平衡系數(shù)對(duì)電梯專業(yè)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)既熟悉又生疏的參數(shù)。說(shuō)它熟悉是因?yàn)榇蠹叶贾酪芬诫娞輰?duì)重的配置都有一個(gè)“平衡系數(shù)”，都知道國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定“平衡系數(shù)應(yīng)在40% ~50%的范圍內(nèi)”，說(shuō)它生疏是因?yàn)榈降灼胶庀禂?shù)在電梯上起什么作用？其取值大小將影響什么？應(yīng)如何取值最為合適？以及到底如何測(cè)定才是準(zhǔn)確的？許多電梯安裝、檢驗(yàn)人員并不清楚。
目前，各地特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)在對(duì)電梯進(jìn)行驗(yàn)收檢驗(yàn)時(shí)，最費(fèi)時(shí)，也最費(fèi)人力、物力的，便是檢測(cè)電梯的平衡系數(shù)。按檢驗(yàn)規(guī)定：必須在轎廂分別承載0、25%、40%、50%、75%、100%、110%額定載荷下，測(cè)定電梯運(yùn)行的載荷—電流曲線，取其上、下行曲線的交匯點(diǎn)的載荷系數(shù)，便是該梯的平衡系數(shù)，交匯點(diǎn)在40% ~50%范圍內(nèi)為合格。為了測(cè)定這一參數(shù)，除了兩名檢驗(yàn)人員，還需要多名來(lái)回搬運(yùn)法碼的工人。由于影響試驗(yàn)的因素太多，其結(jié)果是否可信尚且不說(shuō)，即便測(cè)試結(jié)果在40%~50%的范圍之內(nèi)，一定合格嗎？若是超出此范圍，為什么就不合格呢？“平衡系數(shù)”的意義是什么？對(duì)電梯有什么影響？不知其所以然，測(cè)定“平衡系數(shù)”就失去了意義。
1、平衡系數(shù)的實(shí)質(zhì)
要探討平衡系數(shù)的實(shí)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(yùn)動(dòng)的升降設(shè)備。從力學(xué)的角度，要使一重物在空中保持靜止?fàn)顟B(tài)，必須有一拉力t與物體的重力q相平衡，即t = q , 這時(shí)物體處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，速度發(fā)生改變，則這一拉力t除了克服物體的重力q，還要提供一個(gè)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被另外一個(gè)平衡力w所平衡，w = q , 即構(gòu)成一個(gè)平衡系統(tǒng)，這時(shí)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 這樣就大大減小了拉力t。這就是電梯上采用的“平衡原理”。這個(gè)平衡力就是由對(duì)重來(lái)提供。因此我們要求對(duì)重的重力w，要與轎廂及載荷的重力 (p+q)相等。
但要真正做到這一點(diǎn)，在電梯的實(shí)際應(yīng)用中非常困難，或且說(shuō)目前還沒(méi)有想出一個(gè)辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。因?yàn)檗I廂的載荷q 是隨機(jī)變化的，可能是0 （ 空載 ）或者 100%qh ( 滿載 ) 范圍內(nèi)的任意值，因此我們只能選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)膶?duì)重重量。
即取 w = p + k qh ---------------（1）
這個(gè)系數(shù)k，就是“平衡系數(shù)”。因此 ，平衡系數(shù)的實(shí)質(zhì)就是設(shè)計(jì)配置對(duì)重的質(zhì)量大小。它將影響對(duì)重的質(zhì)量和電梯的不平衡載荷。當(dāng)轎廂與載荷為 p + q ，（其中 p—是轎廂的自重；q---是轎廂的實(shí)際載荷；qh ---轎廂的額定載荷），轎廂側(cè)與對(duì)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(dāng) q = kqh 時(shí)系統(tǒng)才處于平衡，因此，不論k取何值，平衡只是相對(duì)的，而不平衡是絕對(duì)的。我們只能希望系統(tǒng)盡可能地接近平衡。一種簡(jiǎn)單的辦法便是取轎廂載荷變化的平均值。因?yàn)檗I廂載荷的變化為：0 ~ 100%，因此取 k=50% 左右都是合理的，很難說(shuō)取多少更好些。