1、電梯平衡系數及其檢測 - 轉載電梯平衡系數計算的數學表達式為：K 平=(W1-W)/Q其中：Q:電梯額定載荷(kg)；W :轎廂重量(kg)；W1 :對重重量 (kg) ；K 平:電梯平衡系數；平衡系數對電梯專業人員來說是一個既熟悉又生疏的參數。 說它熟悉是因為大家都知道曳引式電 梯對重的配置都有一個平衡系數”，都知道國家標準中有規定平衡系數應在40%50%的范圍內”，說它生疏是因為到底平衡系數在電梯上起什么作用？其取值大小將影響什么？應如何取 值最為合適？以及到底如何測定才是準確的？許多電梯安裝、檢驗人員并不清楚。現時， 各地特種設備檢驗檢測機構在對電梯進行驗收檢驗時，最費時， 也最費人力、

2、 物力的，便是檢測電梯的平衡系數。按檢驗規定:必須在轎廂分別承載0、25% 、40% 、50% 、75% 、100% 、110% 額定載荷下，測定電梯運行的載荷 電流曲線，取其上、下行曲線的交匯點的載 荷系數，便是該梯的平衡系數，交匯點在 40% 50% 范圍內為合格。為了測定這一參數，除 了兩名檢驗人員， 還需要多名來回搬運法碼的工人。 由于影響試驗的因素太多， 其結果是否可信 尚且不說，即便測試結果在 40%50% 的范圍之內，一定合格嗎？若是超出此范圍，為什么就 不合格呢？ “平衡系數 ”的意義是什么？對電梯有什么影響？不知其所以然，測定“平衡系數 ”就失去了意義。1 、“平衡系數 ”的

3、實質要探討平衡系數的實質， 必須從曳引式電梯的原理講起。 垂直電梯是使重物作垂直上下運動 的升降設備。 從力學的角度， 要使一重物在空中保持靜止狀態， 必須有一拉力 T 與物體的重力 Q 相平衡，即 T = Q , 這時物體處于靜止或勻速運動狀態，稱為力的平衡。此系統稱為平衡系統 。若要使物體向上運動，速度發生改變，則這一拉力T 除了克服物體的重力 Q ，還要提供一個產生加速度的力F，即 T = Q + F = Q + m a( m - 為物體的質量；a 為加速度)。如果物體的重力 Q 被另外一個平衡力 W 所平衡， W = Q , 即構成一個 平衡系統 ，這時拉 力T就不用去克服重力 Q 了

4、，而只需提供使物體產生加速度所需的力，即 T = F= m a 這樣就大大減小了拉力 T。這就是電梯上采用的平衡原理”。這個平衡力就是由對重來提供。因此我們要求對重的重力 W，要與轎廂及載荷的重力(P+Q)相等。但要真正做到這一點， 在電梯的實際應用中非常困難， 或且說目前還沒有想出一個辦法來實 現這一點。因為轎廂的載荷 Q 是隨機變化的，可能是 0 ( 空載 )或者 100%Q H ( 滿載 ) 范圍內的任意值，因此我們只能選擇一個恰當的對重重量。1)即取 W = P + K Q這個系數 K ，就是 “平衡系數 ”。因此， 平衡系數的實質就是設計配置對重的質量大小。它將影響對重的質量和電梯的

5、不平衡載荷。當轎廂與載荷為 P + Q ,(其中P是轎廂的自重；Q- 是轎廂的實際載荷； QH - 轎廂的額定載荷)，轎廂側與對重側的不平衡載荷為： T = (P+Q)-( P+KQ h ) = Q -KQh(2 )2 、平衡系數 K 的取值從以上式( 2)可以看出，只有當 Q = KQ H 時系統才處于平衡，因此，不論 K 取何值，平 衡只是相對的， 而不平衡是絕對的。 我們只能希望系統盡可能地接近平衡。 一種簡單的辦法便是 取轎廂載荷變化的平均值。因為轎廂載荷的變化為： 0 100% ，因此取 K=50% 左右都是 合理的， 很難說取多少更好些。 電梯在出廠時并不完全了解實際運行使用時載荷

6、的情況，要想真正達到比較理想的平衡，應該在電梯實際運行使用中，實際測定日常運行載荷的變化。比如， 目前大量的住宅電梯其實際的載荷變化基本在 0 60% ，極少出現滿載的情況，因此取 K = 30% 40% 應該更為合適。現在一般的乘客電梯在載荷超過 80% 時就進入直駛狀態，因此 真正滿載的時候也較少，因此取平衡系數 K =40% 50% 為合適。相反，一些載貨電梯，由 于轎廂超面積，其載荷變化會在0105%，因此平衡系數取K> 50% 應該更為合適。必須指出，這里說 K 的取值是指 電梯設計時對平衡系數 K 的取值，稱為設計值 ，絕不是電梯安裝時 或使用后隨意配置的 K 值。3 、平衡

