電梯平衡系數(shù)的影響及誤差分析

引言

平衡系數(shù)是曳引驅(qū)動(dòng)電梯中重要的性能參數(shù),關(guān)系到電梯的安全運(yùn)行,影響著電梯曳引電機(jī)的輸出功率,且平衡系數(shù)是判斷曳引條件是否符合要求的重要指標(biāo),平衡系數(shù)取值合理是保證曳引機(jī)傳動(dòng)安全可靠、電梯運(yùn)行穩(wěn)定的必要條件。因此,在曳引驅(qū)動(dòng)電梯設(shè)計(jì)安裝時(shí),合理設(shè)計(jì)平衡系數(shù)尤為重要。

1平衡系數(shù)的重要性

轎廂與對(duì)重的重力是形成曳引力的必要條件。電梯運(yùn)行依靠的是曳引力,而曳引力依靠轎廂和對(duì)重的重力,通過鋼絲繩施加在曳引輪槽上產(chǎn)生的摩擦力而成。

通過分析電梯的運(yùn)行動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)可知,曳引電梯在運(yùn)行過程中對(duì)重側(cè)質(zhì)量與轎廂側(cè)質(zhì)量差通過鋼絲繩作用于曳引輪,形成促使曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)曳引電梯的運(yùn)行方向與這一轉(zhuǎn)矩反向時(shí),為保證電梯轎廂正常提升或下降運(yùn)行,曳引電機(jī)需要輸出較大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,消耗較多的電能:而當(dāng)曳引電梯運(yùn)行方向與施加在曳引輪上的轉(zhuǎn)矩一致時(shí),轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)曳引電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),電機(jī)在電磁線圈中做切割磁場(chǎng)線運(yùn)動(dòng),曳引電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài),通過放電電阻以熱能形式釋放。因此,引入平衡系數(shù),可以減輕曳引電機(jī)負(fù)擔(dān),節(jié)約電能,確保電梯運(yùn)行安全高效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

平衡系數(shù)計(jì)算公式:

式中,K是電梯平衡系數(shù):W是對(duì)重質(zhì)量(kg):G是轎廂質(zhì)量(kg):Q是電梯額定載重(kg)。

根據(jù)式(I)可知,引入對(duì)重部分平衡轎廂及轎廂內(nèi)負(fù)載重量的目的是為了減輕曳引機(jī)運(yùn)行的負(fù)荷。由于轎廂側(cè)負(fù)載的重量是一個(gè)變量,而對(duì)重在電梯安裝調(diào)試完成后不可隨意改動(dòng),是一個(gè)固定值,不能在各種工作情況下都能完全平衡轎廂側(cè)重量。因此,引入平衡系數(shù),根據(jù)電梯使用工況選取一個(gè)合適的平衡系數(shù)就顯得尤為重要。

2平衡系數(shù)對(duì)曳引電梯的影響

2.1電梯平衡系數(shù)影響曳引驅(qū)動(dòng)電梯電機(jī)功率的選擇

為了確保曳引電梯擁有提升一定額定載重的輸送能力,確保電梯正常起升、下降運(yùn)行,常根據(jù)以下公式選擇確定曳引電機(jī)功率:

式中,P為電機(jī)設(shè)計(jì)功率(kw):Q為電梯額定載重(kg):K為平衡系數(shù):v為電梯額定速度(m/s):7為電梯機(jī)械總效率,對(duì)有齒曳引電梯取0.5~0.65,無齒曳引電梯取0.8~0.85。

根據(jù)式(2)可知,一定額定載重的曳引電梯的額定載重Q、電梯的額定速度v及機(jī)械總效率7是個(gè)定值,因此其設(shè)計(jì)功率P的選取受該電梯平衡系數(shù)的取值影響。對(duì)于相同額定載重、額定速度的電梯,隨著該電梯平衡系數(shù)K取值的減小,所需的曳引電機(jī)功率將會(huì)增加:相反,隨著該電梯平衡系數(shù)K取值的增大,所需的曳引電機(jī)功率將會(huì)減小。但此時(shí)為了獲得較大的平衡系數(shù)值,由于轎廂質(zhì)量額定不變,就需增加曳引電梯對(duì)重側(cè)的質(zhì)量,增加的這部分對(duì)重質(zhì)量通過曳引鋼絲繩施加在曳引輪上,增大鋼絲繩與曳引輪之間的摩擦力,曳引電梯運(yùn)行過程中,由于曳引輪與曳引鋼絲繩會(huì)產(chǎn)生一定量的滑移,增加的這部分對(duì)重質(zhì)量會(huì)加速鋼絲繩與曳引輪的磨損。

2.2平衡系數(shù)影響電梯曳引力的大小

曳引電梯的正常運(yùn)行需滿足以下公式:

式中,TI為電梯兩側(cè)靜拉力中較大值(N):T2為電梯兩側(cè)靜拉力中較小值(N):f為鋼絲繩在輪槽中的當(dāng)量摩擦系數(shù),與曳引輪輪槽形狀和材料有關(guān):a為曳引繩在曳引輪上的包角(9)。

