云南省特种设备安全检测研究院云南昆明650228
摘要：电梯的平衡系数是电梯运行状态的重要指标，通过分析电梯的平衡系数对电梯的电动机功率、曳引力、曳引比压等方面的影响，确立了平衡系数应该在0.4~0.5的范围内取值以及不同运行状态的电梯如何配置，确定了电梯的平衡系数对于电梯运行的重要性。通过分析几种平衡系数的检验方法的优劣，找到日常检验工作中使用功率法是比较便捷、准确的平衡系数的检验方法。
关键词：电梯；平衡系数；在用电梯；检验方法
Withtheimportanceofelevatorbalancecoefficientcheckingandinspection
Tangwenhua
Specialequipmentsafetyinspectioninstituteinyunnanprovince，Kunming，Yunnan650228
Abstract：thebalanceoftheliftcoefficientisoneoftheimportantindicators，theelevatorrunningstatusthroughtheanalysisofthebalanceoftheliftcoefficientoftheelevatormotorpower，tractionandtractiontheinfluenceofspecificpressureandsoon，establishedthebalancecoefficientvalueshouldbeintherangeof0.4~0.5andhowdifferentrunningstatusofelevatorconfiguration，determinethebalanceoftheliftcoefficientfortheimportanceofelevatorrunning.Throughtheanalysisoftheprosandconsofseveralequilibriumcoefficienttestmethod，findthedailyinspectionshouldbeusedinthepowermethodismoreconvenientandaccuratebalancecoefficienttestmethod.
Keywords：elevator；balancecoefficient；inelevators；inspectionmethods
国家质检总局发布并于2017年10月1日开始实行了《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》（TSGT7001-2009，含第一号和第二号修改单），现在我们的检验工作都依据这个规则进行电梯检验。电梯的平衡系数的检验，是电梯综合检测工作中的必不可少重要的环节，在新版的检验规则里面还增加了电梯公司需要每年进行电梯平衡系数的检测，这也充分说明平衡系数的校核的重要性。在2018年4月我们对昆明市最大的楼盘昆明世纪城进行定期检验的时候发现，某品牌的电梯楼层相同、运行速度相同、载重量相同而对重数目相差很大，这个时候我们就使用电梯平衡系数检测仪进行电梯的平衡系数校核，对其中的一台对重数目是66块，通过测试电梯平衡系数达到46.8%，最少的一台有58块对重，测得的平衡系数为26.1%，与电梯的安装验收规范要求的平衡系数0.4～0.5相差了很多。属于平衡系数过小的状态，通过检验统计发现这个小区的在用电梯超过62%的电梯的平衡系数都小于40%，通过询问了解因为前段时间小区为了改善电梯的乘坐环境更换了花岗岩重新装修了电梯轿厢地面，对电梯轿厢壁用木板围蔽，做完这些相关的工作后没有对电梯的平衡系数进行校核，就造成了现在的这种状况。下面我就对电梯的平衡系数的相关问题进行一些分析讨论。
1、电梯工作原理及平衡系数
