對(duì)電梯曳引力和平衡系數(shù)的研究及相關(guān)影響

劉德勇（成都市特種設(shè)備檢驗(yàn)院，四川成都610000）

LIUDe-yong（Chengdu Institute of Special Equipment Inspection，Chengdu610000，China）

對(duì)電梯曳引力和平衡系數(shù)的研究及相關(guān)影響

劉德勇
（成都市特種設(shè)備檢驗(yàn)院，四川成都610000）

電梯曳引力和平衡系數(shù)是電梯安全運(yùn)行、質(zhì)量保證最重要的兩個(gè)性能參數(shù)。電梯曳引力和平衡系數(shù)的好壞，將決定電梯使用的壽命和乘客的舒適感，也是判斷一臺(tái)電梯是否節(jié)能的一項(xiàng)重要參數(shù)，同時(shí)又是導(dǎo)致電梯嚴(yán)重事故發(fā)生的根源之一。因此，通過(guò)電流法和盤車手輪轉(zhuǎn)矩法來(lái)分析平衡系數(shù)，以及兩個(gè)方法之間的比較，通過(guò)各種工況下曳引力的計(jì)算，最后總結(jié)出電梯曳引力和平衡系數(shù)之間的關(guān)系和影響，以及可采取的相應(yīng)措施。

平衡系數(shù)；曳引力；摩擦系數(shù)；轉(zhuǎn)矩法

LIUDe-yong
（Chengdu Institute of Special Equipment Inspection，Chengdu610000，China）

0　引言

隨著我國(guó)城市化建設(shè)不斷深入，人民的生活水平不斷改善，需要一個(gè)舒適的生活環(huán)境，所以電梯是每一棟高樓必不可少的一種垂直升降工具。例如，成都市電梯數(shù)量最近三年都是以20%的速度遞增，到2014年6月份已達(dá)到8萬(wàn)臺(tái)左右，尤其是郊區(qū)縣城增加突出，因此對(duì)電梯曳引力和平衡系數(shù)的研究是必要的，能夠減少人身財(cái)產(chǎn)安全的隱患，加強(qiáng)檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)電梯的安全管理和驗(yàn)收檢驗(yàn)工作。

1　平衡原理

要使電梯勻速運(yùn)動(dòng)或靜止，就需要一個(gè)拉力F與物體的重力G相平衡，即F=G。假如要想使電梯變速運(yùn)動(dòng)[1]，除了拉力F需要克服重力G以外，還需要提供一個(gè)產(chǎn)生加速度的力F1，即F=G+F1= G+ma（m是物體的質(zhì)量，a是加速度），在電梯系統(tǒng)中，電梯的重力G被對(duì)重的重力W所平衡，即拉力F=F1=ma。

對(duì)重的重力W等于轎廂自重P和電梯載荷Q1之和，即W=P+Q1。又因?yàn)檩d荷Q1是一個(gè)隨機(jī)變化的值，它可能是空載、輕載，也可能是滿載，因此W=P+Q1=P+KQ（Q是額定載荷，K是0～1之間的常數(shù)）。由此可以推出電梯的不平衡載荷ΔT。

要使電梯載荷平衡，就要使ΔT=0，由此可以推出：

K就是平衡系數(shù)。

1.1平衡系數(shù)的計(jì)算方法

平衡系數(shù)的計(jì)算方法有直接法和間接法，直接法有稱重法、電流法；間接法有盤車手輪轉(zhuǎn)矩法。目前用得最多的是電流法和盤車手輪轉(zhuǎn)矩法。

1.1.1電流法

電流法就是用鉗形數(shù)字電流表記錄電梯上行和下行時(shí)，轎廂和對(duì)重運(yùn)行到同一水平位置交匯的瞬間，主電機(jī)進(jìn)線時(shí)的電流值大小。分別記錄在額定載荷30%、40%、45%、50%、60%上行和下行時(shí)電流的大小[2]，繪制載荷-電流曲線圖，平衡系數(shù)就是上行和下行曲線相交的點(diǎn)，由檢規(guī)可知平衡系數(shù)K的取值在0.4～0.5之間。電流法的步驟如下：

（1）當(dāng)對(duì)重和轎廂運(yùn)行到同一水平位置時(shí)在曳引繩上標(biāo)記一條線；

（2）用鉗形數(shù)字電流表分別記錄載荷在空載和額定載荷的30%、40%、45%、50%、60%、110%上行和下行時(shí)對(duì)重和轎廂運(yùn)行到同一水平位置，主電機(jī)進(jìn)線的電流大??；

