140763对电梯曳引力和平衡系数的研究及相关影响

刘德勇，男，1985年出生，四川，硕士，中级工程师，主要从事信号处理、检测技术，已公开发表3篇论文。对电梯曳引力和平衡系数的研究及相关影响刘德勇成都特种设备检测院，成都610000摘要：电梯曳引力和平衡系数是电梯安全运行，质量保证最重要的两个性能参数。电梯曳引力和平衡系数的好坏，将决定电梯使用的寿命和乘客的舒适感；也是判断一台电梯是否节能的一项重要参数；也是导致电梯严重事故发生的根源之一。关键词：平衡系数；曳引力；摩擦系数；转矩法thestudyofelevatortractionandbalancecoefficientandinfluenceLiuDe-yong1.Chengduinstituteofspecialequipmentinspection,Chengdu,610000Abstract:Theelevatortractionandbalancecoefficientisthesafeoperationoftheelevator,andqualityassurancetwoofthemostimportantperformanceparameters.Thegoodorbadofelevatortractionandbalancecoefficient,willdeterminetheelevatorusinglifeandpassengercomfort，isalsojudgewhetheraelevatorenergy-savingisanimportantparameter.Itisalsooneofleadtoseriousaccidenthappenedattherootoftheelevator.Keywords:Balancecoefficient;Traction;Thefrictioncoefficient;Torquemethod0引言随着我国城市化建设不断深入，人民的生活水平不断改善，需要一个舒适的生活环境，所以电梯是每一栋高楼必不可少的一种垂直升降工具。例如，成都市最近三年都是以20%的速度递增，到2014年6月份已达到8万台左右，尤其是郊区县城增加突出，因此对电梯曳引力和平衡系数的研究和相关影响是必要的，减少人身财产安全的隐患，加强检验检测机构对电梯的安全管理和验收检验工作。1平衡原理要使电梯匀速运动或静止，就需要一个拉力F与物体的重力G相平衡，即F=G。假如要想使电梯变速运动[1]，除了拉力F需要克服重力G以外，还需要提供一个产生加速度的力F1，即F=G+F1=G+ma（m是物体的质量，a是加速度），在电梯系统中，电梯的重力G被对重的重力W所平衡，即拉力F=F1=ma。对重的重力W等于轿箱自重P和电梯载荷Q1之和,即W=P+Q1。有因为载荷Q1是一个随机变化的值，它可能是空载，轻载；也可能是满载，因此W=P+Q1=P+KQ（Q是额定载荷，K是0～1之间的常数）。由此可以推出电梯的不平衡载荷ΔT，）1－1（　　　　　　　　　　　Ｐ＋ＫＱ－Ｐ＋ＱＴ＝　　　　　　　　　　1要是电梯载荷平衡，就要使ΔT=0，由此可以推出：）－（　　　　　　　　ＱＷ－Ｐ＝ＱＱ＝ＫＱ，Ｋ＝Ｑ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2111K就是平衡系数。1.1平衡系数的计算方法平衡系数的计算方法有直接法和间接法，直接法有称重法、电流法；间接法有盘车手轮转矩法。目前用得最多是电流法和盘车手轮转矩法。1.1.1电流法电流法就是用钳形数字电流表记录电梯上行和下行时，轿厢和对重运行到同一水平位置交汇的瞬间，主电机进线时的电流值大小。分别记录在额定载荷30%,40%,45%,50%,60%上行和下行时电流的大小[2]，绘制载荷-电流曲线图，平衡系数就是上行和下行曲线相交的点，由检规可知平衡系数K的取值在0.4～0.5之间。电流法的步骤如下：（1）当对重和轿厢运行到同一水平位置时在曳引绳上标记一条线；（2）用钳形数字电流表分别记录载荷在空载和额定载荷的30%,40%,45%,50%,60%，110%上行和下行时对重和轿厢运行到同一水平位置，主电机进线的电流大小；（3）分别画出上行和下行的负载-电流曲线图；（4）曲线的交点就是平衡系数；（5）平衡系数在0.4～0.5之间，则结束；否则，调整载荷，重新返回到（2）。用计算机处理的表格和曲线图如表1－1和图1－2。表1-1电流大小载荷30%40%45%50%60%下行电流Ａ3.52.52.11.31上行电流Ａ0.81.422.83.3图1-2载荷-电流曲线图1.1.2盘车手轮转矩法电流法由于种种原因，如:在动态条件下进行人工测试电流存在较大的读数误差、仪器自身误差、仪器反应误差、人为绘图的误差，多次搬运砝码所积累的误差，这些导致平衡系数的误差较大[3]。而盘车手轮转矩法比电流法的误差要小。利用电梯手动盘车装置，通过盘车力矩测试装置测试盘车力矩数值D，进行测试数据处理。其中机械系统转动阻力f在静态力矩平衡中影响微小，通过同一位置向上、向下两次盘车读出数值求取平均值方法抵消了其对D值的影响。