电梯是运行在两条导轨之间的垂直运输的升降设备。电梯的基本工作原理是电力驱动电动机运行，电动机通过联轴器带动蜗轮蜗杆的减速机机构，减速机带动曳引轮旋转（永磁同步电机则是直接带动曳引轮旋转），曳引轮上具有轮槽，电梯的钢丝绳的两端分别连接着轿厢和对重系统，钢丝绳由于两边的轿厢和对重的重力作用将钢丝绳紧紧的压紧在了曳引轮的轮槽里面，钢丝绳通过与曳引轮的轮槽的摩擦产生了曳引力，通过钢丝绳与曳引轮的摩擦力带动电梯轿厢和对重作相对方向的运动，使电梯进行垂直方向的运动。
电梯运动的曳引力是由轿厢和对重的重力共同通过钢丝绳作用于曳引轮轮槽而产生的。根据相关的受力分析，电梯曳引驱动的理想状态是当分布于曳引轮两端的对重装置与另端的轿厢系统的重量相等，这个时候作用于曳引轮两侧钢丝绳的张力相等，整个电梯的曳引系统只要克服轿厢系统和对重系统与导轨的摩擦力就能很容易的运行。实际运行状态下轿厢内的载荷是随时会变化的，对于固定重量的对重就不可能在各种载荷变化的情况下平衡轿厢侧的重量，虽然轿厢侧的重量是个变量，但是轿厢的载荷变化也只是在空载和满载之间进行变化。为了使电梯的运行更接近于理想的运行状态，根据相应的经验以及标准要求对重的重量取中间值，即使用0.4～0.5的额定载重量，所以也就得出了0.4～0.5即为电梯要求的平衡系数。当平衡系数为0.5时电梯在半载的情况下其负载转矩将近似为零，电梯处于最佳运行状态，这个时候电梯的运行状态处于良好的受力状态，能减小电梯系统的磨损更加的节能。
2、平衡系数对电梯的影响
2.1平衡系数对电梯电机功率的影响
根据电梯的相关原理，对电梯的曳引电动机的容量选择核算的时候，根据经验公式按静功率计算：
式中：P―曳引机电动机功率（kW）；K―电梯平衡系数；Q―电梯额定载重量（kg）；v―电梯额定速度（m/s）；―机械传动总效率；i―钢丝绳绕绳倍率。
从上面的静功率计算公式，可以看出当一台电梯的额定载重量Q、速度V是已经确定，机械传动总效率、钢丝绳绕绳倍率i也都是已经确定了的，电动机的功率P也就只与电梯的平衡系数K有关了，也就是影响电机功率的就只有平衡系数了。电梯的平衡系数的取值要求是0.4~0.5之间，平衡系数的波动范围偏差也就是10%，电动机的功率变化也是相应的在10%的范围内波动。平衡系数的合理选配，能够保持电梯的最佳运行状态。结合电梯的实际运行状态，在选择平衡系数的时候可以依据电梯的原厂的平衡系数的设计值以及电梯的实际使用情况来进行选择，经常处于轻载运行状态住宅或者办公楼的电梯，平衡系数可以使用接近规范下限值；假如是人流量较大写字楼、医院等，电梯的运行状态经常处于重载运行，平衡系数可接近规范上限值，这样多数时候对重能够平衡轿厢重量，所以根据电梯的使用环境、使用的状态，科学合理的配置平衡系数，就能够是电梯处于一个良好的运行状态，能够取得比较好的节能效果。
2.2平衡系数对电梯曳引力的影响
根据曳引式电梯的的工作原理，钢丝绳的两端连接轿厢和对重装置，重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮绳槽内，电动机转动时由于曳引轮绳槽与曳引钢丝绳之间的摩擦力，带动轿厢和对重作相对运动，根据欧拉公式所表述的电梯曳引钢丝绳悬挂轿厢一端的拉力和悬挂对重一端的拉力之间应该满足：
T1曳引钢丝绳悬挂轿厢一端的拉力；T2悬挂对重一侧的拉力；e自然对数的底；a曳引绳在曳引轮上的包角（red）；f曳引绳在曳引轮槽中的当量摩擦系数，与曳引轮的绳槽曳引轮的材料有关。
式中，T1/T2的允许比值，大，则表明T1/T2的允许比值大和（T1-T2）的允许值大，也就是表明电梯的曳引能力大，曳引系数也就代表了一台电梯的曳引能力。
