淺談電梯平衡系數(shù)的影響因素及對電梯安全運(yùn)行的意義

孫崇智，李 帥

（甘肅省特種設(shè)備檢驗研究院，甘肅 蘭州 730020）

淺談電梯平衡系數(shù)的影響因素及對電梯安全運(yùn)行的意義

孫崇智，李 帥

（甘肅省特種設(shè)備檢驗研究院，甘肅 蘭州 730020）

電梯已成為現(xiàn)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(dāng)下人們的關(guān)注熱點。在電梯的監(jiān)督檢驗過程中，電梯平衡系數(shù)的測量是一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)不僅關(guān)系到電梯節(jié)能問題，還關(guān)系到電梯運(yùn)行時人員和設(shè)備的安全。從電梯的工作原理出發(fā)，結(jié)合平衡系數(shù)的實質(zhì)，探討了電梯的平衡系數(shù)對電梯運(yùn)行的影響，借此說明電梯平衡系數(shù)的重要性。

平衡系數(shù)；電梯運(yùn)行；設(shè)備安全

平衡系數(shù)是保證電梯運(yùn)行安全和節(jié)能的一項重要特征參數(shù)，其取值的直接影響是對重的質(zhì)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(yùn)行時盡量保持理想的平衡狀態(tài)。但實際運(yùn)行中電梯載重量不定，所以依據(jù)《電梯制造與安裝安全規(guī)范》規(guī)定，電梯平衡系數(shù)應(yīng)在0.4～0.5之間，以此保證每次運(yùn)行都接近平衡狀態(tài)。

1 電梯的工作原理

電梯的驅(qū)動方式有曳引驅(qū)動、強(qiáng)制驅(qū)動、液壓驅(qū)動等多種方式，曳引驅(qū)動是現(xiàn)代電梯應(yīng)用最普遍的驅(qū)動方式。下面以曳引驅(qū)動電梯為例進(jìn)行說明，曳引驅(qū)動電梯是利用曳引鋼絲繩與曳引輪之間做相對運(yùn)動而產(chǎn)生的摩擦力作為動力進(jìn)行運(yùn)行的。曳引機(jī)是由電動機(jī)、曳引輪、制動器及減速箱組成的，曳引機(jī)之所以能夠產(chǎn)生強(qiáng)有力的曳引驅(qū)動力，主要是因為曳引輪在曳引機(jī)驅(qū)動下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，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(dāng)電動機(jī)驅(qū)動時，鋼絲繩與曳引輪槽兩者之間能夠產(chǎn)生一定的曳引力，這個曳引力會帶動鋼絲繩運(yùn)行，從而使轎箱與對重做出相對的運(yùn)動。

2 平衡系數(shù)

平衡系數(shù)是曳引驅(qū)動電梯的重要性能指標(biāo)，對重可以平衡部分轎廂及轎內(nèi)負(fù)載的重量，使電動機(jī)運(yùn)行的負(fù)載減輕。由于轎廂內(nèi)負(fù)載的大小是經(jīng)常變化的，而對重在電梯安裝調(diào)試完畢后已經(jīng)固定，不能隨時改變，為使電梯的運(yùn)行基本上接近于理想的平衡狀態(tài)，如圖1所示，所以就要選擇一個合適的平衡系數(shù)。

電梯的平衡系數(shù)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(shù)”

3 平衡系數(shù)取值的影響因素

不管平衡系數(shù)q取什么值，要使載荷無論怎么變化都會對應(yīng)某一確定的q值是絕對無法實現(xiàn)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(cè)的力矩差是隨著q值的變化而變化的。

3.1 曳引電動機(jī)的功率P對q值的影響

曳引電動機(jī)的功率P可以由下列公式確定：

P——電動機(jī)功率

Q1——轎廂載荷

V——電梯速度

當(dāng)電梯所使用的曳引電動機(jī)功率P為某一確定的數(shù)值時，q的取值會對電梯運(yùn)行時的能耗大小有影響。當(dāng)選取的曳引電動機(jī)的功率余量太小時，由于此時的平衡系數(shù)無法取得一個合適的數(shù)值（0.4～0.5之間)，電梯可能出現(xiàn)因曳引力不足，在運(yùn)行之后造成倒拉現(xiàn)象，也就是發(fā)生向上溜車或沖頂?shù)囊馔馐鹿省?/p>

由此可知，平衡系數(shù)q值的確定與不平衡載荷的取值有關(guān)，還與曳引輪兩側(cè)鋼絲繩的張力大小有關(guān)。張力的大小同曳引鋼絲繩在曳引輪繩槽內(nèi)的比壓有關(guān)，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(shù)的確定會同時影響著不平衡載荷和電梯的曳引能力。當(dāng)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(xiàn)曳引鋼絲繩在曳引輪繩槽中打滑的現(xiàn)象，此時可能會發(fā)生電梯向下溜車或蹲底的現(xiàn)象。所以，設(shè)計時必須充分考慮電梯平衡系數(shù)q對曳引電動機(jī)的功率與曳引力的影響，選取適當(dāng)?shù)钠胶庀禂?shù)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(tǒng)的質(zhì)量與電梯運(yùn)行的安全性以及曳引鋼絲繩電梯部件的各項參數(shù)的選取有直接的關(guān)系。轎廂和對重系統(tǒng)的總質(zhì)量的大小不僅會影響電梯運(yùn)行時每次起動和剎車所產(chǎn)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(jìn)行電梯安裝時，為了使電梯能夠順利通過監(jiān)督檢驗，電梯施工人員通常會將平衡系數(shù)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(fā)生變化。由此可見，平衡系數(shù)q雖然只是一個比值，但事實上，平衡系數(shù)q對轎廂、對重的質(zhì)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(jī)等后，才能準(zhǔn)確確定平衡系數(shù)的取值。

3.3 曳引力與q值的關(guān)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(yīng)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(yīng)保持平層狀態(tài)不打滑；

2）必須保證在任何緊急制動的狀態(tài)下，不管轎廂內(nèi)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(dāng)對重壓在緩沖器上而曳引機(jī)按電梯上行方向旋轉(zhuǎn)時，應(yīng)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(xiàn)、保障電梯運(yùn)行的一種能力，而平衡系數(shù)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(jù)《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》平衡系數(shù)q取值0.4～0.5之間。由于平衡系數(shù)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(cè)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(shù)取值對電梯運(yùn)行的影響及相應(yīng)措施

綜上分析，電梯的平衡系數(shù)與曳引電動機(jī)功率、轎廂和對重重量及曳引力等因素息息相關(guān)，在電梯的設(shè)計、選購、使用過程中應(yīng)充分考慮各個因素對平衡系數(shù)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(shè)計好的轎廂和對重質(zhì)量會改變平衡系數(shù)q值，對電梯的安全運(yùn)行產(chǎn)生直接的影響，這種情況一旦發(fā)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(hù)一定要關(guān)注曳引輪槽和鋼絲繩的磨損程度，防止磨損嚴(yán)重導(dǎo)致曳引力不足產(chǎn)生電梯沖頂或蹲底的事故。近幾年，蘭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)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(shè)備，其中平衡系數(shù)不合格的有62臺；2015年評價100臺，其中平衡系數(shù)不合格的有49臺；2016年評價131臺，其中平衡系數(shù)不合格的有57臺，這些數(shù)據(jù)表明部分在用電梯在平衡系數(shù)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(shù)進(jìn)行分析，見表1，對不同工況、原因下平衡系數(shù)過大，過小造成的沖頂、蹲底，在原設(shè)計的允許條件下采取以下的措施。

TU857