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曳引电梯平衡系数及检测

平衡系数对专业人员来说是一个既熟悉又生疏的参数 。说它熟悉是因为大家都知道曳引式电梯对重的配置都有一个“平衡系数”，都知道国家标准中有规定“平衡系数应在40% ~50%的范围内”，说它生疏是因为到底平衡系数在电梯上起什么作用？其取值大小将影响什么？应如何取值最为合适？以及到底如何测定才是准确的？许多电梯安装、检验人员并不清楚 。
目前，各地特种设备检验检测机构在对电梯进行验收检验时，最费时，也最费人力、物力的，便是检测电梯的平衡系数 。按检验规定：必须在轿厢分别承载0、25%、40%、50%、75%、100%、110%额定载荷下，测定电梯运行的载荷—电流曲线，取其上、下行曲线的交汇点的载荷系数，便是该梯的平衡系数，交汇点在40% ~50%范围内为合格 。为了测定这一参数，除了两名检验人员，还需要多名来回搬运法码的工人 。由于影响试验的因素太多，其结果是否可信尚且不说，即便测试结果在40%~50%的范围之内，一定合格吗？若是超出此范围，为什么就不合格呢？“平衡系数”的意义是什么？对电梯有什么影响？不知其所以然，测定“平衡系数”就失去了意义 。
1、平衡系数的实质
要探讨平衡系数的实质，必须从曳引式电梯的原理讲起 。垂直电梯是使重物作垂直上下运动的升降设备 。从力学的角度，要使一重物在空中保持静止状态，必须有一拉力t与物体的重力q相平衡，即t = q , 这时物体处于静止或匀速运动状态，称为力的平衡 。此系统称为平衡系统 。若要使物体向上运动，速度发生改变，则这一拉力t除了克服物体的重力q，还要提供一个产生加速度的力f，即t = q + f = q + m a ( m -- 为物体的质量；a—为加速度) 。
如果物体的重力q被另外一个平衡力w所平衡，w = q , 即构成一个平衡系统，这时拉力t就不用去克服重力q了，而只需提供使物体产生加速度所需的力, 即 t = f= m a 这样就大大减小了拉力t 。这就是电梯上采用的“平衡原理” 。这个平衡力就是由对重来提供 。因此我们要求对重的重力w，要与轿厢及载荷的重力 (p+q)相等 。
但要真正做到这一点，在电梯的实际应用中非常困难，或且说目前还没有想出一个办法来实现这一点 。因为轿厢的载荷q 是随机变化的，可能是0 （ 空载 ）或者 100%qh ( 满载 ) 范围内的任意值，因此我们只能选择一个恰当的对重重量 。
即取 w = p + k qh ---------------（1）
这个系数k，就是“平衡系数” 。因此，平衡系数的实质就是设计配置对重的质量大小 。它将影响对重的质量和电梯的不平衡载荷 。当轿厢与载荷为 p + q，（其中 p—是轿厢的自重；q---是轿厢的实际载荷；qh ---轿厢的额定载荷），轿厢侧与对重侧的不平衡载荷为：
△t = (p+q) –( p+kqh ) = q – kqh --------（2）
2、平衡系数k的取值
从以上式（2）可以看出，只有当 q = kqh 时系统才处于平衡，因此，不论k取何值，平衡只是相对的，而不平衡是绝对的 。我们只能希望系统尽可能地接近平衡 。一种简单的办法便是取轿厢载荷变化的平均值 。因为轿厢载荷的变化为：0 ~ 100%，因此取 k=50% 左右都是合理的，很难说取多少更好些 。电梯在出厂时并不完全了解实际运行使用时载荷的情况，要想真正达到比较理想的平衡，应该在电梯实际运行使用中，实际测定日常运行载荷的变化 。比如，目前大量的住宅电梯其实际的载荷变化基本在 0 ~ 60%，极少出现满载的情况，因此取 k = 30% ~ 40% 应该更为合适 。现在一般的乘客电梯在载荷超过80%时就进入直驶状态，因此真正满载的时候也较少，因此取平衡系数k =40% ~ 50% 为合适 。相反，一些载货电梯，由于轿厢超面积，其载荷变化会在 0 ~ 105%，因此平衡系数取 k≥50% 应该更为合适 。必须指出，这里说k的取值是指电梯设计时对平衡系数k的取值，称为设计值，绝不是电梯安装时或使用后随意配置的k值 。
3、平衡系数k的取值对电梯的影响
上面已经说明，无论平衡系数k如何取值，要以不变的k值应万变的载荷q是不可能的，因此在轿厢与对重系统上不平衡状态是绝对的，从设计的角度，k的取值首先影响作用于曳引轮两侧的不平衡力矩的大小，若最大载荷为超载载荷110%qh，k的取值按40%~50%，则空载时不平衡载荷为：（0.4~0.5）qh，超载时不平衡载荷为：（1.1-k）qh = ( 0.6~0.7) qh ,若按电梯验收检验时的最严重载荷125% qh，则不平衡载荷为1.25-k =（0.75~0.85）qh , 这是电梯可能的最大不平衡载荷（指静载荷），也就是电梯必须提供的最小静态曳引力 。
这首先影响选用的主机的功率p 。主电动机的功率p由下式决定： p∝(1-k) qh vh。如果电梯配套使用的电动机功率足够大，则k的选择将影响电梯运行时耗能的大小，如果选用电动机的功率余量较小，则平衡系数取值不合适可能会造成电梯启动后出现倒拉，发生溜车或者冲顶的事故 。
平衡系数的取值影响不平衡载荷的大小，同时也影响曳引轮两侧钢丝绳的张力，这个张力的大小将对曳引钢丝绳在绳槽内的比压产生影响，张力越大则比压也越大，则曳引钢丝绳提供的曳引能力就越强 。因此平衡系数的取值既决定不平衡载荷，也将影响电梯的曳引能力 。当最大不平衡载荷大于电梯的最大曳引力时，曳引钢丝绳在绳槽中将出现打滑，发生溜车事故 。在电梯设计时，对平衡系数k的选择既要考虑到主机电动机的功率，又要考虑到对曳引能力的影响 。

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