为了使电梯在各种状况下都有足够的曳引力，GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》中第9.3也有了相应的规定，安全规范里面要求，电梯在轿厢装载125%和紧急制动的情况下在工作情况下不打滑，必须保证有足够的曳引能力；而当对重完全压在缓冲器上，曳引机仍按向上行方向旋转时，轿厢不能再向上提升，曳引力不能过大。所以平衡系数的选择将直接影响曳引轮两侧钢丝绳的拉力平衡。当电梯的平衡系数比设计值要小，也就是对重的重量过轻，轿厢和对重的拉力就会相当不平衡，这种情况下进行125%额定载荷的制动试验时，制动距离增大，这个时候就不能满足电梯的曳引条件，当不平衡载荷大于电梯的最大曳引力时，曳引轮绳槽中曳引钢丝绳由于摩擦力不足，也就是曳引力不足，造成曳引钢丝绳打滑，电梯就会发生溜车造成安全事故，影响电梯的安全运行。
2.3平衡系数对比压的影响
电梯曳引钢丝绳与曳引轮绳槽的比压根据曳引轮的绳槽形状不同有下面两个的计算公式：
a)带切口的槽或半圆槽：
式中：P为比压，MPa；T为轿厢以额定载荷停在最低层站时，在曳引轮水平面上轿厢一侧曳引绳的静拉力；n为曳引绳根数；d为曳引钢丝绳直径（mm）；D为曳引轮节圆直径（mm）；β为半圆切口槽的切口角（rad），对半圆槽β=0；Vc对应于轿厢额定速度的曳引绳速度（m/s）。
由上面的比压计算公式可以推断出电梯的一些工况下，当轿厢侧的重量较轻时，当电梯在底层的时候对于轿厢载有125%载荷时，这个时候比压相对较大，曳引机很容易的曳引轿厢向上运行，对于曳引机的曳引是处于有利的状态；但是另一个状态下，当空载轿厢位于最高层时，这个时候由于轿厢太轻，钢丝绳在曳引轮绳槽里面由于压力不够，这个时候就是属于钢丝绳在曳引轮的绳槽内比压不足，摩擦力也就不足，就会造成钢丝绳在曳引轮绳槽里面打滑；在另外一个状况下，当增加轿厢以后，这个时候也就是增加了钢丝绳在曳引轮绳槽内的比压，也相应的增加曳引钢丝绳与曳引轮的摩擦力，也会相应的增加了曳引钢丝绳的磨损。科学合理的选择平衡系数对于调整电梯曳引轮与钢丝绳的比压，对于减小电梯的磨损是相当有利的。
3、平衡系数的检测方法
3.1称量法
根据平衡系数的表达式，K=（W-D）/Q，我们就可以根据这个公式进行实际的测量，我们可以计算出对重和其它的一些附加装置的重量W和轿厢和它的附加装置的重量D，而且我们也知道了电梯的额定载荷Q，根据相关的载荷以及相应的平衡系数，我们就可以对对重数量进行相应的调配，使对重的数量和轿厢的重量相适应，达到平衡系数在0.4～0.5之间，达到一种平衡的状态，这种方法简单，不需要太多的专业性，但是环节繁琐，一般都不太使用。
3.2手动法
这种方法比较简单，根据电梯设计以及使用所需要的平衡系数，在轿厢里面装载要求平衡系数的重量，比如需要0.46的平衡系数，电梯载重1000kg，这个时候轿厢里面装载460kg的重量，电梯轿厢与对重处于同一水平的位置，断电、手动松开抱闸，当对重和轿厢内的重量平衡时，转动盘车手轮，左右旋转感受的力是相同的，这个时候电梯处于平衡状态，电梯松开抱闸也不会有溜车现象，如果是往轿厢侧溜车，说明对重过轻，当往对重侧溜车时，说明对重过重。这个方法的优点是操作简单，比较直观，不需要太多的技术，都能够操作。缺点是人为的东西比较多，不容易进行核查，没有相应的数据支撑，不太推荐使用。
3.3电流法
这个方法是平时检验当中使用最多的方法。做这个试验的时候应该使用标准砝码进行试验，测量时也要对电压进行监测，监测电压的波动在2%的范围内，排除因为电压波动对检验数据的影响。对于变压变频控制的电梯，也既是VVVF控制的电梯，应注意在进行电流测量的时候应该在变频器的前端进行。检测时先利用控制柜中的层站指示或在曳引钢绳上标记出对重与轿厢在同一水平时的位置，然后在轿厢内装载30%的载荷，使电梯分别上、下运行，分别记录当轿厢与对重在同一水平位置的时候上行、下行的电流值。然后分别在电梯轿厢内装载40%、45%、50%、60%的载荷，分别记录这些载荷状况下轿厢与对重在同一水平位置上、下行电流的值。根据记录的这些载荷、电流值，在坐标纸上以载荷为横坐标，电流为纵坐标，叫上行电流和下行电流连成上行和下行两条电流曲线，曲线的交点的横坐标就是电梯的平衡系数。这个方法的特点是得出来的平衡系数准确，能够提供相应的参数，仅仅使用电流表就可以进行相关的测试，测试成本较低。缺点的操作比较复杂，需要检验人员有一定的技术水平，另外因为需要在电梯轿厢内分别装载不同的载荷，运送砝码也比较麻烦，也就比较耽误时间，用这个方法进行平衡系数的测试基本需要一个多小时的时间，费时费力。
