电梯平衡系数分析

摘要 通过建立电梯系统受力模型，分析电梯平衡系数的本质及合理取值范围，讨论电梯平衡系数的取值对电梯运行的重要意义。强调了电梯安装过程中不能任意对电梯装修及电梯维护保养中必须执行“安全为主，预检预修，计划保养”的原则。介绍了检测平衡系数的方法。

关键词 电梯平衡系数本质及意义 电梯平衡系数检测方法

电梯平衡系数是电梯重要的特性参数之一，是保证曳引条件的重要参数，关系到电梯运行性能和曳引机输出功率大小，也是电梯验收检验的必检项目。曳引条件是保证曳引传动安全可靠的必要条件，在电梯设计安装时合理配置平衡系数是提高电梯曳引安全性的重要途径之一。同时，合理的平衡系数还能使电梯运行的能耗在最大程度上得到降低，缓解用电紧张。合理配置平衡系数对优化电梯系统的工作条件、减少轿厢重量、降低曳引机功率等多方面产生影响。按照《电梯型式试验细则》的规定：电梯轿厢分别装载0、25%、50%、75%、100%额定载荷情况下，测定电梯运行的载荷-电流曲线，取其上下行曲线的交点的载荷系数，即为该电梯的平衡系数，通常在40%-50%范围内即为合格，同时，在《电梯监督检验规程》第8.3.1条也明确规定，电梯平衡系数要在0.4~0.5之间。但在电梯的实际使用过程中，往往会出现电梯平衡系数偏小甚至低于0.4的情况，这会对电梯的运行及安全造成非常不利的影响，必须采取有效措施避免这种情况的出现。

我们先从受力分析角度出发，分析一下平衡系数的实质。设轿厢质量为P，额定载荷为Q，钢丝绳拉力为T，重力加速度为a，载荷系数为ε。要使轿厢在空中保持静止，由受力分析可知必须保证T=（P+Qε）g，若要使轿厢加速上升，则必须保证T=(P+Qε)(g+a)(其中a为加速度)，若要使轿厢加速下降，则必须保证T=(P+Qε)(g-a)。如果轿厢重量被另外一个力F平衡，即F=（P+Qε）g，拉力T仅用来使轿厢产生加速度，这样拉力T就大大减少了，按照这样分析，如果F由对重提供，T由曳引机提供，则曳引机需要提供的拉力T为(P+Qε)a，但由于轿厢载荷是一个变值，而我们在实际情况下只能提供一个固定不变的的对重重量，这就需要考虑合理得确定对重的取值了，将F=（P+Qε）g中的ε替换为δ得到公式F=（P+Qδ）g，如果δ取值合适，则可以大大降低T值，从各种工况中分析不难得出，显然当δ为50%时，曳引机在各种工况需要提供的最大拉力T为最小。这个δ即为平衡系数，以上是根据受力分析角度得出的结论。考虑到在电梯实际运行中，轿厢载荷系数ε一般在0-60%之间，极少出现满载情况，平衡系数可以适当小一些，因此平衡系数取δ=40%-50%。这样对重重量与轿厢自身重量加上40%~50%的额定载荷近似相等。

从以上受力分析可以看出，轿厢与对重系统上的不平衡是绝对的。如果曳引机的功率余量足够，则平衡系数主要影响电梯的能耗，如果曳引机的功率余量不足，则平衡系数取值不合适可能会造成电梯启动后倒拉、溜车等事故。同时，平衡系数取值也直接影响曳引轮两侧钢丝绳的拉力，取值不合适可能会造成曳引条件不成立、钢丝绳打滑等事故。因此平衡系数是电梯安全性能中的一个重要指标，在电梯设计时，平衡系数的选取既要考虑曳引机功率，又要考虑曳引条件。从受力分析还可以看出，平衡系数的选取也会影响轿厢、对重质量，而轿厢、对重质量则会影响钢丝绳、钢丝绳数量、曳引轮绳槽参数、安全钳、缓冲器等的选择。以上分析是建立在设定条件下的结论，在实际应用时还需要按照实际工况进行一些修正。比如当电梯无补偿装置时，电梯的实际曳引比将加大，其实际影响相当于减少轿厢重量；随行电缆质量实际影响补偿装置对钢丝绳的实际补偿比变化。一般在电梯无补偿装置时轿厢自重按照实际重量的90%选取，随行电缆质量的实际影响按补偿装置对钢丝绳的实际补偿比确定。

