曳引式电梯平衡系数检测现状及发展趋势

王 璇 武 潇 穆 彤(天津市特种设备监督检验技术研究院 天津 300192)

曳引式电梯平衡系数检测现状及发展趋势

王 璇 武 潇 穆 彤
(天津市特种设备监督检验技术研究院 天津 300192)

简要介绍了曳引式电梯平衡系数的本质和意义；分析了现行的各种针对曳引式电梯平衡系数检测方法的优缺点，并对曳引式电梯平衡系数检测的未来发展趋势做出了展望。

曳引式电梯 平衡系数 检验方法 智能化

随着经济及科学技术的发展，高层建筑在城市之中不断涌现，轿厢式电梯作为一种高效的垂直运输交通工具，已经成为人们日常生活中不可缺少的一部分。《特种设备安全监察条例》第五条规定“特种设备生产、使用单位的主要负责人应当对本单位特种设备的安全和节能全面负责”，可见电梯运行的节能性越发受到人们的关注。平衡系数是保证电梯安全运行和节能的一项重要特征参数，它不仅关系到电梯的运行性能，而且还影响电梯的使用寿命及对重的质量和电梯的不平衡载荷[1]。当电梯的最大曳引力小于电梯最大不平衡载荷时，钢丝绳会在曳引轮绳槽内打滑，引发事故。当平衡系数取0.4～0.5时，对重装置能够有效地平衡轿厢内变化的重量，从而降低曳引机功率损耗，实现节能降耗。目前，按照《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》中规定的电梯平衡系数检测方法比较繁琐，仅在监督检验中进行检验，定期检验中不再检测此项。但是，检验时发现电梯在投入使用后，部分使用单位私自对轿厢内部装饰进行修改[2]，这样电梯的平衡系数发生了改变，致使电梯存在一定的安全隐患。

1 平衡系数的本质

现代电梯驱动方式应用最广泛的是曳引驱动，平衡系数是曳引式电梯设计的重要性能之一，也是曳引式电梯的重要参数之一。曳引式电梯是指曳引机工作时，通过钢丝绳在曳引轮绳槽内的摩擦力，带动钢丝绳使轿厢和对重作相对运行，轿厢在井道中沿导轨上下运动。对重装置是曳引式电梯不可缺少的部分，它还平衡轿厢质量和部分额定载荷，即[3]：W=G+KQ （1）式中：W——对重的重量；

G——轿厢的重量；

K——平衡系数；

Q——额定载重量。

由式（1）可知：平衡系数K的实质就是配置对重质量的一个参数，用来均衡两边的重量。它的取值大小直接影响对重质量和电梯的不平衡载荷。如果平衡系数达不到国家标准规定的最小值0.4时，将不利于轿厢在最低层站时的曳引条件。满载上行时，将增加曳引电动机运行的负荷，容易使电动机发热；满载下行时，容易发生不平层、钢丝绳在曳引轮上打滑或电梯制动器开闸后轿厢“溜车”现象。当平衡系数超过国家标准规定的最大值0.5时，当轻载运行时可能会发生“冲顶”事故。

2 目前平衡系数测量的方法及缺点

2.1 电流法

这种方法是目前最常用的，也是《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》中规定的检验方法。电梯在运行中，由于轿厢内的载重量不断变换，所以曳引电动机需要提供不同的转矩，这样才能保证电梯安全运行。曳引电动机的输出功率和输出力矩的关系为：

式中：P——曳引电动机的输出功率；T——曳引电动机的输出力矩；n——曳引电动机的转速。

由式（2）可知，在曳引电动机的转速一定的情况下，输出力矩与输出功率成正比。同时，曳引电动

机的输出功率还与输入电压和输入电流有关，即：

式中：U——曳引电动机的输入电压；

I——曳引电动机的输入电流；φ——曳引电动机的功率因数。

在不是临时供电系统中，曳引电动机的输入电压U波动不大，而功率因数φ为定值，所以输入电流I与功率P成正比，故输入电流I也与输出力矩T正比。根据这个原理，当轿厢自重+轿厢侧载荷重量=对重重量时，当轿厢和对重运行到同一位置时，对应的上、下行曳引电动机输入电流应当相等。

目前，应用“电流法”检测电梯平衡系数的过程如下：检验前将轿厢和对重停在在一个水平线上，在钢丝绳上做上标识，轿厢分别装载额定载重量的30%、40%、45%、50%、60%作上下全程运行，一个人通过目测曳引绳上的标识来判断电梯轿厢是否与对重在同一水平线，另一个人用钳形电流表测出这一时刻的电动机电源输入端的数据，然后把数据手工绘制报告书中的平衡系数曲线图，从而确定平衡系数。随着电梯的发展，这种检验方法渐渐的暴露出诸多缺点：1)耗时长，效率低，劳动强度大。一台客梯光平衡系数试验就要1～2h，且需要在试验中反复的搬运砝码，效率十分低下。2)测试数据人为因素的影响较大。因为需要目测曳引绳上的标识来判断轿厢和对重是否在同一水平线上，不同观察者由于个体差异以及疲劳程度不同而出现数据差别，而且由目测判断曳引绳标识再到记录电流表数据之间的时间差异也会使测试数据的精度降低。另外，在电梯速度比较高的情况下，根本无法准确读取测试数据。3)实验载荷不精确。由于目前在用的砝码通常是20kg/件的标准砝码，所以对于某些载重量的电梯，试验时的载荷难以保证每一次加载都能准确地控制在检规规定的范围内造成误差。4)另外描点、作曲线时由于描的线型和光滑程度不同，也会造成误差；曲线图绘制复杂、费时，原始记录要求在检验现场完成，这样一上午最多只能检验1一台，这样的工作效率是完全不能满足定期检验工作需要的。

