电梯平衡系数的影响及误差分析

引言

平衡系数是曳引驱动电梯中重要的性能参数,关系到电梯的安全运行,影响着电梯曳引电机的输出功率,且平衡系数是判断曳引条件是否符合要求的重要指标,平衡系数取值合理是保证曳引机传动安全可靠、电梯运行稳定的必要条件。因此,在曳引驱动电梯设计安装时,合理设计平衡系数尤为重要。

1平衡系数的重要性

轿厢与对重的重力是形成曳引力的必要条件。电梯运行依靠的是曳引力,而曳引力依靠轿厢和对重的重力,通过钢丝绳施加在曳引轮槽上产生的摩擦力而成。

通过分析电梯的运行动态结构可知,曳引电梯在运行过程中对重侧质量与轿厢侧质量差通过钢丝绳作用于曳引轮,形成促使曳引轮转动的转矩。当曳引电梯的运行方向与这一转矩反向时,为保证电梯轿厢正常提升或下降运行,曳引电机需要输出较大的转动力矩,消耗较多的电能:而当曳引电梯运行方向与施加在曳引轮上的转矩一致时,转矩带动曳引电机转动,电机在电磁线圈中做切割磁场线运动,曳引电机处于发电状态,通过放电电阻以热能形式释放。因此,引入平衡系数,可以减轻曳引电机负担,节约电能,确保电梯运行安全高效、经济环保。

平衡系数计算公式:

式中,K是电梯平衡系数:W是对重质量(kg):G是轿厢质量(kg):Q是电梯额定载重(kg)。

根据式(I)可知,引入对重部分平衡轿厢及轿厢内负载重量的目的是为了减轻曳引机运行的负荷。由于轿厢侧负载的重量是一个变量,而对重在电梯安装调试完成后不可随意改动,是一个固定值,不能在各种工作情况下都能完全平衡轿厢侧重量。因此,引入平衡系数,根据电梯使用工况选取一个合适的平衡系数就显得尤为重要。

2平衡系数对曳引电梯的影响

2.1电梯平衡系数影响曳引驱动电梯电机功率的选择

为了确保曳引电梯拥有提升一定额定载重的输送能力,确保电梯正常起升、下降运行,常根据以下公式选择确定曳引电机功率:

式中,P为电机设计功率(kw):Q为电梯额定载重(kg):K为平衡系数:v为电梯额定速度(m/s):7为电梯机械总效率,对有齿曳引电梯取0.5~0.65,无齿曳引电梯取0.8~0.85。

根据式(2)可知,一定额定载重的曳引电梯的额定载重Q、电梯的额定速度v及机械总效率7是个定值,因此其设计功率P的选取受该电梯平衡系数的取值影响。对于相同额定载重、额定速度的电梯,随着该电梯平衡系数K取值的减小,所需的曳引电机功率将会增加:相反,随着该电梯平衡系数K取值的增大,所需的曳引电机功率将会减小。但此时为了获得较大的平衡系数值,由于轿厢质量额定不变,就需增加曳引电梯对重侧的质量,增加的这部分对重质量通过曳引钢丝绳施加在曳引轮上,增大钢丝绳与曳引轮之间的摩擦力,曳引电梯运行过程中,由于曳引轮与曳引钢丝绳会产生一定量的滑移,增加的这部分对重质量会加速钢丝绳与曳引轮的磨损。

2.2平衡系数影响电梯曳引力的大小

曳引电梯的正常运行需满足以下公式:

式中,TI为电梯两侧静拉力中较大值(N):T2为电梯两侧静拉力中较小值(N):f为钢丝绳在轮槽中的当量摩擦系数,与曳引轮轮槽形状和材料有关:a为曳引绳在曳引轮上的包角(9)。

为载有I25%额定载荷的轿厢位于最低层站及空轿厢位于最高层站的两种情况下,曳引轮两边作用于曳引钢丝绳较大静拉力与较小静拉力之比:efa称为曳引系数,它限定了的比值,efa越大,则表明允许值和TI-T2允许值越大,也就表明电梯曳引能力越大。因此,一台电梯的曳引系数代表了该台电梯的曳引能力。

结合平衡系数的计算公式K=(W-G)/Q可以看出,平衡系数K同样限定了的比值,当TI为轿厢侧作用于曳引钢丝绳的静拉力,此时若值大于曳引系数efa,曳引力不足以提升轿厢,电梯易引发蹲底事故:当TI为对重侧作用于曳引钢丝绳的静拉力,此时若值大于曳引系数efa,曳引力不足以克服对重作用于钢丝绳上的静拉力,易引发电梯冲顶。因此,平衡系数影响电梯曳引能力。

3电流法

TsGT700I一2009规定平衡系数值取0.40~0.50,或者符合制造(改造)单位的设计值。测试方法为轿厢装载额定载重量的30%、40%、45%、50%、60%做全程运行,当轿厢与对重运行到同一水平位置时,记录电动机的电流值,绘制电流曲线。

3.1电流法原理

在电梯实际载重运行过程中,由于轿厢侧载重量是个变量,因此,曳引电动机需要提供不同的转矩,才能保证电梯安全稳定运行。根据三相电机功率的计算公式:

式中,U为曳引电动机的输入电压(V):I为曳引电动机的输入电流(A):cosφ是电机功率因数,一般取0.75。

式中曳引电动机输入电压U波动小,功率因数φ为定值,得出输入功率P与电流I成正比。结合电动机的输出功率与输出力矩公式:

式中,T为曳引电动机的输出力矩(N·m):P为曳引电动机的输出功率(kw):n为曳引电动机的转速(r/min),得出电机输出力矩T与输出功率P成正比。因此,输出转矩与输入电流成正比。

因此,输出电流能反映轿厢侧负载的情况,据此测得不同负载下的电流值,绘制出平衡系数曲线图,便可测出电梯的平衡系数。

3.2影响电流法精度的因素

(1)测量点选取位置错误。检验过程中,按照规定应当测量电动机端的电流值,而在实际操作中为了方便常取总开关出线端为测量点,此时测得的电流值受进入从总开关后端进入控制柜接线线路电流波动的影响。配置有变频器的曳引驱动电梯,选取的测量点应在变频器前端,因为一般的钳表只能测50Hz左右的正弦波电流,经过变频器变频后的电流超过这个频段太多或者正弦波畸变太厉害,即使是使用宽频钳表由于对变频后电流频率具体值的不可知,会导致所测得的有效值严重失真,不准确。

(2)运行过程中导靴与轨道的摩擦,补偿链或绳、随行电缆的跟随式运动导致轿厢侧质量变化,引起钳表电流波动,造成误读。

(3)在轿厢与对重到达同一位置时,存在不可避免的人为读数延时误差。

(4)根据读取的电流值绘制电流曲线时,系统误差导致平衡系数值偏离实际值。

(5)使用环境、作业工况的不同,造成供电电源的不稳定,导致电流波动。

4结语

本文分析探讨了平衡系数对电梯运行各项参数的影响,平衡系数取值合理可以保证电梯运行的安全、高效,节省能耗,减少系统磨损,延长设备使用寿命。而平衡系数本身是一个整体性参数,对电梯的整体性能具有较大影响,不能单独从某一方面片面设定。在日常检验平衡系数的过程中,由于人为和系统测量误差会影响测量结果,因此对单一点平衡系数的测量可采用多次测量取平均值的方式,减小测量误差,提升测量精度。