3.4空载称重法
由于电流法测试电梯平衡系数比较费时费力，近年来空载测试技术应运而生，电梯在空载静止的工况下通过检测曳引钢丝绳的张力分别称量轿厢系统与对重系统自重的检测方法，如TUV公司的ADTASYSTEM电梯检测系统，将电梯的轿厢与对重运行到同一水平位置，将测试仪的测力装置固定到电梯的钢绳上，手动释放电梯曳引机的抱闸，这个时候由测力装置测量出曳引轮两侧的张力差，将测力装置的测试结果输入测试仪的计算机，计算出电梯的平衡系数。称重式空载测量技术的优点是省去了反复装载砝码的环节，测试原理简单，能够方便的得到电梯的平衡系数。缺点是采用测力、称重等装置在检验现场安装不便捷，对这些装置的安装位置有一定的要求，另外仪器比较复杂，需要进行现场的复杂的安装调试，需要很高的现场测试技巧，影响了检验的工作效率。
3.5功率法
这个方法是使用电梯平衡系数测试仪进行平衡系数的测试，具体原理就是电梯在空载工况下从顶层到底层往返运行，实时测量并记录电梯轿厢和对重运行到同一水平位置时的轿厢上行速度和下行速度数据、驱动电机上行功率和下行功率数据，依据曳引式电梯空载工况的运行功率、运行速度、运行效率和驱动载荷的函数关系，通过测试仪的计算出电梯的平衡系数的精确数值。我们现在使用的就是TYP1型电梯平衡系数测试仪，具体方法是将测试仪的三根电压测试线接入电梯的电机输入端测试电压，将测试仪的两个电流感应器分别夹到电机的输入端测试电流，另外把测试仪的速度传感器贴到电梯的钢绳或限速器的钢绳上测试电梯的运行速度。电梯轿厢空载状态将电梯向下到底层，运行全程，仪器记录了电梯下行的数据，再将电梯向上运行到顶层，测试仪记录电梯上行的数据。仪器采集完电梯的上、下行数据以后马上就可以得到电梯的平衡系数。这个仪器的好处就是使用该仪器电梯轿厢是空载状态，电梯分别上、下行运行一次，通过仪器可以测出功率以及运行速度，马上就可以得出电梯的平衡系数。这个方法的好处是简单、方便，不用再进行轿厢内重量的装载，非常适合在用电梯的平衡系数测试校核，通过一系列科学的手段提高我们的检验效率，推荐在用电梯使用该方法进行测试和进行平衡系数的校核。这个方法的缺点是测试仪价格比较昂贵，另外对测试人员要懂得电梯的相关电路知识，相对要求要高一些，由于这些原因对于测试仪的使用有一定的局限。
4、结语
根据上述的电梯平衡系数的分析、研究，对昆明世纪城的电梯进行综合分析，该住宅区配置的电梯数量比较充裕，多数时候电梯是处于轻载状态，根据小区的具体情况，电梯对重块数在64块，这样平衡系数在42%左右，降低了电动机的运行功率，保证了电梯的良好工作状态，使该小区的电梯处于比较节能的状态。
电梯平衡系数的确定对于电梯的平衡性和电梯的运行状况都有很重要的作用，而在用电梯因为种种原因造成了电梯的平衡系数的不正确，也使得大量的在用电梯的运行工况处于一种很恶劣的状态，造成了很大的安全隐患，重视好在用电梯的平衡系数的检验、校核，能够改善在用电梯的运行状况，使得电梯能够安全、平稳的为使用者服务。
参考文献：
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[7]孙立新戴广宇电梯平衡系数快速检测新技术研究[J]中国特种设备安全，2015.8.
作者简介：
唐文华（1967-02），男，云南昆明人，大学本科，电气工程师，主要从事电梯的检测检验工作，电梯检验师、起重设备检验师.