2.2 手动盘车法

从平衡系数的本质可知，当轿厢装载与平衡系数值相等的倍数的载重量时，曳引轮两侧的静力矩应当平衡。最简单的实验方法就是在主机上松开制动器，用人力在盘车手轮上感觉曳引轮两侧的力矩是否平衡，从而判断曳引系数是否合理。这种方法优势十分明显，电梯处于静止状态，避免了由轿厢运动造成的阻力矩误差，也能保证轿厢与对重在同一水平线上。但是这种方法人为因素的影响大，不同的检验员可能会产生不同的检测结果，而对于无盘车手轮的电梯来说，此项测量则根本进行。

2.3 超声—电流法

针对检规规定的平衡系数检测方法中，用目测曳引绳上的标识来判断轿厢和对重是否在同一水平线上产生的误差这一缺点，中国科学大学及江苏省特检院的吴飞艳、张齐等利用超声波测距原理[4]，通过检测轿厢与对重的距离和轿厢与井道壁或其他障碍物的距离实现了平衡状态自动检测。这种方法，需要进行对重检测学习，测试数据还能上传计算机，建立原始数据库系统，对电梯的设计、安装、维护和检修具有一定的指导意义，并且其也能够自动检测出轿厢和对重的平衡状态，但仍避免不了“电流法”的其他缺点，并且安装超声波传感器也存在一些难度。

2.4 “基于移动电话的电梯平衡系数拟合测试软件”

这种方法原理与“电流法”基本相同，但是它开发了一种自动拟合平衡系数的软件，这种软件摒弃了传统手工绘制曲线的一些缺点，并且适合电梯检验移动性大的特点，检验结果的精确性得到了一定的提高。但是这种方法仍然需要反复地进行加载试验，并不能解决效率低下这一根本问题。

2.5 盘车力矩法

针对“手动盘车法”人为感觉盘车轮两侧的力矩是否平衡这一缺点，福建省特种设备检验研究院泉州分院的李典伟等人设计了一种盘车力矩测试装置，用来检测上下盘车时所用的力，虽然这一方法解决了引入的人为误差，但其需要注意的事项比较多，例如：进行停电盘车操作时，要保证抱闸完全打开，避免抱闸与制动轮的摩擦引入的误差；力矩测试装置要牢固安装，测试过程中不应有移位等等。最主要的是这种方法还是没有解决无盘车轮的电梯平衡系数的测量问题，故没能有在行业内推展开。

3 平衡系数测量发展趋势

3.1 智能化

近年来，随着科学技技术的不断发展，传感器种类和数量不断增多，各种新型技术和传感器不断涌现，如多信息融合技术、信息冲突性分析、大量程力传感器、高精度激光传感器、超声波触觉传感器等。应用新技术和新传感器改进现行平衡系数测量方法存在的诸多弊端，提高检测报告的权威性、科学性和严谨性，使检测结果更加精确，增强对客户的说服力。

3.2 高效化

电梯平衡系数将重点研究低成本、无载荷、高效率的测试方法。因现行的电梯平衡系数检测方法耗时长、劳动力大，而且电梯数量的剧增，致使平衡系数的检测很难成为定期检验的项目，故很难发现轿厢二次装修造成的安全隐患。开发节能、高效、省力的电梯平衡系数检测系统，使得该系统不仅能够在定期检验中检测平衡系数，而且在检测平衡系数的同时也可检测其他检验项目，缩短检验时间。

4 结论

电梯平衡系数检测技术的研究，有力地推动电梯检验的高效化和严谨性。近年来，我国在无载测量平衡系数和应用计算机或设计软件来拟合平衡系数曲线进行了大量的研究和应用，很大程度上减少了人为因素对结果的影响。随着网络化技术、计算机技术和人工智能理论的进一步发展，平衡系数检测还有许多值得我们认真研究的问题，特别是智能化技术是未来研究的主要方向，这方面还有大量艰苦的工作需要开拓。

1 詹沛枝，彭成淡.浅析曳引式电梯平衡系数的意义及其检验[J].中国电梯 2013,13:32～35.

2 林张刚.电梯安装检测中存在的问题及对策分析[J].设计分析,2013,81.

3 朱德文.图表详解电梯安检[M].北京:中国电力出版社，2009

4 吴飞艳,万莅新,张齐.超声波在电梯平衡系数测量中的应用[J].自动化与仪器仪表,2011,158:93～95.

5 黄晓枫.电梯的检验模式的分析[J].中国特种设备安全,2013,29(3):25～26.

6 杨庆.电梯监督检验几个案例分析[J].中国特种设备安全,2013,29(8):18～20.

7 秦宜奋.曳引电梯平衡系数的合理配置及检测[J].中国特种设备安全,2013,29(3):14～16.

8 张国安.电梯曳引钢丝绳继股分析[J].中国特种设备安全,2013,29(8):44～46.

Analysis of Inspecting Situation of Elevator Balance Coeffi cient and Development Trend

Wang Xuan Wu xiao Mu Tong
(Tianjin Special Equipment Inspection Institute Tianjin 300192)

This paper briefly introduced the elevator balance coefficient essence and significance. Analyzed the current inspection methods merits and faults for inspecting the elevator balance coefficient, and the development trend of inspection in future was presented. The intelligent technology and high effi ciency were considered as the main development directions.

Traction elevator Balance coeffi cient Inspection methods Intelligent technology

X941

：B

1673－257X（2014）10－45－03

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.10.012

王璇（1986～),男,硕士研究生,主要研究方向为电梯智能检测技术。

2014-06-06）