根据力矩平衡原理推算出D值与电梯平衡系数关系公式：当实验载荷等于额定载荷时：Q=Q')31()(2)()(2)()()()(1223DDDDRWMPQRMPWRMPWRPMWQRRPWQPWK其中D1、D2、D3为电梯轿厢处于不同停靠位置或不同载荷工况时（如图1-3）力矩测试装置上、下盘车测试读值的平均值。当实验载荷不等于额定载荷时：Q=i*Q',则K'=i*k。图1-3不同载荷力矩测试2曳引力的计算曳引力是靠曳引轮与曳引绳之间的摩擦力来拉动轿厢。曳引力应该满足以下三个条件[4]：（1）轿厢装载至125%额定载荷的情况下应保持平层状态不打滑；（2）必须保证在任何紧急制动的状态下，不管轿厢内是空载还是满载，其减速度的值不能超过缓冲器（包括减行程的缓冲器）作用时减速度的值；（3）当对重压在缓冲器上而曳引机按电梯上行方向旋转时，应不可能提升空载轿厢。按GB7588-2003附录M提示曳引力计算采用下面的公式：12eafTT用于轿厢装载和紧急制动工况；12eafTT用于轿厢滞留工况（对重压在缓冲器上，曳引轮向上方向旋转）式中：f-当量摩擦系数；a-钢丝绳在轮上的包角，rad；T1、T2-是曳引轮两侧曳引绳的拉力；e-自然对数的底，e≈2.718。2.1当量摩擦系数f的计算a）对曳引轮为半圆槽和带切口半圆槽的公式：)12(sinsin2sin2cos4uf式中：u为摩擦系数；β为下部切口角度值rad，最大不应超过106度；r为上部槽的角度值rad，不应小于35度。如图2-1。图2-1带切口半圆槽图2-2V形槽b）对曳引轮为V形槽的公式：轿厢装载和紧急制动工况：对于经硬化处理的槽）（）（2-2sin2sin-14uf对于经硬化处理的槽）（3-22sin1uf轿厢装载时，u=0.1；紧急制动时，10v11.0us，Vs轿厢额定速度下对应绳速。轿厢滞留工况：理的槽对于经硬化和未硬化处）（4-22sin1ufu=0.2。2.2T1、T2的计算轿厢装载工况：)52(xnxgrwkQpTP为轿厢自重，Q为额定载重量，gn为重力加速度，r为曳引钢丝绳的倍率，X=1时，w1为钢丝绳质量，k=1.25；X=2时，w2补偿链的质量，k为平衡系数；紧急制动工况：)72()()w(p)62()(a)()(p32211ragwTragrwrgkQTnnnW3为随行电缆悬挂的质量。轿厢滞留工况：)92()82(wp12321grwnTgrwTn3两者的关系曳引力是指依赖于曳引轮和钢丝绳之间的摩擦力来实现、保障电梯的一种能力，而平衡系数是指对重与轿厢处在同一水平面上时，上行和下行电流—载荷的交点，根据《电梯监督检验和定期检验规则》平衡系数K取值0.4-0.5之间。由于平衡系数K是固定的，而载荷是变化的，K的取值首先影响曳引轮两侧不平衡力矩的大小，若最大载荷为超载载荷125%Q，K值取0.4Q-0.5Q,那么不平衡载荷为：)13(85.0~75.05.0~4.025.1QQQT也就是说电梯提供的最小曳引力为（0.75～0.85）Q。4两者的影响及相应措施电梯的平衡系数会影响电梯冲顶或蹲底，而曳引力会影响电梯的蹲底或溜车。冲顶和蹲底是电梯事故中最不愿意看到的情况，因为发生这种情况，轻则伤，重则死。因此，我们必须要对电梯冲顶或蹲底的原因进行分析，为电梯的安全管理和检验工作做好事前控制。当然产生电梯冲顶或蹲底的原因有很多，在此只针对电梯的平衡系数和曳引力进行分析。如表4-1。对电梯溜车的原因分析有很多，如：制动闸瓦磨损、弹簧力不足、制动器不抱闸和电梯超载，但这里不是所研究的重点，本文研究的重点是曳引力不足所带来的溜车，根据前面的理论研究知道曳引力与曳引轮的摩擦因数有关，那就是曳引轮磨损的程度有很大关系。曳引轮的磨损的原因有：曳引轮制作材料不合符国家的标准；安装和更换钢丝绳造成钢丝绳扭结，磨损曳引轮；受力不均匀；比压过大；长时间使用，自然磨损等等。对不同工况、原因下平衡系数过大，过小和曳引力不足造成的冲顶、蹲底、溜车，采取的措施各不相同。如表4-1所示。4-1电梯的平衡系数和曳引力的影响原因工况影响相应措施平衡系数过大轻载上行冲顶减少对重块或增加轿厢重量过小满载下行蹲底增加对重块或减小轿厢重量曳引力曳引力不足，比压过大，曳引轮磨损等等，提升重物困难满载下行蹲底增加摩擦系数，增加包角，增加轿厢重量，增大曳引轮直径电梯启动、停止溜车5结论对电梯曳引力和平衡系数的研究，有利于事前控制，减少安全事故的发生，防止发生电梯冲顶或者蹲底，但发生电梯冲顶或者蹲底的原因有很多,采取的措施根据不同的原因各不相同。对平衡系数检测的方法中，虽然电流法在检验中用得比较多，但偏差较大，还费力和费时；而转矩法通过同一位置向上、向下两次盘车读出数值求取平均值减小了偏差，还省力省时。参考文献1杨亚琴.电梯平衡系数优化的研究[J],中国制造业信息化,2011(23)：32～34.2吴泽松.空载时通过测试盘车力矩确定电梯平衡系数[J],中国电梯2012(3):78～80.3李典韦.利用额定载荷静态系测试电梯平衡数方法[J],质量技术监督研究,2011(2):45～46.4GB/T7588-2003,电梯制造与安装安全规范[S].