淺談電梯檢驗中平衡系數(shù)的測量方法

張威 任俊蓉

[摘? ? 要]從電梯的運行原理入手，分析了平衡系數(shù)對于電梯安全運行的重要意義，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，費時費力。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)下運行到平衡點時，測試變頻器輸出給電機的電流值和電壓值，計算出電梯平衡系數(shù)。

[關鍵詞]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 [文獻標志碼]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的普遍關注。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導致轎廂或對重的重量發(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，降低檢驗和維保人員的勞動強度，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關系，如下圖1所示，安裝在機房主梁上的曳引機，包括：電動機、制動器、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;當曳引電動機通過減速器進而驅動曳引輪轉動時，曳引輪通過摩擦力驅動曳引繩使轎廂和對重在井道中沿電梯轎廂與對重導軌進行升降，曳引驅動電梯的功能便因此得以實現(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，要使電梯上下運行，電梯曳引力T必須超過圖1中T1與T2兩個力的差值，即T≥|T1-T2|。

若此刻電動機驅動曳引輪開始轉動，由于靜摩擦力的作用將使鋼絲繩附著在曳引輪槽內隨曳引輪一同轉動，使轎廂和對重隨之上下運動，這就是所說的曳引驅動。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現(xiàn)的一種摩擦牽引形式電梯形式，也是日常生活中應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)的重要性和標準要求

驅動曳引電梯上下運動的曳引力，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，這個時候作用于曳引輪兩側鋼絲繩的張力也就相同，整個電梯的曳引系統(tǒng)只要克服轎廂系統(tǒng)和對重系統(tǒng)與各自導軌之間摩擦力就能很容易的上下運行。

而實際運行狀態(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。轎廂的實際載荷變化只是限定在轎廂空載和滿載之間的重量進行。根據(jù)相應的經(jīng)驗以及標準要求，0.4～0.5倍的額定載重量最適合電梯平穩(wěn)運行。當平衡系數(shù)為0.5時，即對重側重量與轎廂側重量在電梯在裝載額定載重量一半的情況下其負載轉矩將近似為零，電梯將處于最佳運行狀態(tài)。

TSGT7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則—曳引與強制驅動電梯》，其中第8.1項平衡系數(shù)試驗規(guī)定“曳引電梯的平衡系數(shù)應當在0.4～0.5之間，或者符合制造（改造）單位的設計值”。曳引驅動電梯的平衡系數(shù)檢驗，是電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗工作中必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，在新版的檢驗規(guī)則里面還增加了電梯公司需要每年進行電梯平衡系數(shù)的檢測，這也充分說明平衡系數(shù)的重要性。GB/T10058-2009《電梯技術條件》、GB10060-93《電梯安裝驗收規(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 負荷-電流法

負荷-電流法是GB/T10059-2009《梯試驗方法》和電梯檢驗規(guī)則中明確的試驗測量方法，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行。當轎廂和對重運行到同一水平位置時，繪制電流—負荷曲線，以上、下運行曲線的交點確定平衡系數(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記或其他方式確定平衡位置，在觀察到標記的瞬間，采用鉗形電流表進行鎖定并讀取電動機電流值，而肉眼與測量之間存在時間延遲，進而影響測量準確度。而且，這種測量方式需要多人配合，轎廂內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算出平衡系數(shù)。但是這種方法對傳感器的要求高，計算和安裝測量過程復雜，實際檢驗過程中運用的很少。

3.3 直接稱重測量法

直接稱重法從本質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，使轎廂側或對重側的重量不受另一側的拉力而影響測量，在底坑通過最簡單的稱重裝置對轎廂和對重側的重量進行測量，并計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確計算出電梯的平衡系數(shù)。但是由于稱量一側重量需要將另一側抬起，使之無相互作用力，這個過程繁瑣耗時耗力，因此在實際檢驗過程中一般不會使用。

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雜的儀器，將大大增加現(xiàn)場工作量。為解決工作強度大的問題，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，更適合于現(xiàn)場檢驗。

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)下對重側重量，M2為空載狀態(tài)下轎廂側重量，Q為電梯的額定載重量。

根據(jù)電梯的運行物理規(guī)律，將電梯在平衡點轎廂上行的轉矩定義為T上，將電梯在平衡點轎廂下行的轉矩定義為T下，Tn為系統(tǒng)不平衡轉矩，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曳引機的轉矩，根據(jù)電動機轉矩與功率計算公式：T=9550*P/n? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （10）

T為電動機轉矩，P為電機功率，n為電機轉速。而三相電機的功率。

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

U為曳引機電壓值，I為電流值，cosΦ為電機功率因數(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，通過鉗形電流表，在過程中，對變頻器輸出給電機的電壓值與電流值進行測量。

轎廂勻速上行，在轎廂與對重處于平衡點時，記錄曳引電機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，在平衡點位置時，再次記錄曳引電機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;其中電機功率因數(shù)cosΦ，額定轉速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。

就可以計算出電梯平衡系數(shù)的參考值K。

5 結語

綜上所述，3種常見的平衡系數(shù)測量方法應用廣泛，但操作繁瑣，費時費力。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)下運行到平衡點時，測試出變頻器輸出給電機的電流值和電壓值，就可以計算出電梯平衡系數(shù)，無需搬運砝碼，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確性、中間點位置觀察與測量之間的時間和操作誤差，變頻器輸出電流、電壓值變化過快測量不準確等，都會形成誤差變量，影響平衡系數(shù)測量的準確性。另外，上述平衡系數(shù)計算公式參數(shù)數(shù)量過多，異步電機、同步電機等根據(jù)現(xiàn)場實際情況的不同，曳引輪半徑，電梯曳引比等計算所需參數(shù)也不盡相同，因此，也對檢驗人員自身的基礎能力提出更高的要求。

參考文獻

[1] 電梯制造與安裝安全規(guī)范：GB7588-2003[S].

[2] 電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則-曳引與強制驅動電梯：TSGT7001-2009[S].

[3] 電梯試驗方法：GB/T10059-2009[S].

[4] 電梯安裝驗收規(guī)范：GB10060-93[S].

[5] 電梯技術條件：GB/T10058-2009[S].