針對電梯測試砝碼的平衡系數(shù)說明 名稱：電梯測試砝碼 材質(zhì)：全新灰口鑄鐵 形狀：鎖形 平板形 圓滾形 圓柱形 重量：25kg/個 20kg/個 50kg/個 100kg/個 200kg/個 500kg/個 1噸/個 2噸/個 5噸/個 10噸/個 級別：M1 M2 電梯測試砝碼規(guī)格齊全、均經(jīng)過防銹處理、稱重準確，光潔度高。適用于各行各業(yè)對所有衡器類產(chǎn)品準確度的檢測，以及校正使用
電梯測試砝碼 電梯平衡系數(shù)計算的數(shù)學表達式為：
K平＝(W1-W)/Q
其中：
Q：電梯額定載荷(kg)；
W：轎廂重量(kg)；
W1：對重重量(kg)；
K平：電梯平衡系數(shù)；
平衡系數(shù)對電梯專業(yè)人員來說是個既熟悉又生疏的參數(shù)。說它熟悉是因為家都知道曳引式電梯對重的配置都有個“平衡系數(shù)"，都知道家標準中有規(guī)定“平衡系數(shù)應在40% ——50%的范圍內(nèi)"，說它生疏是因為到底平衡系數(shù)在電梯上起什么作用？其取值小將影響什么？應如何取值zui為合適？以及到底如何測定才是準確的？許多電梯安裝、檢驗人員并不清楚。
現(xiàn)時，各地特種設備檢驗檢測機構(gòu)在對電梯行驗收檢驗時，zui費時，也zui費人力、物力的，便是檢測電梯的平衡系數(shù)。按檢驗規(guī)定：必須在轎廂分別承載30%、40%、45%、50%、60%額定載荷下，測定電梯運行的載荷—電流曲線，取其上、下行曲線的交匯點的載荷系數(shù)，便是該梯的平衡系數(shù)，交匯點在40% ——50%范圍內(nèi)為。為了測定這參數(shù)，除了兩名檢驗人員，還需要多名來回搬運法碼的工人。由于影響試驗的因素太多，其結(jié)果是否可信尚且不說，即便測試結(jié)果在40%——50%的范圍之內(nèi)，定嗎？若是出此范圍，為什么就不呢？“平衡系數(shù)"的意義是什么？對電梯有什么影響？不知其所以然，測定“平衡系數(shù)"就失去了意義。
如何用砝碼檢測電梯平衡系數(shù)
1、“平衡系數(shù)"的實質(zhì)
要探討平衡系數(shù)的實質(zhì)，必須從曳引式電梯的原理講起。垂直電梯是使重物作垂直上下運動的升降設備。從力學的角度，要使重物在空中保持靜止狀態(tài)，必須有拉力T與物體的重力Q相平衡，即T = Q , 這時物體處于靜止或勻速運動狀態(tài)，稱為力的平衡。此系統(tǒng)稱為平衡系統(tǒng)。若要使物體向上運動，速度發(fā)生改變，則這拉力T除了克服物體的重力Q，還要提供個產(chǎn)生加速度的力F，即 T = Q + F = Q + m a ( m -- 為物體的質(zhì)量；a—為加速度)。
如果物體的重力Q被另外個平衡力W所平衡，W = Q , 即構(gòu)成個平衡系統(tǒng)，這時拉力T就不用去克服重力Q了，而只需提供使物體產(chǎn)生加速度所需的力, 即 T = F= m a 這樣就減小了拉力T。這就是電梯上采用的“平衡原理"。這個平衡力就是由對重來提供。因此我們要求對重的重力W，要與轎廂及載荷的重力 (P+Q)相等。
但要真正做到這點，在電梯的實際應用中非常困難，或且說目前還沒有想出個辦法來實現(xiàn)這點。因為轎廂的載荷Q 是隨機變化的，可能是0 （ 空載 ）或者 100%QH ( 滿載 ) 范圍內(nèi)的任意值，因此我們只能選擇個恰當?shù)膶χ刂亓俊?br />即取 W = P + K QH ---------------（1）
