0 引言

电梯的平衡系数一直以来都是自检过程以及检验过程的重要测试指标项,根据现行的电梯监督检验和定期检验规则(曳引与强制驱动电梯),“曳引电梯的平衡系数应当在0.4～0.5之间,或者符合制造(改造)单位的设计值”[1],与此同时,这项测试也是最耗时耗力的工作。从实际工程角度出发,想要优化平衡系数的测试方法,应当从平衡系数的基本原理去理解,并分析目前实际应用的测试方式各自优缺点,从而寻找合理的解决方案。

1 电梯平衡系数的原理

图1-1 垂直电梯示意图

如图1-1所示,以曳引比为2:1的垂直电梯为例,电梯平衡系数的公式定义:

其中q是平衡系数,Q是电梯轿厢的额定载重,W1是对重框与对重块的总重量,W2是轿厢自身重量。

在实际工程应用中,q的调整是通过对重框的对重块增减来实现,而目前施工现场的对重块还是通过人力搬运,所以一次性到位的测试方法显得尤为重要的。

电梯轿厢内的负荷是个变化值,选择平衡系数q比较简单的一种方案是取负荷的中间值:轿厢变化值的范围在0%～100%电梯额定载重之间,所以选择50%,即0.5左右为合理[2]。平衡系数使用0.5从能耗方面考虑比较均衡,但这种过于苛刻精准的取值缺乏工程实际意义。从使用频率角度来取值,也没有可行性,比如住宅楼乘客电梯常用的负荷载重率相比与商场载货电梯要小。这些考虑因素实际上更合适专业技术人员针对电梯的使用环境和客户需求做精细化调整,而不是作为大框架下的技术标准。

除此以外,电梯平衡系数的确定还要考虑曳引机的功率、轿厢和对重的重量以及曳引力(即曳引机与钢丝绳之间的摩擦力)的影响[3]。单纯考虑曳引机功率和平衡系数的关系,如果曳引机的功率选择过大,功率因数则影响运行的能耗问题;如果曳引机的功率选择过小,则可能发生电梯启动后倒溜甚至出现电梯蹲底或者冲顶的情况。对于曳引力,如果电梯最大负荷情况下的不平衡力(轿厢最大负荷情况下与对重侧的重力差)大与最大曳引力,则电梯会出现打滑。轿厢和对重的重量则是比较容易被忽略的因素,总重量会影响电梯本身的安全系数以及对与之相关的各部件的选择。综合各个因素,于是才有了检验规则所要求的平衡系数需要在0.4～0.5的范围之内。

2 电梯平衡系数的常用方法

2.1 松闸法 根据电梯监督检验和定期检验规则,在其要求的范围内确定平衡系数q,将q带代入公式(1)得到W1,并可知实际需要放置多少对重块数目。但安装现场并不知到对重框的重量,且每块对重块重量并不足够精准。所以经过计算放置了对重块数目后,需要在确保安全前提下,通过确定的q值来计算轿厢内放置的砝码重量W3=q·Q,放置好砝码后,松闸操作观察钢丝绳倒溜情况来增减对重块数目。当松闸后钢丝绳完全不动,即是达到预期的平衡系数。

目前这种测试方式已经较少使用,首先是目前多数变频器对曳引机溜车有限制保护措施,松闸测试法操作过程需要拆除变频器的UVW出线端,以断开保护限制;其次,这种方式增添对重块频繁又麻烦,在有更好选择的前梯下不会优先选择。

2.2 电流-载荷曲线法 这是目前测试平衡系数最常用的方式[4],该方法在轿厢内分别放置0,30%,40%,45%,50%,60%,100%的额定载重对应的砝码,在不同负荷下测量电梯以额定速度上下运行时经过井道中间点(即轿厢与对重相遇点)时的输入电流,把每次记录的电流记录到电流-载荷曲线表格,上行运行曲线与下行运行曲线的相交点对应的横坐标(载荷值)便是当前电梯的实际平衡系数。这是因为当轿厢系统总重量与对重系统总重量相等时,电梯无论上行或者下行,经过井道中间点时所需要曳引机的功率是一致的,而其他情况下电流都有差异。

电流-载荷曲线法在实际应用中虽然可行,但是砝码搬运一直都是工作强大很大,也依赖于砝码重量的准确性,再者,每台电梯调整测试需要的时间也非常长。在这种情况下,亟需更好的测试方法解决问题。

3 空载功率测试方法及其优化

3.1 空载功率测试法 空载功率测试法旨在省去电流-载荷曲线法中轿厢内需要放置砝码的过程,在电梯机械主体安装完成以及相应电气部件调整到位后,只需要保持空载状态技术人员通过测量所需的数据,既能得出相应的平衡系数。

通过分析电梯空载上行、下行时的功率关系[5],可以知道,电梯空载下行时负荷的位移功率和传动损耗之和等于曳引机输出功率:

P1——曳引机输出功率,k W;

g——重力加速度,取9.8m/s2;

V1——轿厢下行速度,m/s;

同理,电梯空载上行时负荷的位移功率等于曳引机输出功率减去传动损耗功率:

P2——曳引机输出功率,k W;

V2——轿厢上行速度,m/s;

根据公式(2)和公式(3)建立二元一次方程,解得:

即只要需要知道空载上行的速度、上行功率、下行速度和下行功率就能得出电梯的平衡系数。此方法正是目前解决电梯平衡系数测量难题的主流方法。

3.2 空载功率测试法的优化 目前市场已经有不少的产品是根据空载功率测试法的原理来测试并计算得到电梯平衡系数。其中速度的测试多使用滚轮式传感器直接测量曳引机转动或者限速器转动,而功率的测定则用钳表直接测量变频器的三相输出端或者曳引机的三相输入端。这种做法在实际应用中受速度测量值误差影响比较大:1、滚轮式速度传感器的滚轮磨损会影响速度测量值;2、现场技术的操作是否到位会影响速度测量值,即现场操作的影响过大;3、不同电梯供应商的产品各有差异,测试过程会遇到没有空间放置速度传感器的情况。

鉴于以上问题,对于空载功率测试法可以选择不用外用测量设备获得速度与功率值,而是利用电梯本身的设备,比如变频器和编码器来获取。例如目前Drive Window软件实际上可以通过电脑连接部分特定变频器,读出电梯运行时的数据曲线,如图2-1所示。

图2-1 Driven Window软件

通过读取电梯空载时上行和向下的速度、功率曲线,便可根据公式(4)得到电梯平衡系数,避免了使用外用设备测量的种种不利因素。

4.结语

电梯平衡系数影响电梯安全、能耗以及其他与之相关部件的选择,使用更为简便和准确的测量方式能改善电梯的运行质量。目前利用电梯本身现有的设备进行空载测量法得到电梯的平衡系数应该是值得考虑推行的方案之一。但本文还有其不足的地方,比如需要通过实际测量的数据来验证得到的平衡系数的准确率等等。