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[摘 要]从电梯的运行原理入手，分析了平衡系数对于电梯安全运行的重要意义，详述了电梯平衡系数检测的3种常见方法，但常见方法操作繁琐，费时费力。本文提出了一种通过无载荷电流电压法测量平衡系数的方法，在电梯空载状态下运行到平衡点时，测试变频器输出给电机的电流值和电压值，计算出电梯平衡系数。
[关键词]电梯;平衡系数;平衡系数检测方法;无载荷电流电压法
[中图分类号]TU857 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–0–02
Talking About the Measurement Method of Balance Coefficient in Elevator inspection
Zhang Wei，Ren Jun-rong
[Abstract]Starting from the principle of elevator operation， this paper analyzes the importance of the balance coefficient to the safe operation of the elevator， and elaborates three common methods for detecting the elevator balance coefficient， but the common methods are cumbersome and time-consuming. This paper proposes a method to measure the balance coefficient by the no-load current-voltage method. When the elevator runs to the equilibrium point under no load， the current value and voltage value output by the inverter to the motor are tested to calculate the elevator balance coefficient.
[Keywords]elevator; balance coefficient; balance coefficient detection method; no-load current-voltage method
電梯的事故和问题受到社会的普遍关注。电梯的平衡系数是重要特性参数，平衡系数取值是否合理直接影响电梯的安全。在实际使用中，很多电梯由于安装不规范或者电梯装修等原因导致轿厢或对重的重量发生改变，影响电梯使用安全。为了电梯平衡系数的检测更加方便快捷，降低检验和维保人员的劳动强度，分析现行的检测方法，并提出新的检测方法将具有重要意义。
1 曳引电梯的工作原理
曳引式电梯采用的曳引传动关系，如下图1所示，安装在机房主梁上的曳引机，包括：电动机、制动器、曳引轮、减速器等组件组成，轿厢和对重通过曳引钢丝绳连接在一起并悬挂在曳引轮上，重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮的绳槽内;当曳引电动机通过减速器进而驱动曳引轮转动时，曳引轮通过摩擦力驱动曳引绳使轿厢和对重在井道中沿电梯轿厢与对重导轨进行升降，曳引驱动电梯的功能便因此得以实现。如图1所示。
而这种曳引钢丝绳与曳引轮之间的摩擦力则被称为曳引力。在电梯使用过程中，要使电梯上下运行，电梯曳引力T必须超过图1中T1与T2两个力的差值，即T≥|T1-T2|。
若此刻电动机驱动曳引轮开始转动，由于静摩擦力的作用将使钢丝绳附着在曳引轮槽内随曳引轮一同转动，使轿厢和对重随之上下运动，这就是所说的曳引驱动。它是依靠柔性体（钢丝绳或钢带）和刚性体（曳引轮）之间的静摩擦力来实现的一种摩擦牵引形式电梯形式，也是日常生活中应用最多也最广泛的一种垂直升降电梯的类型。
2 电梯平衡系数的重要性和标准要求