（3）分別畫出上行和下行的負(fù)載-電流曲線圖；

（4）曲線的交點(diǎn)就是平衡系數(shù)；

（5）平衡系數(shù)在0.4～0.5之間，則結(jié)束；否則，調(diào)整載荷，重新返回到（2）。

用計(jì)算機(jī)處理的表格和曲線圖如表1和圖1。

表1　電流大小

圖1　載荷-電流曲線圖

1.1.2盤車手輪轉(zhuǎn)矩法

電流法由于種種原因，如：在動(dòng)態(tài)條件下進(jìn)行人工測(cè)試電流存在較大的讀數(shù)誤差、儀器自身誤差、儀器反應(yīng)誤差、人為繪圖的誤差，多次搬運(yùn)砝碼所積累的誤差，這些導(dǎo)致平衡系數(shù)的誤差較大[3]。而盤車手輪轉(zhuǎn)矩法比電流法的誤差要小。利用電梯手動(dòng)盤車裝置，通過(guò)盤車力矩測(cè)試裝置測(cè)試盤車力矩?cái)?shù)值D，進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)處理。其中機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)阻力f在靜態(tài)力矩平衡中影響微小，通過(guò)同一位置向上、向下兩次盤車讀出數(shù)值求取平均值方法抵消了其對(duì)D值的影響。根據(jù)力矩平衡原理推算出D值與電梯平衡系數(shù)關(guān)系公式：當(dāng)實(shí)驗(yàn)載荷等于額定載荷時(shí)：Q=Q'

其中D1、D2、D3為電梯轎廂處于不同?？课恢没虿煌d荷工況時(shí)（如圖2）力矩測(cè)試裝置上、下盤車測(cè)試讀值的平均值。

圖2　不同載荷力矩測(cè)試

當(dāng)實(shí)驗(yàn)載荷不等于額定載荷時(shí)：Q=i·Q'，則K'=i·k。

2　曳引力的計(jì)算

曳引力是靠曳引輪與曳引繩之間的摩擦力來(lái)拉動(dòng)轎廂。曳引力應(yīng)該滿足以下三個(gè)條件[4]：

（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(dòng)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(guò)緩沖器（包括減行程的緩沖器）作用時(shí)減速度的值；

（3）當(dāng)對(duì)重壓在緩沖器上而曳引機(jī)按電梯上行方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)不可能提升空載轎廂。按GB7588-2003附錄M提示曳引力計(jì)算采用下面的公式：用于轎廂裝載和緊急制動(dòng)工況；用于轎廂滯留工況（對(duì)重壓在緩沖器上，曳引輪向上方向旋轉(zhuǎn)）

其中：f——當(dāng)量摩擦系數(shù)；a——鋼絲繩在輪上的包角，rad；T1、T2——曳引輪兩側(cè)曳引繩的拉力；e——自然對(duì)數(shù)的底，e≈2.718。

2.1當(dāng)量摩擦系數(shù)f的計(jì)算

（1）對(duì)曳引輪為半圓槽和帶切口半圓槽的公式：

其中：u為摩擦系數(shù)；β為下部切口角度值，rad，最大不應(yīng)超過(guò)106°；r為上部槽的角度值，rad，不應(yīng)小于35°。如圖3。

圖3　帶切口半圓槽

（2）對(duì)曳引輪為V形槽的公式：

轎廂裝載和緊急制動(dòng)工況：

s

轎廂滯留工況：

u=0.2。如圖4所示。

圖4　V形槽

2.2T1、T2的計(jì)算

轎廂裝載工況：

P為轎廂自重，Q為額定載重量，gn為重力加速度，r為曳引鋼絲繩的倍率，X=1時(shí)，w1為鋼絲繩質(zhì)量，k=1.25；X=2時(shí)，w2補(bǔ)償鏈的質(zhì)量，k為平衡系數(shù)。

