電梯平衡系數(shù)測試方法的分析和優(yōu)化

0 引言

電梯的平衡系數(shù)一直以來都是自檢過程以及檢驗過程的重要測試指標(biāo)項,根據(jù)現(xiàn)行的電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則(曳引與強(qiáng)制驅(qū)動電梯),“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)計值”[1],與此同時,這項測試也是最耗時耗力的工作。從實際工程角度出發(fā),想要優(yōu)化平衡系數(shù)的測試方法,應(yīng)當(dāng)從平衡系數(shù)的基本原理去理解,并分析目前實際應(yīng)用的測試方式各自優(yōu)缺點,從而尋找合理的解決方案。

1 電梯平衡系數(shù)的原理

圖1-1 垂直電梯示意圖

如圖1-1所示,以曳引比為2:1的垂直電梯為例,電梯平衡系數(shù)的公式定義:

其中q是平衡系數(shù),Q是電梯轎廂的額定載重,W1是對重框與對重塊的總重量,W2是轎廂自身重量。

在實際工程應(yīng)用中,q的調(diào)整是通過對重框的對重塊增減來實現(xiàn),而目前施工現(xiàn)場的對重塊還是通過人力搬運(yùn),所以一次性到位的測試方法顯得尤為重要的。

電梯轎廂內(nèi)的負(fù)荷是個變化值,選擇平衡系數(shù)q比較簡單的一種方案是取負(fù)荷的中間值:轎廂變化值的范圍在0%～100%電梯額定載重之間,所以選擇50%,即0.5左右為合理[2]。平衡系數(shù)使用0.5從能耗方面考慮比較均衡,但這種過于苛刻精準(zhǔn)的取值缺乏工程實際意義。從使用頻率角度來取值,也沒有可行性,比如住宅樓乘客電梯常用的負(fù)荷載重率相比與商場載貨電梯要小。這些考慮因素實際上更合適專業(yè)技術(shù)人員針對電梯的使用環(huán)境和客戶需求做精細(xì)化調(diào)整,而不是作為大框架下的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

除此以外,電梯平衡系數(shù)的確定還要考慮曳引機(jī)的功率、轎廂和對重的重量以及曳引力(即曳引機(jī)與鋼絲繩之間的摩擦力)的影響[3]。單純考慮曳引機(jī)功率和平衡系數(shù)的關(guān)系,如果曳引機(jī)的功率選擇過大,功率因數(shù)則影響運(yùn)行的能耗問題;如果曳引機(jī)的功率選擇過小,則可能發(fā)生電梯啟動后倒溜甚至出現(xiàn)電梯蹲底或者沖頂?shù)那闆r。對于曳引力,如果電梯最大負(fù)荷情況下的不平衡力(轎廂最大負(fù)荷情況下與對重側(cè)的重力差)大與最大曳引力,則電梯會出現(xiàn)打滑。轎廂和對重的重量則是比較容易被忽略的因素,總重量會影響電梯本身的安全系數(shù)以及對與之相關(guān)的各部件的選擇。綜合各個因素,于是才有了檢驗規(guī)則所要求的平衡系數(shù)需要在0.4～0.5的范圍之內(nèi)。

2 電梯平衡系數(shù)的常用方法

2.1 松閘法 根據(jù)電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則,在其要求的范圍內(nèi)確定平衡系數(shù)q,將q帶代入公式(1)得到W1,并可知實際需要放置多少對重塊數(shù)目。但安裝現(xiàn)場并不知到對重框的重量,且每塊對重塊重量并不足夠精準(zhǔn)。所以經(jīng)過計算放置了對重塊數(shù)目后,需要在確保安全前提下,通過確定的q值來計算轎廂內(nèi)放置的砝碼重量W3=q·Q,放置好砝碼后,松閘操作觀察鋼絲繩倒溜情況來增減對重塊數(shù)目。當(dāng)松閘后鋼絲繩完全不動,即是達(dá)到預(yù)期的平衡系數(shù)。

目前這種測試方式已經(jīng)較少使用,首先是目前多數(shù)變頻器對曳引機(jī)溜車有限制保護(hù)措施,松閘測試法操作過程需要拆除變頻器的UVW出線端,以斷開保護(hù)限制;其次,這種方式增添對重塊頻繁又麻煩,在有更好選擇的前梯下不會優(yōu)先選擇。