驱动曳引电梯上下运动的曳引力，是由悬挂在曳引轮上的钢丝绳作用于曳引轮槽而产生的。根据相关的受力分析，如果曳引轮两端的对重系统与轿厢系统的重量相等，这个时候作用于曳引轮两侧钢丝绳的张力也就相同，整个电梯的曳引系统只要克服轿厢系统和对重系统与各自导轨之间摩擦力就能很容易的上下运行。
而实际运行状态下，对重的重量是固定不变的，不可能做到完全平衡轿厢重量。轿厢的实际载荷变化只是限定在轿厢空载和满载之间的重量进行。根据相应的经验以及标准要求，0.4～0.5倍的额定载重量最适合电梯平稳运行。当平衡系数为0.5时，即对重侧重量与轿厢侧重量在电梯在装载额定载重量一半的情况下其负载转矩将近似为零，电梯将处于最佳运行状态。
TSGT7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》，其中第8.1项平衡系数试验规定“曳引电梯的平衡系数应当在0.4～0.5之间，或者符合制造（改造）单位的设计值”。曳引驱动电梯的平衡系数检验，是电梯监督检验和定期检验工作中必不可少的一个重要环节，在新版的检验规则里面还增加了电梯公司需要每年进行电梯平衡系数的检测，这也充分说明平衡系数的重要性。GB/T10058-2009《电梯技术条件》、GB10060-93《电梯安装验收规范》对曳引式电梯的平衡系数都做出了0.4～0.5的明确规定。
3 常见平衡系数测量方法
3.1 负荷-电流法
负荷-电流法是GB/T10059-2009《梯试验方法》和电梯检验规则中明确的试验测量方法，分别装载额定载重量30%、40%、45%、50%、60%的情况下做上下行全程运行。当轿厢和对重运行到同一水平位置时，绘制电流—负荷曲线，以上、下运行曲线的交点确定平衡系数。这种方法现场测量平衡系数是现在使用最多最广泛的方式。 但是在实际的测量过程中，还是存在以下问题：首先，需要在钢丝绳上做出标记或其他方式确定平衡位置，在观察到标记的瞬间，采用钳形电流表进行锁定并读取电动机电流值，而肉眼与测量之间存在时间延迟，进而影响测量准确度。而且，这种测量方式需要多人配合，轿厢内放置不同载重量的砝码也对人力要求极大。
3.2 盘车手轮扭矩测量法
在轿厢和对重维持平衡的状态下，通过扭矩传感器，测量盘车手轮端的扭矩，上行和下行的扭矩可以测量几次后取扭矩的平均值，然后根据力矩平衡方程，计算出对重重量和轿厢重量的差值，最后根据差值和额定载重量就可以计算出平衡系数。但是这种方法对传感器的要求高，计算和安装测量过程复杂，实际检验过程中运用的很少。
3.3 直接称重测量法
直接称重法从本质上是最符合平衡系数定义的一种方法，是最直接、最简单的办法。将曳引绳另一端的重量悬空，使轿厢侧或对重侧的重量不受另一侧的拉力而影响测量，在底坑通过最简单的称重装置对轿厢和对重侧的重量进行测量，并计算出两端重量的差值，最后用差值比上额定载重量就可以准确计算出电梯的平衡系数。但是由于称量一侧重量需要将另一侧抬起，使之无相互作用力，这个过程繁琐耗时耗力，因此在实际检验过程中一般不会使用。
4 一种简单的平衡系数测量方法
通过分析上述3种常见的平衡系数测试方法，确定这些方法都需要增加载荷或安装复杂的仪器，将大大增加现场工作量。为解决工作强度大的问题，提出一种通过无载荷电流电压法测量平衡系数的方法，以使平衡系数的测量更加简便快捷、可操作性更强，更适合于现场检验。
4.1 无载荷电流电压法测量平衡系数的原理
电梯平衡系数物理定义表达式
K=（M1-M2）/Q （1）
K为电梯平衡系数，M1为空载状态下对重侧重量，M2为空载状态下轿厢侧重量，Q为电梯的额定载重量。
根据电梯的运行物理规律，将电梯在平衡点轿厢上行的转矩定义为T上，将电梯在平衡点轿厢下行的转矩定义为T下，Tn为系统不平衡转矩，Tm为系统摩擦阻力矩，I 为曳引比，R为曳引轮半径。
T上=Tn-Tm （2）
T下=Tn+Tm （3）
Tn=（M1-M2）*R/I （4）
K=（M1-M2）/Q （5）
將式（2）与式（3）相加T上+T下=2Tn （6）
将式（4）带入式（6）得到T上+T下=2（M1-M2）*R/I （7） 即M1-M2=（T上+T下）*I/R/2 （8）
将式（8）带入式（4）就得到平衡系数的计算公式
K=（T上+T下）*I/R/Q/2 （9）