這個系數(shù)K，就是“平衡系數(shù)"。因此，平衡系數(shù)的實質(zhì)就是設計配置對重的質(zhì)量小。它將影響對重的質(zhì)量和電梯的不平衡載荷。當轎廂與載荷為 P + Q ，（其中 P—是轎廂的自重；Q---是轎廂的實際載荷；QH ---轎廂的額定載荷），轎廂側(cè)與對重側(cè)的不平衡載荷為：
△T = (P+Q) –( P+KQH ) = Q – KQH --------（2） 2、平衡系數(shù)K的取值
從以上式（2）可以看出，只有當 Q = KQH 時系統(tǒng)才處于平衡，因此，不論K取何值，平衡只是相對的，而不平衡是的。我們只能希望系統(tǒng)盡可能地接近平衡。種簡單的辦法便是取轎廂載荷變化的平均值。因為轎廂載荷的變化為：0 —— 100%，因此取 K=50% 左右都是合理的，很難說取多少更好些。電梯在出廠時并不*了解實際運行使用時載荷的情況，要想真正達到比較理想的平衡，應該在電梯實際運行使用中，實際測定日常運行載荷的變化。比如，目前量的住宅電梯其實際的載荷變化基本在 0 —— 60% ，極少出現(xiàn)滿載的情況，因此取 K = 30% —— 40% 應該更為合適?，F(xiàn)在般的乘客電梯在載荷過80%時就入直駛狀態(tài)，因此真正滿載的時候也較少，因此取平衡系數(shù)K =40% —— 50% 為合適。相反，些載貨電梯，由于轎廂面積，其載荷變化會在 0 —— 105%，因此平衡系數(shù)取 K≥50% 應該更為合適。必須指出，這里說K的取值是指電梯設計時對平衡系數(shù)K的取值，稱為設計值，絕不是電梯安裝時或使用后隨意配置的K值。 3、平衡系數(shù)K的取值對電梯的影響
上面已經(jīng)說明，無論平衡系數(shù)K如何取值，要以不變的K值應萬變的載荷Q是不可能的，因此在轎廂與對重系統(tǒng)上不平衡狀態(tài)是的，從設計的角度，K的取值先影響作用于曳引輪兩側(cè)的不平衡力矩的小，若zui載荷為載載荷110%QH ，K的取值按40%——50%，則空載時不平衡載荷為：（0.4——0.5）QH ，載時不平衡載荷為：（1.1-K）QH = ( 0.6——0.7) QH ,若按電梯驗收檢驗時的zui嚴重載荷125% QH ，則不平衡載荷為1.25-K =（0.75——0.85）QH , 這是電梯可能的zui不平衡載荷（指靜載荷），也就是電梯必須提供的zui小靜態(tài)曳引力。
這先影響選用的主機電動機的功率P。主電動機的功率P由下式?jīng)Q定： P∝(1-K) QH VH 。如果電梯配套使用的電動機功率足夠，則K的選擇將影響電梯運行時耗能的小，如果選用電動機的功率余量較小，則平衡系數(shù)取值不合適可能會造成電梯啟動后出現(xiàn)倒拉，發(fā)生溜車或者沖的事故。
平衡系數(shù)的取值影響不平衡載荷的小，同時也影響曳引輪兩側(cè)鋼絲繩的張力，這個張力的小將對曳引鋼絲繩在繩槽內(nèi)的比壓產(chǎn)生影響，張力越則比壓也越，則曳引鋼絲繩提供的曳引能力就越。因此平衡系數(shù)的取值既決定不平衡載荷，也將影響電梯的曳引能力。當zui不平衡載荷于電梯的zui曳引力時，曳引鋼絲繩在繩槽中將出現(xiàn)打滑，發(fā)生溜車事故。在電梯設計時，對平衡系數(shù)K的選擇既要考慮到主機電動機的功率，又要考慮到對曳引能力的影響。
平衡系數(shù)K的取值還影響轎廂、對重系統(tǒng)的總質(zhì)量：
