評價100臺，其中平衡系數不合格的有49臺；2016年評價131臺，其中平衡系數不合格的有57臺，這些數據表明部分在用電梯在平衡系數這一安全項目上存在著隱患。為了電梯的安全使用工作做到更好，在此針對電梯的平衡系數進行分析，見表1，對不同工況、原因下平衡系數過大，過小造成的沖頂、蹲底，在原設計的允許條件下采取以下的措施。

TU857