T上与T下为电梯轿厢与对重在平衡位置时曳引机的转矩，根据电动机转矩与功率计算公式：T=9550*P/n （10）
T为电动机转矩，P为电机功率，n为电机转速。而三相电机的功率。
P=1.732*UI*cosΦ （11）
U為曳引机电压值，I为电流值，cosΦ为电机功率因数。因此，将式（10）、式（11）带入式（9）可以得到：
K=1.732*cosΦ*（9550/n）*（U上I上+U下I下）*I/R/Q/2
4.2 无载荷电流电压法测量平衡系数的方法
现场测量时，通过钳形电流表，在过程中，对变频器输出给电机的电压值与电流值进行测量。
轿厢匀速上行，在轿厢与对重处于平衡点时，记录曳引电机的电流和电压值并记为空载匀速上行电流I上与U上;命令轿厢下行，在平衡点位置时，再次记录曳引电机的电流和电压值并记为空载匀速下行电流I下与电压U下;其中电机功率因数cosΦ，额定转速n，电梯曳引比I，曳引轮半径R，电梯额定载重量Q都可以查到或者简单的测量到。最后将其带入简化后的电梯平衡系数计算公式：K=1.732*cosΦ*（9550/n）*（U上I上+U下I下）*I/R/Q/2。
就可以计算出电梯平衡系数的参考值K。
5 结语
综上所述，3种常见的平衡系数测量方法应用广泛，但操作繁琐，费时费力。而本文提出的无载荷电流电压测量法，只需在电梯空载状态下运行到平衡点时，测试出变频器输出给电机的电流值和电压值，就可以计算出电梯平衡系数，无需搬运砝码，节省人力物力，给平衡系数测量提供了新思路。
但无载荷电流电压法测量平衡系数也存在操作上的弊端，由于钳形电流表测量的准确性、中间点位置观察与测量之间的时间和操作误差，变频器输出电流、电压值变化过快测量不准确等，都会形成误差变量，影响平衡系数测量的准确性。另外，上述平衡系数计算公式参数数量过多，异步电机、同步电机等根据现场实际情况的不同，曳引轮半径，电梯曳引比等计算所需参数也不尽相同，因此，也对检验人员自身的基础能力提出更高的要求。
参考文献
[1] 电梯制造与安装安全规范：GB7588-2003[S].
[2] 电梯监督检验和定期检验规则-曳引与强制驱动电梯：TSGT7001-2009[S].
[3] 电梯试验方法：GB/T10059-2009[S].
[4] 电梯安装验收规范：GB10060-93[S].
[5] 电梯技术条件：GB/T10058-2009[S].
[关键词]电梯;平衡系数;平衡系数检测方法;无载荷电流电压法
[中图分类号]TU857 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–0–02
Talking About the Measurement Method of Balance Coefficient in Elevator inspection
Zhang Wei，Ren Jun-rong
[Abstract]Starting from the principle of elevator operation， this paper analyzes the importance of the balance coefficient to the safe operation of the elevator， and elaborates three common methods for detecting the elevator balance coefficient， but the common methods are cumbersome and time-consuming. This paper proposes a method to measure the balance coefficient by the no-load current-voltage method. When the elevator runs to the equilibrium point under no load， the current value and voltage value output by the inverter to the motor are tested to calculate the elevator balance coefficient.