2.2 電流-載荷曲線法 這是目前測試平衡系數(shù)最常用的方式[4],該方法在轎廂內(nèi)分別放置0,30%,40%,45%,50%,60%,100%的額定載重對應(yīng)的砝碼,在不同負(fù)荷下測量電梯以額定速度上下運(yùn)行時經(jīng)過井道中間點(即轎廂與對重相遇點)時的輸入電流,把每次記錄的電流記錄到電流-載荷曲線表格,上行運(yùn)行曲線與下行運(yùn)行曲線的相交點對應(yīng)的橫坐標(biāo)(載荷值)便是當(dāng)前電梯的實際平衡系數(shù)。這是因為當(dāng)轎廂系統(tǒng)總重量與對重系統(tǒng)總重量相等時,電梯無論上行或者下行,經(jīng)過井道中間點時所需要曳引機(jī)的功率是一致的,而其他情況下電流都有差異。

電流-載荷曲線法在實際應(yīng)用中雖然可行,但是砝碼搬運(yùn)一直都是工作強(qiáng)大很大,也依賴于砝碼重量的準(zhǔn)確性,再者,每臺電梯調(diào)整測試需要的時間也非常長。在這種情況下,亟需更好的測試方法解決問題。

3 空載功率測試方法及其優(yōu)化

3.1 空載功率測試法 空載功率測試法旨在省去電流-載荷曲線法中轎廂內(nèi)需要放置砝碼的過程,在電梯機(jī)械主體安裝完成以及相應(yīng)電氣部件調(diào)整到位后,只需要保持空載狀態(tài)技術(shù)人員通過測量所需的數(shù)據(jù),既能得出相應(yīng)的平衡系數(shù)。

通過分析電梯空載上行、下行時的功率關(guān)系[5],可以知道,電梯空載下行時負(fù)荷的位移功率和傳動損耗之和等于曳引機(jī)輸出功率:

P1——曳引機(jī)輸出功率,k W;

g——重力加速度,取9.8m/s2;

V1——轎廂下行速度,m/s;

同理,電梯空載上行時負(fù)荷的位移功率等于曳引機(jī)輸出功率減去傳動損耗功率:

P2——曳引機(jī)輸出功率,k W;

V2——轎廂上行速度,m/s;

根據(jù)公式(2)和公式(3)建立二元一次方程,解得:

即只要需要知道空載上行的速度、上行功率、下行速度和下行功率就能得出電梯的平衡系數(shù)。此方法正是目前解決電梯平衡系數(shù)測量難題的主流方法。

3.2 空載功率測試法的優(yōu)化 目前市場已經(jīng)有不少的產(chǎn)品是根據(jù)空載功率測試法的原理來測試并計算得到電梯平衡系數(shù)。其中速度的測試多使用滾輪式傳感器直接測量曳引機(jī)轉(zhuǎn)動或者限速器轉(zhuǎn)動,而功率的測定則用鉗表直接測量變頻器的三相輸出端或者曳引機(jī)的三相輸入端。這種做法在實際應(yīng)用中受速度測量值誤差影響比較大:1、滾輪式速度傳感器的滾輪磨損會影響速度測量值;2、現(xiàn)場技術(shù)的操作是否到位會影響速度測量值,即現(xiàn)場操作的影響過大;3、不同電梯供應(yīng)商的產(chǎn)品各有差異,測試過程會遇到?jīng)]有空間放置速度傳感器的情況。

鑒于以上問題,對于空載功率測試法可以選擇不用外用測量設(shè)備獲得速度與功率值,而是利用電梯本身的設(shè)備,比如變頻器和編碼器來獲取。例如目前Drive Window軟件實際上可以通過電腦連接部分特定變頻器,讀出電梯運(yùn)行時的數(shù)據(jù)曲線,如圖2-1所示。

圖2-1 Driven Window軟件

通過讀取電梯空載時上行和向下的速度、功率曲線,便可根據(jù)公式(4)得到電梯平衡系數(shù),避免了使用外用設(shè)備測量的種種不利因素。

4.結(jié)語

電梯平衡系數(shù)影響電梯安全、能耗以及其他與之相關(guān)部件的選擇,使用更為簡便和準(zhǔn)確的測量方式能改善電梯的運(yùn)行質(zhì)量。目前利用電梯本身現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行空載測量法得到電梯的平衡系數(shù)應(yīng)該是值得考慮推行的方案之一。但本文還有其不足的地方,比如需要通過實際測量的數(shù)據(jù)來驗證得到的平衡系數(shù)的準(zhǔn)確率等等。