電梯定期檢驗中平衡系數(shù)檢測的意義和方法探究及典型案例分析

趙龍

（北京市通州區(qū)特種設(shè)備檢測所，北京 101101）

隨著經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高層建筑在城市不斷涌現(xiàn)，電梯成為重要的垂直運(yùn)輸交通工具，電梯安全受到社會的廣泛關(guān)注。電梯按驅(qū)動方式分為曳引式驅(qū)動、強(qiáng)制式驅(qū)動、液壓式驅(qū)動等，其中曳引式驅(qū)動占90%以上，平衡系數(shù)是曳引式電梯的重要參數(shù)之一。

《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》（TSG T7001-2009，含第1 號修改單和第2 號修改單）中，8.1 項平衡系數(shù)試驗規(guī)定：曳引電梯的平衡系數(shù)應(yīng)當(dāng)在0.40～0.50，或者符合制造（改造）單位的設(shè)計值，在注A-7 中規(guī)定：“只有當(dāng)本條檢驗結(jié)果為符合時方可進(jìn)行8.2 ～8.13的檢驗”，明確了平衡系數(shù)定期檢驗的必要性。

1 平衡系數(shù)的實質(zhì)及定期檢驗的意義

1.1 平衡系數(shù)的實質(zhì)

要正確理解平衡系數(shù)的實質(zhì)，需了解曳引式電梯系統(tǒng)（如圖1 所示）及工作原理。轎廂與對重裝置的重力使曳引鋼絲繩壓緊在曳引輪繩槽內(nèi)，電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，由繩槽與鋼絲繩之間產(chǎn)生的摩擦力帶動轎廂和對重作相對運(yùn)動，將人（貨物）運(yùn)送到目標(biāo)層站。

從力學(xué)角度分析，要使轎廂在空中保持靜止，必須有一拉力T 與轎廂重力P 相平衡，即T=P，稱為力的平衡。若使轎廂向上運(yùn)動，則拉力T 還要提供一個產(chǎn)生加速度的力F，即T=P+F=P+ma(m 為轎廂的質(zhì)量；a 為加速度)。如果轎廂重力P 被另外一個對重重力W 所平衡，即W=P，這時，拉力T只需提供使轎廂產(chǎn)生加速度所需的力，即T=F=ma，因此，大大減小了拉力T，這就是電梯采用的“平衡原理”，如圖2 所示。

在平衡系統(tǒng)中最理想的狀態(tài)是對重重量與轎廂重量（包括轎廂自重和運(yùn)輸載荷重量）相等，但運(yùn)輸載荷是一個變量，實際中曳引輪兩側(cè)的重量很難相等，因此，選擇一個恰當(dāng)?shù)膶χ刂亓亢苤匾B 7588《電梯制造與安裝安全規(guī)范》的附錄G 給出了電梯平衡系數(shù)的定義：“平衡系數(shù)，即額定載荷及轎廂質(zhì)量由對重或平衡重平衡的量?！保鋽?shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，K 為電梯平衡系數(shù)；W 為電梯對重質(zhì)量，kg；P 為電梯轎廂質(zhì)量，kg；Q 為電梯額定載荷，kg。

由公式(1)可以看出：由于轎廂質(zhì)量和額定載重是確定的，平衡系數(shù)K 的實質(zhì)就是設(shè)計配置對重的質(zhì)量大小，即W=P+KQ。

設(shè)電梯運(yùn)行時實際載荷為，此時，不平衡載荷△T 可表示為：

由公式(2)可以看出：平衡系數(shù)K 也決定了最大不平衡載荷的大小。

1.2 平衡系數(shù)定期檢驗的意義

由公式（1）和（2）可知，平衡系數(shù)值決定了對重質(zhì)量和不平衡載荷，是基礎(chǔ)設(shè)計數(shù)據(jù)，在安裝或改造時核算調(diào)整，經(jīng)監(jiān)督檢驗合格后不允許隨意更改。但隨著人們對電梯轎廂環(huán)境有了新需求，監(jiān)督檢驗合格后轎廂二次裝修、安裝空調(diào)等現(xiàn)象日益普遍，而轎廂質(zhì)量的改變導(dǎo)致電梯平衡系數(shù)改變。作者認(rèn)為這就是電梯檢驗規(guī)中平衡系數(shù)定期檢驗的意義，旨在確認(rèn)平衡系數(shù)是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.40 ～0.50，或者符合制造（改造）單位的設(shè)計值，從而減少安全隱患。

