電梯平衡系數測試方法的分析和優化

0 引言

電梯的平衡系數一直以來都是自檢過程以及檢驗過程的重要測試指標項,根據現行的電梯監督檢驗和定期檢驗規則(曳引與強制驅動電梯),“曳引電梯的平衡系數應當在0.4～0.5之間,或者符合制造(改造)單位的設計值”[1],與此同時,這項測試也是最耗時耗力的工作。從實際工程角度出發,想要優化平衡系數的測試方法,應當從平衡系數的基本原理去理解,并分析目前實際應用的測試方式各自優缺點,從而尋找合理的解決方案。

1 電梯平衡系數的原理

圖1-1 垂直電梯示意圖

如圖1-1所示,以曳引比為2:1的垂直電梯為例,電梯平衡系數的公式定義:

其中q是平衡系數,Q是電梯轎廂的額定載重,W1是對重框與對重塊的總重量,W2是轎廂自身重量。

在實際工程應用中,q的調整是通過對重框的對重塊增減來實現,而目前施工現場的對重塊還是通過人力搬運,所以一次性到位的測試方法顯得尤為重要的。

電梯轎廂內的負荷是個變化值,選擇平衡系數q比較簡單的一種方案是取負荷的中間值:轎廂變化值的范圍在0%～100%電梯額定載重之間,所以選擇50%,即0.5左右為合理[2]。平衡系數使用0.5從能耗方面考慮比較均衡,但這種過于苛刻精準的取值缺乏工程實際意義。從使用頻率角度來取值,也沒有可行性,比如住宅樓乘客電梯常用的負荷載重率相比與商場載貨電梯要小。這些考慮因素實際上更合適專業技術人員針對電梯的使用環境和客戶需求做精細化調整,而不是作為大框架下的技術標準。

除此以外,電梯平衡系數的確定還要考慮曳引機的功率、轎廂和對重的重量以及曳引力(即曳引機與鋼絲繩之間的摩擦力)的影響[3]。單純考慮曳引機功率和平衡系數的關系,如果曳引機的功率選擇過大,功率因數則影響運行的能耗問題;如果曳引機的功率選擇過小,則可能發生電梯啟動后倒溜甚至出現電梯蹲底或者沖頂的情況。對于曳引力,如果電梯最大負荷情況下的不平衡力(轎廂最大負荷情況下與對重側的重力差)大與最大曳引力,則電梯會出現打滑。轎廂和對重的重量則是比較容易被忽略的因素,總重量會影響電梯本身的安全系數以及對與之相關的各部件的選擇。綜合各個因素,于是才有了檢驗規則所要求的平衡系數需要在0.4～0.5的范圍之內。

2 電梯平衡系數的常用方法

2.1 松閘法 根據電梯監督檢驗和定期檢驗規則,在其要求的范圍內確定平衡系數q,將q帶代入公式(1)得到W1,并可知實際需要放置多少對重塊數目。但安裝現場并不知到對重框的重量,且每塊對重塊重量并不足夠精準。所以經過計算放置了對重塊數目后,需要在確保安全前提下,通過確定的q值來計算轎廂內放置的砝碼重量W3=q·Q,放置好砝碼后,松閘操作觀察鋼絲繩倒溜情況來增減對重塊數目。當松閘后鋼絲繩完全不動,即是達到預期的平衡系數。

目前這種測試方式已經較少使用,首先是目前多數變頻器對曳引機溜車有限制保護措施,松閘測試法操作過程需要拆除變頻器的UVW出線端,以斷開保護限制;其次,這種方式增添對重塊頻繁又麻煩,在有更好選擇的前梯下不會優先選擇。

2.2 電流-載荷曲線法 這是目前測試平衡系數最常用的方式[4],該方法在轎廂內分別放置0,30%,40%,45%,50%,60%,100%的額定載重對應的砝碼,在不同負荷下測量電梯以額定速度上下運行時經過井道中間點(即轎廂與對重相遇點)時的輸入電流,把每次記錄的電流記錄到電流-載荷曲線表格,上行運行曲線與下行運行曲線的相交點對應的橫坐標(載荷值)便是當前電梯的實際平衡系數。這是因為當轎廂系統總重量與對重系統總重量相等時,電梯無論上行或者下行,經過井道中間點時所需要曳引機的功率是一致的,而其他情況下電流都有差異。

電流-載荷曲線法在實際應用中雖然可行,但是砝碼搬運一直都是工作強大很大,也依賴于砝碼重量的準確性,再者,每臺電梯調整測試需要的時間也非常長。在這種情況下,亟需更好的測試方法解決問題。

3 空載功率測試方法及其優化

3.1 空載功率測試法 空載功率測試法旨在省去電流-載荷曲線法中轎廂內需要放置砝碼的過程,在電梯機械主體安裝完成以及相應電氣部件調整到位后,只需要保持空載狀態技術人員通過測量所需的數據,既能得出相應的平衡系數。

通過分析電梯空載上行、下行時的功率關系[5],可以知道,電梯空載下行時負荷的位移功率和傳動損耗之和等于曳引機輸出功率:

P1——曳引機輸出功率,k W;

g——重力加速度,取9.8m/s2;

V1——轎廂下行速度,m/s;

同理,電梯空載上行時負荷的位移功率等于曳引機輸出功率減去傳動損耗功率:

P2——曳引機輸出功率,k W;

V2——轎廂上行速度,m/s;

根據公式(2)和公式(3)建立二元一次方程,解得:

即只要需要知道空載上行的速度、上行功率、下行速度和下行功率就能得出電梯的平衡系數。此方法正是目前解決電梯平衡系數測量難題的主流方法。

3.2 空載功率測試法的優化 目前市場已經有不少的產品是根據空載功率測試法的原理來測試并計算得到電梯平衡系數。其中速度的測試多使用滾輪式傳感器直接測量曳引機轉動或者限速器轉動,而功率的測定則用鉗表直接測量變頻器的三相輸出端或者曳引機的三相輸入端。這種做法在實際應用中受速度測量值誤差影響比較大:1、滾輪式速度傳感器的滾輪磨損會影響速度測量值;2、現場技術的操作是否到位會影響速度測量值,即現場操作的影響過大;3、不同電梯供應商的產品各有差異,測試過程會遇到沒有空間放置速度傳感器的情況。

鑒于以上問題,對于空載功率測試法可以選擇不用外用測量設備獲得速度與功率值,而是利用電梯本身的設備,比如變頻器和編碼器來獲取。例如目前Drive Window軟件實際上可以通過電腦連接部分特定變頻器,讀出電梯運行時的數據曲線,如圖2-1所示。

圖2-1 Driven Window軟件

通過讀取電梯空載時上行和向下的速度、功率曲線,便可根據公式(4)得到電梯平衡系數,避免了使用外用設備測量的種種不利因素。

4.結語

電梯平衡系數影響電梯安全、能耗以及其他與之相關部件的選擇,使用更為簡便和準確的測量方式能改善電梯的運行質量。目前利用電梯本身現有的設備進行空載測量法得到電梯的平衡系數應該是值得考慮推行的方案之一。但本文還有其不足的地方,比如需要通過實際測量的數據來驗證得到的平衡系數的準確率等等。