7、系數 K 的取值對電梯的影響上面已經說明，無論平衡系數 K 如何取值，要以不變的 K 值應萬變的載荷 Q 是不可能的， 因此在轎廂與對重系統上不平衡狀態是絕對的，從設計的角度， K 的取值首先影響作用于曳引輪兩側的不平衡力矩的大小，若最大載荷為超載載荷110%Q H ， K 的取值按 40%50% ，則空載時不平衡載荷為： ( 0.40.5) QH ，超載時不平衡載荷為： (1.1-K ) QH = ( 0.60.7) Q H ,若按電梯驗收檢驗時的最嚴重載荷 125% Q H ，則不平衡載荷為 1.25-K =(0.750.85) QH ,這是電梯可能的最大不平衡載荷(指靜載荷)，也就是電梯

8、必須提供的最小靜態曳引力。這首先影響選用的主機電動機的功率P。主電動機的功率 P由下式決定：Px (1-K) Q hVH 。如果電梯配套使用的電動機功率足夠大，則 K 的選擇將影響電梯運行時耗能的大小，如果 選用電動機的功率余量較小， 則平衡系數取值不合適可能會造成電梯啟動后出現倒拉，發生溜車或者沖頂的事故。平衡系數的取值影響不平衡載荷的大小， 同時也影響曳引輪兩側鋼絲繩的張力，這個張力的大小將對曳引鋼絲繩在繩槽內的比壓產生影響，張力越大則比壓也越大， 則曳引鋼絲繩提供的曳引能力就越強。 因此平衡系數的取值既決定不平衡載荷， 也將影響電梯的曳引能力。 當最大不平 衡載荷大于電梯的最大曳引力時，

9、 曳引鋼絲繩在繩槽中將出現打滑， 發生溜車事故。 在電梯設計 時，對平衡系數 K 的選擇既要考慮到主機電動機的功率，又要考慮到對曳引能力的影響。平衡系數 K 的取值還影響轎廂、對重系統的總質量：M=P+Q+W+Y = ( P+Q)+(P+K Qh)+Y(Y 曳引鋼絲繩等裝置質量)，這一點很容易被忽略。轎廂、對重系統的總質量將影響電梯的安全系數，影響對曳引鋼絲繩、曳引輪繩槽等部件參數的選擇。同時總質量的大小還影響到電梯運行中起、制動的加、減速度。影響到電梯使用的安全鉗、緩沖器等安全部件的選擇。在電梯安裝時，為了應對驗收檢驗， 減小驗收時的不平衡載荷，安裝人員往往把平衡系數 K 取得較大，配置到接

10、近 50% ，增加平衡系數就是增加對重的質 量，會帶來電梯啟、制動加速度的減小，以至制動困難。因此，平衡系數K 值表面上看只是一 個比值，實際上它與轎廂、對重的質量有密切關系。 它是電梯整體設計時的重要參數之一， 撇開 額定載重、轎廂自重等參數，純粹的平衡系數是沒有意義的。所以平衡系數 K 的確定必須在電梯設計時，結合曳引輪、繩槽形狀、曳引鋼絲繩、轎廂自 重以及配套的曳引機電機、制動器、安全鉗、 緩沖器等綜合考慮。 其相互關系曾在本人的另一篇 論文電梯參數及其相互關系中述及，這里不再細述。這就是為什么電梯安裝時，平衡系數應 按 40%50% 范圍的設計值 配置的原因。值得一提的是，近來一些在用

11、電梯重新裝璜轎廂， 使轎廂的自重增加，這時為了保持平衡系數 K 值不變，采取增加對重塊的方法，使系統的整體 質量大大增加，這是極其錯誤的，這時的平衡系數已失去了原有的意義。電梯的安全系數降低， 起、制動減速度減小，會給電梯造成嚴重的安全隱患。所以說平衡系數 K 的取值，并非只要安裝時或者驗收檢驗時測得在 40% 50% 范圍內， 均認定為符合要求。 如果取值偏離了設計值便是不符合要求， 或者雖然取值符合設計值， 但其轎 廂自重 P 或額定載重 QH 發生變更，同樣是不符合要求。在 GB7588 2003 附錄 D 的曳引檢 查中這樣說明： “應檢查平衡系數是否如安裝者所說 ”，這里的 “安裝者