M=P+Q+W+Y = ( P+Q)+(P+K QH)+Y （Y—曳引鋼絲繩等裝置質(zhì)量），這點很容易被忽略。轎廂、對重系統(tǒng)的總質(zhì)量將影響電梯的安全系數(shù)，影響對曳引鋼絲繩、曳引輪繩槽等部件參數(shù)的選擇。同時總質(zhì)量的小還影響到電梯運行中起、制動的加、減速度。影響到電梯使用的安全鉗、緩沖器等安全部件的選擇。在電梯安裝時，為了應對驗收檢驗，減小驗收時的不平衡載荷，安裝人員往往把平衡系數(shù)K取得較，配置到接近50%，增加平衡系數(shù)就是增加對重的質(zhì)量，會帶來電梯啟、制動加速度的減小，以至制動困難。因此，平衡系數(shù)K值表面上看只是個比值，實際上它與轎廂、對重的質(zhì)量有密切關(guān)系。它是電梯整體設計時的重要參數(shù)之，撇開額定載重、轎廂自重等參數(shù)，純粹的平衡系數(shù)是沒有意義的。 所以平衡系數(shù)K的確定必須在電梯測試砝碼設計時，結(jié)合曳引輪、繩槽形狀、曳引鋼絲繩、轎廂自重以及配套的曳引機電機、制動器、安全鉗、緩沖器等綜合考慮。其相互關(guān)系曾在本人的另篇論文《電梯參數(shù)及其相互關(guān)系》中述及，這里不再細述。這就是為什么電梯安裝時，平衡系數(shù)應按40%——50%范圍的設計值配置的原因。值得提的是，近來些在用電梯重新裝璜轎廂，使轎廂的自重增加，這時為了保持平衡系數(shù)K值不變，采取增加對重塊的方法，使系統(tǒng)的整體質(zhì)量增加，這是極其錯誤的，這時的平衡系數(shù)已失去了原有的意義。電梯的安全系數(shù)降低，起、制動減速度減小，會給電梯造成嚴重的安全隱患。 所以說平衡系數(shù)K的取值，并非只要安裝時或者驗收檢驗時測得在40% —— 50%范圍內(nèi)，均認定為符合要求。如果取值偏離了設計值便是不符合要求，或者雖然取值符合設計值，但其轎廂自重P或額定載重QH 發(fā)生變更，同樣是不符合要求。在GB7588—2003附錄D的曳引檢查中這樣說明：“應檢查平衡系數(shù)是否如安裝者所說"，這里的“安裝者所說"實指設計值，并非安裝人員隨心所欲的結(jié)果。這就要求電梯制造廠商務必將電梯設計的平衡系數(shù)值，告知安裝施工人員，安裝施工人員務必遵照設計值配置對重裝置，并不得隨意更改轎廂自重。檢測機構(gòu)行驗收檢驗時必須測定其實際值與設計值是否致，并檢查其是否私自更動轎廂自重等參數(shù)。這點應該引起業(yè)內(nèi)人士的注意。 4、電梯測試砝碼 平衡系數(shù)K值的測定
(1)直接稱量P與W
平衡系數(shù)K也并非什么神秘的參數(shù)。說到底它就是配置對重的質(zhì)量小，因此測定平衡系數(shù)K，zui直接、zui簡單的辦法就是直接稱量對重的整體質(zhì)量W和轎廂的整體質(zhì)量P，則平衡系數(shù) K = （W—P）/ QH 。筆者就曾經(jīng)將轎廂和對重在井道外行拼裝，并逐稱量所有拼裝的另部件，從而按平衡系數(shù)設計值來配置對重塊。這種方法操作煩瑣，而且稱量的另部件很難做到毫無遺漏，般不適用。
（2）根據(jù)已知K值，調(diào)整對重
從平衡系數(shù)K的實質(zhì)知道，當在轎廂內(nèi)裝入相當于KQH的載荷時，曳引輪兩側(cè)的靜力矩應平衡。如果已知平衡系數(shù)的設計值，只要如數(shù)按KQH裝入載荷，然后驗證是否平衡即可。zui簡單的驗證方法就是在主機上，松開制動器抱閘，用人力在手盤輪上感覺曳引輪兩側(cè)的力矩平衡與否，從而適當增加或減少對重塊。這種方法看起來比較“土"，但電梯測試砝碼具有許多優(yōu)點：1）電梯處于靜止狀態(tài)，避免因轎廂運動而造成的阻力矩誤差。2）可以轎廂與對重處于同水平位置上。3）測試簡便、快捷，調(diào)整迅速，節(jié)省人力、物力。4）人對力的感覺誤差般在幾公斤，其可信度高。5）更重要的是，以既定的平衡系數(shù)設計值為載荷，直接驗證或調(diào)整對重達到要求，避免盲目性，K值符合設計要求。