為載有I25%額定載荷的轎廂位于最低層站及空轎廂位于最高層站的兩種情況下,曳引輪兩邊作用于曳引鋼絲繩較大靜拉力與較小靜拉力之比:efa稱為曳引系數(shù),它限定了的比值,efa越大,則表明允許值和TI-T2允許值越大,也就表明電梯曳引能力越大。因此,一臺(tái)電梯的曳引系數(shù)代表了該臺(tái)電梯的曳引能力。

結(jié)合平衡系數(shù)的計(jì)算公式K=(W-G)/Q可以看出,平衡系數(shù)K同樣限定了的比值,當(dāng)TI為轎廂側(cè)作用于曳引鋼絲繩的靜拉力,此時(shí)若值大于曳引系數(shù)efa,曳引力不足以提升轎廂,電梯易引發(fā)蹲底事故:當(dāng)TI為對(duì)重側(cè)作用于曳引鋼絲繩的靜拉力,此時(shí)若值大于曳引系數(shù)efa,曳引力不足以克服對(duì)重作用于鋼絲繩上的靜拉力,易引發(fā)電梯沖頂。因此,平衡系數(shù)影響電梯曳引能力。

3電流法

TsGT700I一2009規(guī)定平衡系數(shù)值取0.40~0.50,或者符合制造(改造)單位的設(shè)計(jì)值。測(cè)試方法為轎廂裝載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%做全程運(yùn)行,當(dāng)轎廂與對(duì)重運(yùn)行到同一水平位置時(shí),記錄電動(dòng)機(jī)的電流值,繪制電流曲線。

3.1電流法原理

在電梯實(shí)際載重運(yùn)行過程中,由于轎廂側(cè)載重量是個(gè)變量,因此,曳引電動(dòng)機(jī)需要提供不同的轉(zhuǎn)矩,才能保證電梯安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)三相電機(jī)功率的計(jì)算公式:

式中,U為曳引電動(dòng)機(jī)的輸入電壓(V):I為曳引電動(dòng)機(jī)的輸入電流(A):cosφ是電機(jī)功率因數(shù),一般取0.75。

式中曳引電動(dòng)機(jī)輸入電壓U波動(dòng)小,功率因數(shù)φ為定值,得出輸入功率P與電流I成正比。結(jié)合電動(dòng)機(jī)的輸出功率與輸出力矩公式:

式中,T為曳引電動(dòng)機(jī)的輸出力矩(N·m):P為曳引電動(dòng)機(jī)的輸出功率(kw):n為曳引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/min),得出電機(jī)輸出力矩T與輸出功率P成正比。因此,輸出轉(zhuǎn)矩與輸入電流成正比。

因此,輸出電流能反映轎廂側(cè)負(fù)載的情況,據(jù)此測(cè)得不同負(fù)載下的電流值,繪制出平衡系數(shù)曲線圖,便可測(cè)出電梯的平衡系數(shù)。

3.2影響電流法精度的因素

(1)測(cè)量點(diǎn)選取位置錯(cuò)誤。檢驗(yàn)過程中,按照規(guī)定應(yīng)當(dāng)測(cè)量電動(dòng)機(jī)端的電流值,而在實(shí)際操作中為了方便常取總開關(guān)出線端為測(cè)量點(diǎn),此時(shí)測(cè)得的電流值受進(jìn)入從總開關(guān)后端進(jìn)入控制柜接線線路電流波動(dòng)的影響。配置有變頻器的曳引驅(qū)動(dòng)電梯,選取的測(cè)量點(diǎn)應(yīng)在變頻器前端,因?yàn)橐话愕你Q表只能測(cè)50Hz左右的正弦波電流,經(jīng)過變頻器變頻后的電流超過這個(gè)頻段太多或者正弦波畸變太厲害,即使是使用寬頻鉗表由于對(duì)變頻后電流頻率具體值的不可知,會(huì)導(dǎo)致所測(cè)得的有效值嚴(yán)重失真,不準(zhǔn)確。

(2)運(yùn)行過程中導(dǎo)靴與軌道的摩擦,補(bǔ)償鏈或繩、隨行電纜的跟隨式運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致轎廂側(cè)質(zhì)量變化,引起鉗表電流波動(dòng),造成誤讀。

(3)在轎廂與對(duì)重到達(dá)同一位置時(shí),存在不可避免的人為讀數(shù)延時(shí)誤差。

(4)根據(jù)讀取的電流值繪制電流曲線時(shí),系統(tǒng)誤差導(dǎo)致平衡系數(shù)值偏離實(shí)際值。

(5)使用環(huán)境、作業(yè)工況的不同,造成供電電源的不穩(wěn)定,導(dǎo)致電流波動(dòng)。

4結(jié)語(yǔ)

本文分析探討了平衡系數(shù)對(duì)電梯運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)的影響,平衡系數(shù)取值合理可以保證電梯運(yùn)行的安全、高效,節(jié)省能耗,減少系統(tǒng)磨損,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。而平衡系數(shù)本身是一個(gè)整體性參數(shù),對(duì)電梯的整體性能具有較大影響,不能單獨(dú)從某一方面片面設(shè)定。在日常檢驗(yàn)平衡系數(shù)的過程中,由于人為和系統(tǒng)測(cè)量誤差會(huì)影響測(cè)量結(jié)果,因此對(duì)單一點(diǎn)平衡系數(shù)的測(cè)量可采用多次測(cè)量取平均值的方式,減小測(cè)量誤差,提升測(cè)量精度。