圖1 曳引式電梯系統(tǒng)簡圖

圖2 平衡原理示意圖

2 平衡系數(shù)改變對電梯的影響

2.1 對電動機(jī)功率的影響

曳引電動機(jī)的功率在初選和核算時可按靜功率進(jìn)行計算，計算公式為：

式中，P 為電動機(jī)功率（kW）；V 為額定速度（m/s）；Q 為額定載荷（kg）；η 機(jī)械傳動總效率；i 為倍率。

由式（3）可知，當(dāng)電梯選用的曳引電動機(jī)功率P 為某一確定的且足夠大的值時，K 值的改變將影響電梯運(yùn)行時的能耗大小。當(dāng)選用的曳引電動機(jī)功率P 余量較小時，可能造成啟動時功率不足出現(xiàn)倒拉，發(fā)生溜車或者沖頂事故。如果電梯長時間處于滿負(fù)荷運(yùn)行，曳引電動機(jī)可能自我保護(hù)停機(jī)或者過熱燒損。

2.2 對電梯曳引力的影響

平衡系數(shù)影響系統(tǒng)總質(zhì)量，從而影響曳引繩兩側(cè)鋼絲繩的張力，張力的大小影響曳引鋼絲繩對曳引輪繩槽的比壓，從而影響電梯的曳引力大小。平衡系數(shù)改變可能造成曳引條件不符合要求，當(dāng)存在電梯最大曳引力＜最大不平衡載荷時，鋼絲繩將與曳引輪繩槽之間產(chǎn)生相對滑動，可能發(fā)生溜車事故。

2.3 對安全性能的影響

平衡系數(shù)影響轎廂及對重裝置總質(zhì)量的大小，影響曳引鋼絲繩、曳引輪繩槽、制動器等功能部件參數(shù)的選擇，同時，還影響電梯運(yùn)行中啟、制動的加減速度。其值改變將直接影響電梯所用功能部件參數(shù)以及安全部件選型是否能夠滿足實際情況，給電梯運(yùn)行留下了重大安全隱患。

2.4 平衡系數(shù)過小對電梯制動電阻的影響

電梯的制動電阻主要用來消耗曳引系統(tǒng)中多余的重力勢能，電梯廠家在選取制動電阻時，是根據(jù)平衡系數(shù)的正常范圍以及制動電阻的散熱速率等因素決定的。如果平衡系數(shù)過小，那么，電梯在長時間滿負(fù)荷的狀態(tài)下，制動電阻很有可能因為熱量未能及時散去而導(dǎo)致熱量積聚，可能會出現(xiàn)燒損甚至起火燃燒。

3 平衡系數(shù)檢測方法對比

平衡系數(shù)檢測方法包括直接稱重法、手動盤車法、載荷電流曲線圖法、二次加載電流法，下面通過對比分析確定最優(yōu)方法。

3.1 直接稱重法

從式（1）可知，只要稱出對重質(zhì)量W 和轎廂質(zhì)量P，而額定載荷Q 已知，即可求出平衡系數(shù)k。但此法需將轎廂和對重以及相關(guān)部件測量稱重，只適合電梯安裝前使用，定期檢驗中無法操作，所以很少應(yīng)用。

3.2 手動盤車法

轎廂內(nèi)裝載額定載荷重量45%的配重，然后，將轎廂運(yùn)行至和對重同一高度，斷開主電源，一人用松閘扳手松開制動器，另一人用盤車輪手動盤車，另派人對轎廂內(nèi)配重進(jìn)行增減直至盤車人大概感知到向下與向上用力相同時，轎廂內(nèi)配重的質(zhì)量與額定載荷的比值即是平衡系數(shù)。但此方法人為因素影響大，對于無盤車手輪的電梯則無法進(jìn)行，所以很少應(yīng)用。

