淺析電梯平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的影響因素
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作者：張毅
為了提高電梯的曳引性能，減小電梯運(yùn)行中曳引輪兩邊的載荷差，電梯宜采用補(bǔ)償裝置。如果轎廂的平衡補(bǔ)償裝置安裝不合理，會造成轎廂受到一個不平衡力，從而產(chǎn)生振動；平衡補(bǔ)償裝置過長，造成電梯運(yùn)行過程中，補(bǔ)償裝置拖地摩擦及擺動過程中碰撞對重護(hù)欄引發(fā)噪聲；提升高度較高的電梯，如果不安裝平衡補(bǔ)償裝置，會影響電梯的曳引能力，甚至?xí)绊戨娞莸陌踩\(yùn)行。在檢驗過程中發(fā)現(xiàn)，對于低速電梯，有的3層3站的電梯有補(bǔ)償裝置，有的11層11站的電梯沒有補(bǔ)償裝置，有的相同條件的電梯設(shè)置補(bǔ)償裝置的情況也不一樣，電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動電梯》及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)僅對補(bǔ)償裝置有具體要求，對設(shè)置補(bǔ)償裝置的情況卻沒有明確的規(guī)范，所以補(bǔ)償裝置設(shè)置的合理性一直困擾著檢驗人員。因此，確定平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的影響因素，對檢驗人員判斷其合理性有著重要意義。
1平衡補(bǔ)償裝置的本質(zhì)
從理論的角度來說，電梯平衡補(bǔ)償裝置是被廣泛地應(yīng)用于電梯的一個部件，是用來平衡電梯正常運(yùn)行過程中曳引輪兩側(cè)的鋼絲繩重量不均衡變化的措施。當(dāng)轎廂位于最低層站時，曳引鋼絲繩的大部分重量會作用于轎廂側(cè)，使轎廂側(cè)的重量變大；相反，當(dāng)轎廂位于最高層站時，曳引鋼絲繩的大部分重量作用于對重側(cè)，使對重側(cè)的重量變大。這種重量的變化在電梯提升高度較小時，對電梯的運(yùn)行性能影響微乎其微，但提升高度超過一定值時，也就是說曳引輪兩側(cè)重量不均衡變化超過一定量時，會嚴(yán)重影響電梯安全運(yùn)行的穩(wěn)定性，甚至危及乘客的安全。因此，當(dāng)電梯的提升高度超過一定值時，必須要用加裝平衡補(bǔ)償裝置。平衡補(bǔ)償裝置如圖1所示。
2電梯平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置對曳引能力的影響
設(shè)置電梯平衡補(bǔ)償裝置時應(yīng)優(yōu)先考慮電梯的安全性能，而不是電梯成本。曳引條件是電梯運(yùn)行安全性能的重要指標(biāo)之一，所以，設(shè)置平衡補(bǔ)償裝置應(yīng)當(dāng)依據(jù)每臺電梯的曳引條件來決定，而不能簡單的以一定高度作為設(shè)置平衡補(bǔ)償裝置的臨界情況。即電梯在轎廂裝載工況、緊急制動情況和轎廂滯留工況時，曳引能力應(yīng)滿足以下公式：
由于轎廂在最底層，隨行電纜對曳引輪轎廂側(cè)的拉力影響較小，可忽略不計；對重在最頂層，對重側(cè)的鋼絲繩較短，經(jīng)查資料可知，直徑為13mm的鋼絲繩重量為57kg/100m～65kg/100m，所以對重側(cè)的鋼絲繩重量可忽略不計；滑動摩擦力與動摩擦系數(shù)和正壓力有關(guān)，尼龍與導(dǎo)軌的動摩擦系數(shù)為0.05，并且導(dǎo)軌上有油潤滑，實(shí)際的動摩擦系數(shù)更小，安裝質(zhì)量較好的電梯，水平方向的正壓力很小，故井道內(nèi)的摩擦可忽略不計。
計算公式如下：
式中：
P-空載轎廂及反繩輪的質(zhì)量和，kg;
Q-額定載重量，kg;
MSR。。廠一轎廂側(cè)懸掛鋼絲繩的實(shí)際質(zhì)量，kg;
r一鋼絲繩倍率；
Mcw。——對重包括反繩輪的質(zhì)量，kg。
式中：
ns——鋼絲繩數(shù)量；
qs一鋼絲繩單位長度的重量，kg/m；
H-提升高度，m。
將式(4)帶入式(3)，取式(3)臨界值情況，求出應(yīng)裝平衡補(bǔ)償裝置的臨界高度，即：
2.2緊急制動工況
2.2.1空轎廂在頂層上行工況計算
在該工況下，如圖3所示，轎廂側(cè)的鋼絲繩長度較短，對曳引輪轎廂側(cè)的拉力
較小，所以轎廂側(cè)的鋼絲繩質(zhì)量可忽略不計；由于摩擦系數(shù)和水平正壓力較小，井
道內(nèi)的摩擦力可忽略不計。
式中：
MTr。。——隨行電纜的實(shí)際質(zhì)量；
g一重力加速度；
a——制動減速度；
mP。。r-一轎廂側(cè)反繩輪慣量的折算質(zhì)量；
MSR。wt_一對重側(cè)懸掛鋼絲繩的實(shí)際質(zhì)量，kg；
m，。wt一對重側(cè)反繩輪慣量的折算質(zhì)量。
將式(8)帶人式(7)，取式(7)臨界值情況，求出應(yīng)裝平衡補(bǔ)償裝置的臨界高度，即：
式中：
Jp——反繩輪的轉(zhuǎn)動慣量；
Dp——反繩輪的直徑；
v，。。。一轎廂側(cè)反繩輪的線速度；
v-一轎廂的線速度。
式中：
Vpcwt_一對重側(cè)反繩輪的線速度。
2.2.2轎廂裝載125%額定載荷在最底層下行工況
