電梯平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的影響因素分析

肖長(zhǎng)青 王 璇(天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 天津 300192）

電梯平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的影響因素分析

肖長(zhǎng)青 王 璇
(天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 天津 300192）

隨著社會(huì)的發(fā)展，高層建筑日益增多，電梯已經(jīng)成為了一種必不可少的高效運(yùn)輸交通工具，其中曳引式電梯應(yīng)用更加廣泛?，F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，低速電梯的平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置情況各式各樣，檢規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其設(shè)置沒有明確規(guī)范，其合理性的判斷一直困擾著檢驗(yàn)人員。平衡補(bǔ)償裝置不僅對(duì)電梯的安全運(yùn)行有著重大的意義，而且還影響電梯的節(jié)能性能及舒適感。本文通過對(duì)曳引能力、能耗及電梯乘坐舒適感等方面分析，確定影響平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的因素，供檢驗(yàn)人員參考。

電梯 補(bǔ)償裝置 曳引力 節(jié)能 舒適感

為了提高電梯的曳引性能，減小電梯運(yùn)行中曳引輪兩邊的載荷差，電梯宜采用補(bǔ)償裝置。如果轎廂的平衡補(bǔ)償裝置安裝不合理，會(huì)造成轎廂受到一個(gè)不平衡力，從而產(chǎn)生振動(dòng)[1]；平衡補(bǔ)償裝置過長(zhǎng)，造成電梯運(yùn)行過程中，補(bǔ)償裝置拖地摩擦及擺動(dòng)過程中碰撞對(duì)重護(hù)欄引發(fā)噪聲[2]；提升高度較高的電梯，如果不安裝平衡補(bǔ)償裝置，會(huì)影響電梯的曳引能力，甚至?xí)绊戨娞莸陌踩\(yùn)行[3]。在檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于低速電梯，有的3層3站的電梯有補(bǔ)償裝置，有的11層11站的電梯沒有補(bǔ)償裝置，有的相同條件的電梯設(shè)置補(bǔ)償裝置的情況也不一樣，《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)僅對(duì)補(bǔ)償裝置有具體要求，對(duì)設(shè)置補(bǔ)償裝置的情況卻沒有明確的規(guī)范，所以補(bǔ)償裝置設(shè)置的合理性一直困擾著檢驗(yàn)人員。因此，確定平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的影響因素，對(duì)檢驗(yàn)人員判斷其合理性有著重要意義。

1　平衡補(bǔ)償裝置的本質(zhì)

從理論的角度來說，電梯平衡補(bǔ)償裝置是被廣泛地應(yīng)用于電梯的一個(gè)部件，是用來平衡電梯正常運(yùn)行過程中曳引輪兩側(cè)的鋼絲繩重量不均衡變化的措施。當(dāng)轎廂位于最低層站時(shí)，曳引鋼絲繩的大部分重量會(huì)作用于轎廂側(cè)，使轎廂側(cè)的重量變大；相反，當(dāng)轎廂位于最高層站時(shí)，曳引鋼絲繩的大部分重量作用于對(duì)重側(cè)，使對(duì)重側(cè)的重量變大。這種重量的變化在電梯提升高度較小時(shí)，對(duì)電梯的運(yùn)行性能影響微乎其微，但提升高度超過一定值時(shí)，也就是說曳引輪兩側(cè)重量不均衡變化超過一定量時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響電梯安全運(yùn)行的穩(wěn)定性，甚至危及乘客的安全。因此，當(dāng)電梯的提升高度超過一定值時(shí)，必須要用加裝平衡補(bǔ)償裝置。平衡補(bǔ)償裝置如圖1所示。

圖1　平衡補(bǔ)償裝置

2　電梯平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置對(duì)曳引能力的影響

設(shè)置電梯平衡補(bǔ)償裝置時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮電梯的安全性能，而不是電梯成本。曳引條件是電梯運(yùn)行安全性能的重要指標(biāo)之一，所以，設(shè)置平衡補(bǔ)償裝置應(yīng)當(dāng)依據(jù)每臺(tái)電梯的曳引條件來決定，而不能簡(jiǎn)單的以一定高度作為設(shè)置平衡補(bǔ)償裝置的臨界情況。即電梯在轎廂裝載工況、緊急制動(dòng)情況和轎廂滯留工況時(shí)，曳引能力應(yīng)滿足以下公式：