3.3 載荷電流曲線圖法

轎廂分別裝載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%做上、下全程運(yùn)行，當(dāng)轎廂和對重運(yùn)行到同一水平位置時，記錄電動機(jī)的電流值，繪制電流-負(fù)荷曲線，以上、下行運(yùn)行曲線的交點確定平衡系數(shù)。圖3 是一個載荷電流曲線圖的實例。

圖3 載荷電流曲線圖

3.4 二次加載電流法

轎廂分別裝載額定載重量的40%、50%做上、下全程運(yùn)行，當(dāng)轎廂和對重運(yùn)行到同一水平位置時，記錄電動機(jī)的電流值，代入計算公式（4）求解。

式中，K 為平衡系數(shù)；l1u轎廂裝載40%額定載重量上行時的電流值，單位為安培（A）；l1d轎廂裝載40%額定載重量下行時的電流值，單位為安培（A）；l2u轎廂裝載50%額定載重量上行時的電流值，單位為安培（A）；l2d轎廂裝載50%額定載重量上行時的電流值，單位為安培（A）。

作者將公式編輯成Excel 軟件函數(shù)，將測量數(shù)值輸入表格后結(jié)果可直接輸出，縮減了時間，降低了錯誤率，該軟件在手機(jī)中也可以使用，如圖4 所示。

圖4 Excel 軟件函數(shù)展示

3.5 載荷電流曲線圖法與二次加載電流法實際檢測對比

表1 是2020 年4 月15 日至17 日，作者對3 臺電梯使用兩種檢測方法進(jìn)行的對比，可以看出，“二次加載電流法”是對“載荷電流曲線圖法”的提煉，兩者原理一致。二次加載電流法較載荷電流曲線圖法工作量減少3/5，檢測時間縮短2/3，計算公式求解快捷準(zhǔn)確，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了檢驗效率。

表1 兩種平衡系數(shù)檢測方法對比

圖5 轎廂二次裝修

4 平衡系數(shù)不合格案例及分析

4.1 平衡系數(shù)不合格案例

使用單位對在用電梯進(jìn)行二次裝修，如鋪地板磚、裝大理石等，將導(dǎo)致轎廂自重增加，間接地改變了電梯的平衡系數(shù)，另外，電梯對重塊被盜也時有發(fā)生，這些會導(dǎo)致電梯平衡系數(shù)不合格，作者結(jié)合檢驗中發(fā)現(xiàn)的典型案例進(jìn)行簡要分析。

（1）轎廂二次裝修。2020 年6 月18 日，作者對某辦公樓電梯進(jìn)行檢驗，額定載重量為1050kg，速度1.5m/s，5 層5 站。使用單位為了轎廂美觀，分別對轎廂進(jìn)行吊頂、貼不銹鋼板、鋪設(shè)大理石等二次裝修，造成平衡系數(shù)不合格，如圖5 所示。

（2）轎廂加裝木板。2020 年5 月14 日，作者對某住宅小區(qū)電梯進(jìn)行檢驗，額定載重量為825kg，速度1.6m/s,15層15 站。該小區(qū)大部分房屋處于裝修階段，物業(yè)為了保護(hù)電梯轎廂不被裝修搬運(yùn)材料時磕碰，對轎廂加裝保護(hù)木板，造成平衡系數(shù)不合格，如圖6 所示。

（3）轎頂安裝空調(diào)。2020 年5 月20 日，作者對某寫字樓電梯進(jìn)行檢驗，額定載重量為1050kg，速度1.75m/s,22層21 站。作者發(fā)現(xiàn)該電梯轎頂安裝有空調(diào)，經(jīng)過詢問物業(yè)管理員得知，物業(yè)為了應(yīng)對夏日高溫在上月剛加裝，造成衡系數(shù)不合格，如圖7 所示。