電梯在出廠時(shí)并不完全了解實(shí)際運(yùn)行使用時(shí)載荷的情況，要想真正達(dá)到比較理想的平衡，應(yīng)該在電梯實(shí)際運(yùn)行使用中，實(shí)際測(cè)定日常運(yùn)行載荷的變化。比如，目前大量的住宅電梯其實(shí)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(yīng)該更為合適?，F(xiàn)在一般的乘客電梯在載荷超過(guò)80%時(shí)就進(jìn)入直駛狀態(tài)，因此真正滿載的時(shí)候也較少，因此取平衡系數(shù)k =40% ~ 50% 為合適。相反，一些載貨電梯，由于轎廂超面積，其載荷變化會(huì)在 0 ~ 105%，因此平衡系數(shù)取 k≥50% 應(yīng)該更為合適。必須指出，這里說(shuō)k的取值是指電梯設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)平衡系數(shù)k的取值，稱為設(shè)計(jì)值，絕不是電梯安裝時(shí)或使用后隨意配置的k值。
3、平衡系數(shù)k的取值對(duì)電梯的影響
上面已經(jīng)說(shuō)明，無(wú)論平衡系數(shù)k如何取值，要以不變的k值應(yīng)萬(wàn)變的載荷q是不可能的，因此在轎廂與對(duì)重系統(tǒng)上不平衡狀態(tài)是絕對(duì)的，從設(shè)計(jì)的角度，k的取值首先影響作用于曳引輪兩側(cè)的不平衡力矩的大小，若最大載荷為超載載荷110%qh ，k的取值按40%~50%，則空載時(shí)不平衡載荷為：（0.4~0.5）qh ，超載時(shí)不平衡載荷為：（1.1-k）qh = ( 0.6~0.7) qh ,若按電梯驗(yàn)收檢驗(yàn)時(shí)的最嚴(yán)重載荷125% qh ，則不平衡載荷為1.25-k =（0.75~0.85）qh , 這是電梯可能的最大不平衡載荷（指靜載荷），也就是電梯必須提供的最小靜態(tài)曳引力。
這首先影響選用的主機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率p。主電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)功率足夠大，則k的選擇將影響電梯運(yùn)行時(shí)耗能的大小，如果選用電動(dòng)機(jī)的功率余量較小，則平衡系數(shù)取值不合適可能會(huì)造成電梯啟動(dòng)后出現(xiàn)倒拉，發(fā)生溜車(chē)或者沖頂?shù)氖鹿省?br>
平衡系數(shù)的取值影響不平衡載荷的大小，同時(shí)也影響曳引輪兩側(cè)鋼絲繩的張力，這個(gè)張力的大小將對(duì)曳引鋼絲繩在繩槽內(nèi)的比壓產(chǎn)生影響，張力越大則比壓也越大，則曳引鋼絲繩提供的曳引能力就越強(qiáng)。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(dāng)最大不平衡載荷大于電梯的最大曳引力時(shí)，曳引鋼絲繩在繩槽中將出現(xiàn)打滑，發(fā)生溜車(chē)事故。在電梯設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)平衡系數(shù)k的選擇既要考慮到主機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率，又要考慮到對(duì)曳引能力的影響。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
平衡系數(shù)k的取值還影響轎廂、對(duì)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），這一點(diǎn)很容易被忽略。轎廂、對(duì)重系統(tǒng)的總質(zhì)量將影響電梯的安全系數(shù)，影響對(duì)曳引鋼絲繩、曳引輪繩槽等部件參數(shù)的選擇。同時(shí)總質(zhì)量的大小還影響到電梯運(yùn)行中起、制動(dòng)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(shí)，為了應(yīng)對(duì)驗(yàn)收檢驗(yàn)，減小驗(yàn)收時(shí)的不平衡載荷，安裝人員往往把平衡系數(shù)k取得較大，配置到接近50%，增加平衡系數(shù)就是增加對(duì)重的質(zhì)量，會(huì)帶來(lái)電梯啟、制動(dòng)加速度的減小，以至制動(dòng)困難。因此，平衡系數(shù)k值表面上看只是一個(gè)比值，實(shí)際上它與轎廂、對(duì)重的質(zhì)量有密切關(guān)系。它是電梯整體設(shè)計(jì)時(shí)的重要參數(shù)之一，撇開(kāi)額定載重、轎廂自重等參數(shù)，純粹的平衡系數(shù)是沒(méi)有意義的。