式中：

T1——曳引輪轎廂側(cè)拉力；

T2——曳引輪對(duì)重側(cè)拉力；

e——自然對(duì)數(shù)底；

f——當(dāng)量摩擦系數(shù)；

α——鋼絲繩在繩輪上的包角。

2.1轎廂裝載工況

以低速電梯為例，轎廂裝載工況，即電梯裝載125%額定載荷，轎廂在最底層，如圖2所示。

圖2　轎廂裝載工況

由于轎廂在最底層，隨行電纜對(duì)曳引輪轎廂側(cè)的拉力影響較小，可忽略不計(jì)；對(duì)重在最頂層，對(duì)重側(cè)的鋼絲繩較短，經(jīng)查資料可知，直徑為13mm的鋼絲繩重量為57kg/100m～65kg/100m，所以對(duì)重側(cè)的鋼絲繩重量可忽略不計(jì)；滑動(dòng)摩擦力與動(dòng)摩擦系數(shù)和正壓力有關(guān)，尼龍與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.05，并且導(dǎo)軌上有油潤(rùn)滑，實(shí)際的動(dòng)摩擦系數(shù)更小，安裝質(zhì)量較好的電梯，水平方向的正壓力很小，故井道內(nèi)的摩擦可忽略不計(jì)。

計(jì)算公式如下：

式中：

P——空載轎廂及反繩輪的質(zhì)量和，kg；

Q——額定載重量，kg；

MSRcar——轎廂側(cè)懸掛鋼絲繩的實(shí)際質(zhì)量，kg；

r——鋼絲繩倍率；

Mcwt——對(duì)重包括反繩輪的質(zhì)量，kg。

式中：

ns——鋼絲繩數(shù)量；

qs——鋼絲繩單位長(zhǎng)度的重量，kg/m；

H——提升高度，m。

將式（4）帶入式（3)，取式（3）臨界值情況，求出應(yīng)裝平衡補(bǔ)償裝置的臨界高度，即：

推出，

2.2緊急制動(dòng)工況

●2.2.1空轎廂在頂層上行工況計(jì)算

在該工況下，如圖3所示，轎廂側(cè)的鋼絲繩長(zhǎng)度較短，對(duì)曳引輪轎廂側(cè)的拉力較小，所以轎廂側(cè)的鋼絲繩質(zhì)量可忽略不計(jì)；由于摩擦系數(shù)和水平正壓力較小，井道內(nèi)的摩擦力可忽略不計(jì)。

圖3　空載轎廂在頂層上行緊急制動(dòng)工況

計(jì)算公式如下：

式中：

MTrav——隨行電纜的實(shí)際質(zhì)量；

g——重力加速度；

a——制動(dòng)減速度；

mPcar——轎廂側(cè)反繩輪慣量的折算質(zhì)量；

MSRcwt——對(duì)重側(cè)懸掛鋼絲繩的實(shí)際質(zhì)量，kg；

mPcwt——對(duì)重側(cè)反繩輪慣量的折算質(zhì)量。

MSRcwt=ns×qs×H （8）

將式（8）帶入式（7)，取式（7）臨界值情況，求出應(yīng)裝平衡補(bǔ)償裝置的臨界高度，即：

推出，

式中：

JP——反繩輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

DP——反繩輪的直徑；

vPcar——轎廂側(cè)反繩輪的線速度；

v——轎廂的線速度。

式中：

vPcwt——對(duì)重側(cè)反繩輪的線速度。

●2.2.2轎廂裝載125%額定載荷在最底層下行工況

在該工況下，如圖4所示，由于轎廂在最底層，隨行電纜對(duì)曳引輪轎廂側(cè)的拉力影響較小，可忽略不計(jì)；對(duì)重側(cè)的鋼絲繩長(zhǎng)度較短，對(duì)曳引輪對(duì)重側(cè)的拉力較小，所以對(duì)重側(cè)的鋼絲繩質(zhì)量可忽略不計(jì)；由于摩擦系數(shù)和水平正壓力較小，井道內(nèi)的摩擦力可忽略不計(jì)。

圖4　125%額定載荷轎廂在最底層下行緊急制動(dòng)工況

計(jì)算公式如下：

將式（4）帶入式（13），取式（13）臨界值情況，求出應(yīng)裝平衡補(bǔ)償裝置的臨界高度，即：

推出，

2.3滯留工況

滯留工況，如圖5所示，即轎廂空載，對(duì)重壓實(shí)緩沖器，曳引機(jī)向上方向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)減速度a=0。在該工況下，轎廂側(cè)的鋼絲繩長(zhǎng)度較短，對(duì)曳引輪轎廂側(cè)的拉力較小，所以轎廂側(cè)的鋼絲繩質(zhì)量可忽略不計(jì)；由于摩擦系數(shù)和水平正壓力較小，井道內(nèi)的摩擦力可忽略不計(jì)。

圖5　滯留工況

計(jì)算公式如下：

取式（16）臨界值情況，求出應(yīng)裝平衡補(bǔ)償裝置的臨界高度，即：

推出，

根據(jù)曳引條件分析，推出必須安裝平衡補(bǔ)償裝置的最不利情況，即式（6）、式（10）、式（15）、式（18）中的最小值為必須安裝平衡補(bǔ)償裝置的高度。