（3）根據(jù)已有對重，求K值
家標準上推薦采用測量曳引電動機電流的方法就屬于這類。其基本原理是：當電梯作勻速運行時，曳引電動機軸上輸出的轉(zhuǎn)矩T2為： T2 = T0 ±△T ---------（3）
T0 ----折算到電機軸上，電梯機械傳動反抗性阻力轉(zhuǎn)矩（簡稱阻力矩）
△T ---折算到電機軸上，不平衡載荷轉(zhuǎn)矩。±代表隨載荷的變化不平衡載荷轉(zhuǎn)矩的方向?qū)⒏淖?。（簡稱不平衡載荷）
當轎廂與載荷的重力（P+Q）與對重的重力（P+KQH）相等時（即處于平衡狀態(tài)），則 △T = （P+Q）— ( P+KQH ) = 0
則 Q = KQH 平衡系數(shù)： K = Q / QH
電流法的關(guān)鍵是利用測量電流來判斷是否平衡，平衡狀態(tài)下：
△T = 0，假定轎廂上行與下行時的阻力轉(zhuǎn)矩T0 是樣的，則上、下行時電動機的輸出轉(zhuǎn)矩T2就相同 ,T2 = T0 ,這時測得電機的電流也應相等。以上、下行電流相等來判定平衡，（注意：不是電流zui?。?，這就是電流法的原理。
以測量電流來判定轉(zhuǎn)矩，這是種間接的測量方法。電流與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系是從電動機上的功率平衡關(guān)系間接獲得。
電動機輸出的機械功率 P2 = T2 Ω （Ω---電機角速度），它與電機的電磁功率 PM 之間有：PM = PCU + P2 （ PCU-----電機轉(zhuǎn)子銅損耗），
如忽略轉(zhuǎn)子銅損， 則有： PM = P2
對于交流異步電動機，電磁功率 PM =( m p /2πf1)·( I22 r/s) ----（4）當電動機的轉(zhuǎn)速、頻率定時，電磁功率 PM 與轉(zhuǎn)子電流 I22 成正比。交流異步電動機的轉(zhuǎn)子電流是無法測量的，只能測量定子電流I1
I1 = I0 +（-I2，） （I0----為電動機的勵磁電流），
如忽略勵磁電流I0 ，則有 I1 =（-I2，）
對于直流電動機，電磁功率 PM = CT φIS 當氣隙磁通φ定時，電磁功率 PM與電樞電流IS 成正比。氣隙磁通φ與電壓有關(guān)。
因此，采用電流法測量時，對于交流電動機則要保持轉(zhuǎn)速、頻率定。對于直流電動機則要保持電壓定。
從以上分析看出，電流法通過測量電動機定子電流I1 來判定電動 機軸上的不平衡載荷 △T = 0，經(jīng)過了聯(lián)串的轉(zhuǎn)換關(guān)系：
I1 → I2 → PM → P2 → T2 → △T
每步轉(zhuǎn)換都必須具備定的條件，依次為：I0不變；f1 不變；電壓U1不變；PCU 不變；轉(zhuǎn)速n不變；上下行T0 相等，而影響這些量的因素很復雜，比如電梯在上、下行時，轎廂的空氣阻力不同，上下行的阻力轉(zhuǎn)矩T0相等就難以成立，尤其在高速時更是如此。還有測量過程人為因素的影響，如：如何把握在轎廂運行到與對重同水平位置測定電流；如何這位置時的上、下行速度是樣的；還有測量電流使用的儀表；測量電流的位置等，都將造成很的誤差。還有曲線的繪制，由于在載荷為40%——50%范圍內(nèi)沒有測量點，因此曲線的繪制含了很的人為因素。這些都影響了電流法測定平衡系數(shù)K值的準確性。
綜上所述，對于電梯的平衡系數(shù)，先應該正確理解其取值的意義，以及取值的改變對電梯的影響。
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