緊急制動(dòng)工況：

W3為隨行電纜懸掛的質(zhì)量。

轎廂滯留工況：

3　兩者的關(guān)系

曳引力是指依賴于曳引輪和鋼絲繩之間的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)、保障電梯的一種能力，而平衡系數(shù)是指對(duì)重與轎廂處在同一水平面上時(shí)，上行和下行電流—載荷的交點(diǎn)，根據(jù)《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則》平衡系數(shù)K取值0.4～0.5之間。由于平衡系數(shù)K是固定的，而載荷是變化的，K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，K值取0.4Q～0.5Q，那么不平衡載荷為：也就是說(shuō)電梯提供的最小曳引力為（0.75～0.85）Q。

4　兩者的影響及相應(yīng)措施

電梯的平衡系數(shù)會(huì)影響電梯沖頂或蹲底，而曳引力會(huì)影響電梯的蹲底或溜車。沖頂和蹲底是電梯事故中最不愿意看到的情況，因?yàn)榘l(fā)生這種情況，輕則傷，重則死。因此，必須要對(duì)電梯沖頂或蹲底的原因進(jìn)行分析，為電梯的安全管理和檢驗(yàn)工作做好事前控制。當(dāng)然產(chǎn)生電梯沖頂或蹲底的原因有很多，在此只針對(duì)電梯的平衡系數(shù)和曳引力進(jìn)行分析，如表2所示。

對(duì)電梯溜車的原因分析有很多，如：制動(dòng)閘瓦磨損、彈簧力不足、制動(dòng)器不抱閘和電梯超載，但這里不是所研究的重點(diǎn)，本文研究的重點(diǎn)是曳引力不足所帶來(lái)的溜車，根據(jù)前面的理論研究知道曳引力與曳引輪的摩擦因數(shù)有關(guān)，那就是與曳引輪磨損的程度有很大關(guān)系。曳引輪的磨損的原因有：曳引輪制作材料不符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)；安裝和更換鋼絲繩造成鋼絲繩扭結(jié)，磨損曳引輪；受力不均勻；比壓過(guò)大；長(zhǎng)時(shí)間使用，自然磨損等等。

對(duì)不同工況、原因下平衡系數(shù)過(guò)大，過(guò)小和曳引力不足造成的沖頂、蹲底、溜車，采取的措施各不相同。如表2所示。

表2　電梯的平衡系數(shù)和曳引力的影響

5　結(jié)論

對(duì)電梯曳引力和平衡系數(shù)的研究，有利于事前控制，減少安全事故的發(fā)生，防止發(fā)生電梯沖頂或者蹲底，但發(fā)生電梯沖頂或者蹲底的原因有很多，采取的措施根據(jù)不同的原因各不相同。對(duì)平衡系數(shù)檢測(cè)的方法中，雖然電流法在檢驗(yàn)中用得比較多，但偏差較大，還費(fèi)力和費(fèi)時(shí)；而轉(zhuǎn)矩法通過(guò)同一位置向上、向下兩次盤車讀出數(shù)值求取平均值減小了偏差，還省力省時(shí)。

［1］楊亞琴.電梯平衡系數(shù)優(yōu)化的研究［J］.中國(guó)制造業(yè)信息化，2011（23）：32-34.

［2］吳澤松.空載時(shí)通過(guò)測(cè)試盤車力矩確定電梯平衡系數(shù)［J］.中國(guó)電梯，2012（3）：78-80.

［3］李典韋.利用額定載荷靜態(tài)系測(cè)試電梯平衡數(shù)方法［J］.質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2011（2）：45-46.

［4］GB/T 7588-2003.電梯制造與安裝安全規(guī)范［S］.

(編輯：王智圣)

The Study of Elevator Traction and Balance Coefficient

The elevator traction and balance coefficient is the safe operation of the elevator，and quality assurance two of the most importantperformance parameters.The good or bad ofelevator traction and balance coefficient，will determine the elevator using life and passenger comfort，is also judge whether a elevator energy-saving is an important parameter.It is also one of lead to serious accident happened at the rootof the elevator.Therefore，this paper through the current law and handwheel torquemethod toanalyze theequilibrium coefficient，and the comparison between the two methods，under various conditions，by calculating the tractive force，finally summarizes the relationship between elevator traction and balance coefficientand the influence，and correspondingmeasures.

balance coefficient；traction；friction coefficient；torquemethod

TU857

A

1009－9492(2015)04－0149－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.040

2014－11－26

劉德勇，男，1985年生，四川人，碩士，工程師。研究領(lǐng)域：信號(hào)處理、檢測(cè)技術(shù)。已發(fā)表論文3篇。