3　電梯平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置對(duì)節(jié)能的影響

在電梯運(yùn)行過程中，由于補(bǔ)償裝置平衡了曳引輪兩邊懸掛鋼絲繩的重量差，減少了曳引機(jī)兩側(cè)的不平衡力矩，降低了電能損耗，因此補(bǔ)償裝置的設(shè)置對(duì)電梯的節(jié)能有一定影響。

4　電梯平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置對(duì)乘坐舒適感的影響

電梯平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的主要目的是減小電梯運(yùn)行過程中的不平衡力矩，改善運(yùn)行性能。當(dāng)鋼絲繩重量超過一定數(shù)值后，空轎廂在轎頂或滿載在轎底時(shí)，有可能主機(jī)運(yùn)行的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足，影響加速度、減速度及曲線拐角時(shí)間，使得S曲線的起制動(dòng)過渡時(shí)間不合適，振動(dòng)加減速度會(huì)超標(biāo)，降低乘坐舒適感。高速電梯設(shè)置補(bǔ)償裝置的目的不僅是平衡不平衡力矩，而且還增加轎廂的約束力，提高運(yùn)行的平穩(wěn)性。

5　電梯平衡補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)

目前，電梯廠家常用的平衡補(bǔ)償裝置形式有如下幾種：

穿麻繩的補(bǔ)償鏈。這種補(bǔ)償鏈在鐵鏈中穿入麻繩，其優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是鐵環(huán)與鐵環(huán)之間不可能完全避免摩擦，噪聲比較大，人在轎廂內(nèi)有明顯抖動(dòng)感，只適用于提速小于1.75m/s的電梯。

PVC包裹的補(bǔ)償鏈。這種補(bǔ)償鏈在鐵鏈的外部包裹一層PVC管，其優(yōu)點(diǎn)是成本相對(duì)不高，比穿麻繩的補(bǔ)償鏈引起的噪聲大大減小，缺點(diǎn)是在使用一段時(shí)間后，PVC管老化、脫落，耐用性差。

補(bǔ)償繩。這種補(bǔ)償裝置采用的是較粗的鋼絲繩，下端須有張緊裝置，其優(yōu)點(diǎn)是適用于高速電梯，補(bǔ)償效果好，電梯運(yùn)行平穩(wěn)，缺點(diǎn)是成本較高。

6　結(jié)論

平衡補(bǔ)償裝置是電梯運(yùn)行性能的重要影響因素之一，目前，相關(guān)的電梯標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電梯平衡補(bǔ)償裝置的設(shè)置沒有明確要求，特別是低速電梯，檢驗(yàn)人員在現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)平衡補(bǔ)償裝置是否設(shè)置、以及設(shè)置合理性沒有明確的判斷依據(jù)。因此，建議盡快完善檢規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，增加平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的具體規(guī)范及要求，為檢驗(yàn)人員判斷提供一個(gè)理論依據(jù)。本文從曳引能力、節(jié)能及乘坐舒適感等方面進(jìn)行分析，確定影響平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的因素，為檢驗(yàn)人員在現(xiàn)場(chǎng)判斷提供一個(gè)參考。

[1] 梁卓成. 淺談電梯轎廂振動(dòng)的原因及處理措施[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，(23)：113.

[2] 張倫文. 曳引式電梯補(bǔ)償鏈長(zhǎng)度的檢驗(yàn)[J]. 中國(guó)特種設(shè)備安全，2013，29(10)：26-28.

[3] 陶景. 影響電梯舒適感的因素[J]. 中國(guó)特種設(shè)備安全，2009，25(6)：13-15.

Analysis of Influencing Factors for Installation of Elevator Compensating Chain Device

Xiao Changqing Wang Xuan
(Tianjin Special Equipment Inspection Institute Tianjin 300192)

With the development of society, more and more high-rise buildings appeared, the elevator has become an essential and efficient transportation. For the installation of low speed elevator compensating chain device, there is no rules to follow. So it is hard for inspector to judge the rationality. The compensating chain device is not only for safe operation of the elevator, but also affects the energy conservation and comfort. This paper analyzes the tractive force and energy consumption and comfort of elevator for the installation of compensating chain, and confirmed the influencing factors for inspector reference.

Elevator Compensating chain device Tractive force Energy conservation Comfort

X941

B

1673-257X(2016)01-0032-05

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．01．008

肖長(zhǎng)青(1966～)，男，本科，工程師，主要從事電梯檢測(cè)工作，研究方向?yàn)殡娞葜悄軝z測(cè)技術(shù)。

（2015-06-16）