所以平衡系數(shù)k的確定必須在電梯設(shè)計(jì)時(shí)，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(jī)電機(jī)、制動(dòng)器、安全鉗、緩沖器等綜合考慮。其相互關(guān)系曾在本人的另一篇論文《電梯參數(shù)及其相互關(guān)系》中述及，這里不再細(xì)述。這就是為什么電梯安裝時(shí)，平衡系數(shù)應(yīng)按40%~50%范圍的設(shè)計(jì)值配置的原因。值得一提的是，近來(lái)一些在用電梯重新裝璜轎廂，使轎廂的自重增加，這時(shí)為了保持平衡系數(shù)k值不變，采取增加對(duì)重塊的方法，使系統(tǒng)的整體質(zhì)量大大增加，這是極其錯(cuò)誤的，這時(shí)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(dòng)減速度減小，會(huì)給電梯造成嚴(yán)重的安全隱患。
所以說(shuō)平衡系數(shù)k的取值，并非只要安裝時(shí)或者驗(yàn)收檢驗(yàn)時(shí)測(cè)得在40% ~ 50%范圍內(nèi)，均認(rèn)定為符合要求。如果取值偏離了設(shè)計(jì)值便是不符合要求，或者雖然取值符合設(shè)計(jì)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(shuō)明：“應(yīng)檢查平衡系數(shù)是否如安裝者所說(shuō)”，這里的“安裝者所說(shuō)”實(shí)指設(shè)計(jì)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(wù)必將電梯設(shè)計(jì)的平衡系數(shù)值，告知安裝施工人員，安裝施工人員務(wù)必遵照設(shè)計(jì)值配置對(duì)重裝置，并不得隨意更改轎廂自重。檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)收檢驗(yàn)時(shí)必須測(cè)定其實(shí)際值與設(shè)計(jì)值是否一致，并檢查其是否私自更動(dòng)轎廂自重等參數(shù)。這一點(diǎn)應(yīng)該引起業(yè)內(nèi)人士的注意。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)上推薦采用測(cè)量曳引電動(dòng)機(jī)電流的方法就屬于這一類(lèi)。其基本原理是：當(dāng)電梯作勻速運(yùn)行時(shí)，曳引電動(dòng)機(jī)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩t2為：
t2 = t0 ±△t ---------（3）
t0 ----折算到電機(jī)軸上，電梯機(jī)械傳動(dòng)反抗性阻力轉(zhuǎn)矩（簡(jiǎn)稱阻力矩）
△t ---折算到電機(jī)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?。（?jiǎn)稱不平衡載荷）
當(dāng)轎廂與載荷的重力（p+q）與對(duì)重的重力（p+kqh）相等時(shí)（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(cè)量電流來(lái)判斷是否平衡，平衡狀態(tài)下：
△t = 0，假定轎廂上行與下行時(shí)的阻力轉(zhuǎn)矩t0 是一樣的，則上、下行時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩t2就相同 ,t2 = t0 ,這時(shí)測(cè)得電機(jī)的電流也應(yīng)相等。以上、下行電流相等來(lái)判定平衡，（注意：不是電流最?。?，這就是電流法的原理。
以測(cè)量電流來(lái)判定轉(zhuǎn)矩，這是一種間接的測(cè)量方法。電流與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系是從電動(dòng)機(jī)上的功率平衡關(guān)系間接獲得。
電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率 p2 = t2 ω （ω---電機(jī)角速度），它與電機(jī)的電磁功率 pm 之間有：pm = pcu + p2（ pcu-----電機(jī)轉(zhuǎn)子銅損耗），如忽略轉(zhuǎn)子銅損， 則有： pm = p2 對(duì)于交流異步電動(dòng)機(jī)，電磁功率 pm =( m p /2πf1)·( i22 r/s) ----（4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、頻率一定時(shí)，電磁功率 pm 與轉(zhuǎn)