圖6 轎廂加裝保護(hù)模板

圖7 轎廂頂安裝空調(diào)

（4）轎廂頂部裝潢。2020 年1 月10 日，作者對某公司電梯進(jìn)行檢驗，額定載重量825kg，速度1.0m/s,6 層6 站。電梯維保單位為使轎頂便于打掃清理，有助于美觀，在轎頂鋪設(shè)木板，造成平衡系數(shù)不合格，如圖8 所示。

（5）轎廂底部配重。2020 年2 月14 日，作者在對某小區(qū)同一品牌同一型號兩臺電梯進(jìn)行檢驗，額定載重量1000kg，速度1.5m/s，11 層11 站。在對重裝置質(zhì)量一樣的情況下，一臺電梯平衡系數(shù)合格，另一臺不合格，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，不合格電梯運(yùn)行存在輕微抖動現(xiàn)象，維保單位認(rèn)為是轎廂不平衡所致，在轎廂底部懸掛配重塊，造成平衡系數(shù)不合格，如圖9 所示。

圖8 轎廂頂鋪木板

圖9 轎廂底懸掛配重

（6）對重塊丟失。2020 年4 月10 日，作者對某小區(qū)電梯進(jìn)行檢驗，額定載重量1050kg，速度1.5m/s，18 層18 站。作者發(fā)現(xiàn)該電梯對重塊最上面一塊的標(biāo)記顯示數(shù)字5，按照檢規(guī)要求對重塊總數(shù)量需要標(biāo)明，檢查后發(fā)現(xiàn)，該電梯對重塊丟失4 塊，維保單位在日常保養(yǎng)檢查中未能及時發(fā)現(xiàn)，造成平衡系數(shù)不合格，如圖10 所示。

圖10 對重塊丟失

4.2 案例分析

從案例分析可知，平衡系數(shù)不合格主要是因為使用單位對電梯進(jìn)行二次裝修，從而改變了轎廂質(zhì)量。GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》附錄E 中特別指出，改變轎廂質(zhì)量應(yīng)視為重大改造。國家市場監(jiān)管總局關(guān)于印發(fā)《電梯施工類別劃分表》的通知（國市監(jiān)特設(shè)函〔2019〕64 號）中指出：改變電梯的轎廂自重（制造單位明確的預(yù)留裝飾重量或累計增加減少質(zhì)量不超過額定載重量5%除外）屬于改造。目前，電梯二次裝修導(dǎo)致轎廂自重改變普遍超過5%，作者認(rèn)為應(yīng)從制造環(huán)節(jié)進(jìn)行管理。制造單位在產(chǎn)品銷售期，對于需要二次裝修或者額外加裝設(shè)備的，應(yīng)在產(chǎn)品合同中進(jìn)行明確，在產(chǎn)品的設(shè)計時留出一定的余量，并在技術(shù)文件中明確轎廂質(zhì)量允許改變的最大值。使用單位在進(jìn)行二次裝修時，對加裝材料的質(zhì)量要進(jìn)行詳細(xì)記錄并確保不超過制造單位設(shè)計最大值，從而降低未經(jīng)計算校核擅自裝修引起平衡系數(shù)改變造成事故的可能性。

5 結(jié)語

平衡系數(shù)檢測是電梯定期檢驗的重要項目，平衡系數(shù)不合格直接影響電梯的安全運(yùn)行，檢驗人員應(yīng)該提高安全意識，確保檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。本文介紹了電梯平衡系數(shù)的本質(zhì)及對電梯運(yùn)行的影響，對定期檢驗的必要性進(jìn)行了分析，比較了兩種常見的檢測方法，得出了采用二次加載電流法測量平衡系數(shù)可有效提高檢驗效率，對幾種典型案例進(jìn)行簡單分析，這對于實際檢驗具有一定的指導(dǎo)意義。希望通過此文，使讀者明白平衡系數(shù)是什么、用什么方法進(jìn)行檢測、平衡系數(shù)不合格如何分析，以提高檢驗報告的嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性和權(quán)威性。