在該工況下，如圖4所示，由于轎廂在最底層，隨行電纜對曳引輪轎廂側(cè)的拉力影響較小，可忽略不計；對重側(cè)的鋼絲繩長度較短，對曳引輪對重側(cè)的拉力較小，所以對重側(cè)的鋼絲繩質(zhì)量可忽略不計；由于摩擦系數(shù)和水平正壓力較小，井道內(nèi)的摩擦力可忽略不計。
將式(4)帶入式(13)，取式(13)臨界值情況，求出應(yīng)裝平衡補(bǔ)償裝置的臨界高度，即：
2.3滯留工況
滯留工況，如圖5所示，即轎廂空載，對重壓實(shí)緩沖器，曳
引機(jī)向上方向旋轉(zhuǎn)，此時減速度a=0。在該工況下，轎廂側(cè)的鋼
絲繩長度較短，對曳引輪轎廂側(cè)的拉力較小，所以轎廂側(cè)的鋼絲
繩質(zhì)量可忽略不計；由于摩擦系數(shù)和水平正壓力較小，井道內(nèi)的
摩擦力可忽略不計。
取式(16)臨界值情況，求出應(yīng)裝平衡補(bǔ)償裝置的臨界高度，即：
根據(jù)曳引條件分析，推出必須安裝平衡補(bǔ)償裝置的最不利情況，即式(6)、式(10)、式(15)、式(18)中的最小值為必須安裝平衡補(bǔ)償裝置的高度。
3電梯平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置對節(jié)能的影響
在電梯運(yùn)行過程中，由于補(bǔ)償裝置平衡了曳引輪兩邊懸掛鋼絲繩的重量差，減少了曳引機(jī)兩側(cè)的不平衡力矩，降低了電能損耗，因此補(bǔ)償裝置的設(shè)置對電梯的節(jié)能有一定影響。
4電梯平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置對乘坐舒適感的影響
電梯平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的主要目的是減小電梯運(yùn)行過程中的不平衡力矩，改善運(yùn)行性能。當(dāng)鋼絲繩重量超過一定數(shù)值后，空轎廂在轎頂或滿載在轎底時，有可能主機(jī)運(yùn)行的啟動轉(zhuǎn)矩不足，影響加速度、減速度及曲線拐角時間，使得s曲線的起制動過渡時間不合適，振動加減速度會超標(biāo)，降低乘坐舒適感。高速電梯設(shè)置補(bǔ)償裝置的目的不僅是平衡不平衡力矩，而且還增加轎廂的約束力，提高運(yùn)行的平穩(wěn)性。
5電梯平衡補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)
目前，電梯廠家常用的平衡補(bǔ)償裝置形式有如下幾種：
穿麻繩的補(bǔ)償鏈。這種補(bǔ)償鏈在鐵鏈中穿入麻繩，其優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是鐵環(huán)與鐵環(huán)之間不可能完全避免摩擦，噪聲比較大，人在轎廂內(nèi)有明顯抖動感，只適用于提速小于1.75m/s的電梯。
PVC包裹的補(bǔ)償鏈。這種補(bǔ)償鏈在鐵鏈的外部包裹一層PVC管，其優(yōu)點(diǎn)是成本相對不高，比穿麻繩的補(bǔ)償鏈引起的噪聲大大減小，缺點(diǎn)是在使用一段時間后，PVC管老化、脫落，耐用性差。
補(bǔ)償繩。這種補(bǔ)償裝置采用的是較粗的鋼絲繩，下端須有張緊裝置，其優(yōu)點(diǎn)是適用于高速電梯，補(bǔ)償效果好，電梯運(yùn)行平穩(wěn)，缺點(diǎn)是成本較高。
6結(jié)論
平衡補(bǔ)償裝置是電梯運(yùn)行性能的重要影響因素之一，目前，相關(guān)的電梯標(biāo)準(zhǔn)對電梯平衡補(bǔ)償裝置的設(shè)置沒有明確要求，特別是低速電梯，檢驗人員在現(xiàn)場檢驗時，對平衡補(bǔ)償裝置是否設(shè)置、以及設(shè)置合理性沒有明確的判斷依據(jù)。因此，建議盡快完善檢規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，增加平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的具體規(guī)范及要求，為檢驗人員判斷提供一個理論依據(jù)。本文從曳引能力、節(jié)能及乘坐舒適感等方面進(jìn)行分析，確定影響平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的因素，為檢驗人員在現(xiàn)場判斷提供一個參考。
7摘要：隨著社會的發(fā)展，高層建筑日益增多，電梯已經(jīng)成為了一種必不可少的高效運(yùn)輸交通工具，其中曳引式電梯應(yīng)用更加廣泛�，F(xiàn)場檢驗時發(fā)現(xiàn)，低速電梯的平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置情況各式各樣，檢規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其設(shè)置沒有明確規(guī)范，其合理性的判斷一直困擾著檢驗人員。平衡補(bǔ)償裝置不僅對電梯的安全運(yùn)行有著重大的意義，而且還影響電梯的節(jié)能性能及舒適感。本文通過對曳引能力、能耗及電梯乘坐舒適感等方面分析，確定影響平衡補(bǔ)償裝置設(shè)置的因素，供檢驗人員參考。