12、所說 ”實指設計值，并非 安裝人員隨心所欲的結果。 這就要求電梯制造廠商務必將電梯設計的平衡系數值， 告知安裝施工 人員， 安裝施工人員務必遵照設計值配置對重裝置，并不得隨意更改轎廂自重。 檢測機構進行驗收檢驗時必須測定其實際值與設計值是否一致 ，并檢查其是否私自更動轎廂自重等參數。這一 點應該引起業內人士的注意。4 、平衡系數 K 值的測定（1） 直接稱量 P 與 W平衡系數 K 也并非什么神秘的參數。說到底它就是配置對重的質量大小，因此測定平衡系數K，最直接、最簡單的辦法就是直接稱量對重的整體質量W和轎廂的整體質量 P，則平衡系數 K= （WP）/ Q H 。筆者就曾經將轎廂和對重在井道外

13、進行拼裝，并逐一稱量所有拼裝的另部 件，從而按平衡系數設計值來配置對重塊。 這種方法操作煩瑣， 而且稱量的另部件很難做到毫無 遺漏，一般不適用。（2 ）根據已知 K 值，調整對重從平衡系數 K 的實質知道，當在轎廂內裝入相當于 KQ H 的載荷時，曳引輪兩側的靜力矩應 平衡。如果已知平衡系數的設計值，只要如數按 KQH 裝入載荷，然后驗證是否平衡即可。最簡 單的驗證方法就是在主機上， 松開制動器抱閘， 用人力在手盤輪上感覺曳引輪兩側的力矩平衡與 否，從而適當增加或減少對重塊。這種方法看起來比較“土”，但具有許多優點： 1 ）電梯處于靜止狀態，避免因轎廂運動而造成的阻力矩誤差。2 ）可以保證轎廂

14、與對重處于同一水平位置上。3）測試簡便、快捷，調整迅速，節省人力、物力。4 ）人對力的感覺誤差一般在幾公斤，其可信度高。 5）更重要的是，以既定的平衡系數設計值為載荷，直接驗證或調整對重達到要求，避 免盲目性，保證 K 值符合設計要求。在電梯安裝施工中也經常采用這辦法來配置對重塊。 我想也完全可以在曳引輪上安放一個專門的 稱量裝置來代替人力的感覺，使檢測更精確。（3 ）根據已有對重，求 K 值國家標準上推薦采用測量曳引電動機電流的方法就屬于這一類。其基本原理是： 當電梯作 勻速運行時，曳引電動機軸上輸岀的轉矩 T2為：T2 = T 0 T（ 3）T0 折算到電機軸上，電梯機械傳動反抗性阻力轉矩

15、（簡稱阻力矩） T -折算到電機軸上，不平衡載荷轉矩。（簡稱不平衡載荷）士代表隨載荷的變化不平衡載荷轉矩的方向將改變。當轎廂與載荷的重力 （P+Q）與對重的重力（P+KQ h）相等時（即處于平衡狀態），則 T =（ P+Q） （ P+KQ h ） = 0貝U Q = KQ h 平衡系數： K = Q / Q h電流法的關鍵是利用測量電流來判斷是否平衡，平衡狀態下： T = 0 ，假定轎廂上行與下行時的阻力轉矩To是一樣的，則上、下行時電動機的輸岀轉矩T2就相同,T 2 = T 0 ,這時測得電機的電流也應相等。以上、下行電流相等來判定平衡，（注意： 不是電流最小），這就是 電流法 的原理。以測

16、量電流來判定轉矩，這是一種間接的測量方法。電流與轉矩之間的關系是從電動機上的功率平衡關系間接獲得。電動機輸岀的機械功率P2 = T 2 Q （Q-電機角速度），它與電機的電磁功率Pm之間有：Pm = P cu + P 2（ Pcu-電機轉子銅損耗），如忽略轉子銅損，則有： Pm = P 22對于交流異步電動機，電磁功率Pm =（ m p /2nif （I 2 r/s） -（4）當電動機的轉速、頻率一定時，電磁功率 Pm與轉子電流I22成正比。交流異步電動機的轉子電流是無法測量的， 只能測量定子電流丨1I 1 = I 0 + （-1 2）（ I 0-為電動機的勵磁電流），如忽略勵磁電流10，則有 I 1 = （ -I 2'）對于直流電動機，電磁功率Pm = C t©Is當氣隙磁通$ 定時，電磁功率Pm與電樞電流Is成正比。氣隙磁通 $與電壓有關。因此，采用電流法測量時，對于交流電動機則要保持轉速、頻率一定。對于直流電動機則要 保持電壓一定。從以上分析看岀，電流法通過測量電動機定子電流I1來判定電動 機軸上的不平衡載荷 T=0，經過了一聯串的轉換關系：11 I 2Pm卩2宀 T2 t T每一步轉換都必須具備一定的條件，依次為：I0不變；f1不變；電壓U1不變；Pcu 不變；轉速n不變；上下行T0相等，而影響這些量的因素很復雜，比如電梯在上、下行