平衡系数的确定必须在设计时结合钢丝绳、钢丝绳数量、曳引轮绳槽参数、安全钳、缓冲器、曳引机等综合考虑。同时需要指出的是，平衡系数的取值，并非只要安装或者验收时测得在40%-50%即可，而是必须保证轿厢、对重重量与设计要求一致的前提下才行。这就要求实际安装时不得随意改变轿厢重量，电梯验收时或检验时必须检测实际值与设计值是否一致，有无私自改变轿厢重量。

近年来，有些建筑尤其是高档建筑在对客用电梯装饰要求很高。因为轿厢改变装璜设计影响到轿厢重量，改变轿厢重量则影响到曳引条件及平衡系数的改变，同时也影响到安全钳及缓冲器的是否适用。所以电梯在经过国家质量监督总局特种设备检验机构验收合格投入使用后，使用单位不得随意对轿厢进行装潢，在对轿厢进行装潢前必须经原制造单位同意，并且改造后要重新检验。同时还应该验证电梯的安全钳、缓冲器、安全装置等是否仍可靠有效，其中平衡系数等重要检测参数还要重新测定，否则将会留下安全隐患，从而造成事故，给人民群众的生命财产造成重大损失。为有效地防范此类电梯事故的发生，必须加强设备的使用单位以及维修保养单位维的安全防范意识，执行“安全为主，预检预修，计划保养”的原则，健全、完善的电梯使用管理制度，管理应到位，责任应明确; 加强对使用人员的教育培训工作，强化安全意识行为，根据规定对电梯进行维修保养，有异常情况必须及时向上级或质量监督部门及时汇报，做到事故隐患早发现、早排除。

在工程实际中，电梯平衡系数的检测方法有电流法、电压法、功率法、转速法等。一般情况下，采用交流电动机的电梯多采用电流法，采用直流电动机的电梯多采用直流电压表测量串联在电动机回路中标准电阻两端的电压或直接用直流钳形表测量电压的方法。现在工程实际中的电梯绝大多数采用交流电动机，一般采用电流法检测平衡系数，这种检验方法是国家质量监督检验检疫总局2002年的《电梯监督检验规程》采用的方法。其8.3.1项检验方法为：轿厢分别承载0、25%、50%、75%、100%的额定载荷，进行沿全程直驶运行试验，分别记录轿厢上下行至与对重同一水平面时的电流、电压或速度值。对于交流电动机通过电流测量并结合速度测量，做电流―载荷曲线或速度-载荷曲线，以上、下运行曲线交点确定平衡系数。电流应用钳型电流表从交流电动机输入端测量。对于直流电动机通过电流测量并结合电压测量，做电流-载荷曲线或电压-载荷曲线，确定平衡系数。这种方法是检验机构广泛采用的方法。

通过以上所述，明确了电梯平衡系数的实质，讨论了其取值对电梯曳引条件的影响。验收时必须采取正确的检测方法验证平衡系数是否与设计一致。对于电梯的平衡系数，首先应该正确理解其物理含义，这是正确设计电梯曳引条件的必要条件。其次，在安装过程中，要严格按照规程安装电梯，不得随意改变轿厢重量，验收时必须检测实际值与设计值是否一致。再次，在电梯日常维修保养中，要定期检测电梯的平衡系数，以防止由于客户自行对电梯装修造成平衡系数超出允许范围，造成安装隐患或安全事故。