[Keywords]elevator; balance coefficient; balance coefficient detection method; no-load current-voltage method
電梯的事故和问题受到社会的普遍关注。电梯的平衡系数是重要特性参数，平衡系数取值是否合理直接影响电梯的安全。在实际使用中，很多电梯由于安装不规范或者电梯装修等原因导致轿厢或对重的重量发生改变，影响电梯使用安全。为了电梯平衡系数的检测更加方便快捷，降低检验和维保人员的劳动强度，分析现行的检测方法，并提出新的检测方法将具有重要意义。
1 曳引电梯的工作原理
曳引式电梯采用的曳引传动关系，如下图1所示，安装在机房主梁上的曳引机，包括：电动机、制动器、曳引轮、减速器等组件组成，轿厢和对重通过曳引钢丝绳连接在一起并悬挂在曳引轮上，重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮的绳槽内;当曳引电动机通过减速器进而驱动曳引轮转动时，曳引轮通过摩擦力驱动曳引绳使轿厢和对重在井道中沿电梯轿厢与对重导轨进行升降，曳引驱动电梯的功能便因此得以实现。如图1所示。
而这种曳引钢丝绳与曳引轮之间的摩擦力则被称为曳引力。在电梯使用过程中，要使电梯上下运行，电梯曳引力T必须超过图1中T1与T2两个力的差值，即T≥|T1-T2|。
若此刻电动机驱动曳引轮开始转动，由于静摩擦力的作用将使钢丝绳附着在曳引轮槽内随曳引轮一同转动，使轿厢和对重随之上下运动，这就是所说的曳引驱动。它是依靠柔性体（钢丝绳或钢带）和刚性体（曳引轮）之间的静摩擦力来实现的一种摩擦牵引形式电梯形式，也是日常生活中应用最多也最广泛的一种垂直升降电梯的类型。
2 电梯平衡系数的重要性和标准要求
驱动曳引电梯上下运动的曳引力，是由悬挂在曳引轮上的钢丝绳作用于曳引轮槽而产生的。根据相关的受力分析，如果曳引轮两端的对重系统与轿厢系统的重量相等，这个时候作用于曳引轮两侧钢丝绳的张力也就相同，整个电梯的曳引系统只要克服轿厢系统和对重系统与各自导轨之间摩擦力就能很容易的上下运行。
而实际运行状态下，对重的重量是固定不变的，不可能做到完全平衡轿厢重量。轿厢的实际载荷变化只是限定在轿厢空载和满载之间的重量进行。根据相应的经验以及标准要求，0.4～0.5倍的额定载重量最适合电梯平稳运行。当平衡系数为0.5时，即对重侧重量与轿厢侧重量在电梯在装载额定载重量一半的情况下其负载转矩将近似为零，电梯将处于最佳运行状态。
TSGT7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》，其中第8.1项平衡系数试验规定“曳引电梯的平衡系数应当在0.4～0.5之间，或者符合制造（改造）单位的设计值”。曳引驱动电梯的平衡系数检验，是电梯监督检验和定期检验工作中必不可少的一个重要环节，在新版的检验规则里面还增加了电梯公司需要每年进行电梯平衡系数的检测，这也充分说明平衡系数的重要性。GB/T10058-2009《电梯技术条件》、GB10060-93《电梯安装验收规范》对曳引式电梯的平衡系数都做出了0.4～0.5的明确规定。
3 常见平衡系数测量方法
3.1 负荷-电流法
负荷-电流法是GB/T10059-2009《梯试验方法》和电梯检验规则中明确的试验测量方法，分别装载额定载重量30%、40%、45%、50%、60%的情况下做上下行全程运行。当轿厢和对重运行到同一水平位置时，绘制电流—负荷曲线，以上、下运行曲线的交点确定平衡系数。这种方法现场测量平衡系数是现在使用最多最广泛的方式。 但是在实际的测量过程中，还是存在以下问题：首先，需要在钢丝绳上做出标记或其他方式确定平衡位置，在观察到标记的瞬间，采用钳形电流表进行锁定并读取电动机电流值，而肉眼与测量之间存在时间延迟，进而影响测量准确度。而且，这种测量方式需要多人配合，轿厢内放置不同载重量的砝码也对人力要求极大。
3.2 盘车手轮扭矩测量法
在轿厢和对重维持平衡的状态下，通过扭矩传感器，测量盘车手轮端的扭矩，上行和下行的扭矩可以测量几次后取扭矩的平均值，然后根据力矩平衡方程，计算出对重重量和轿厢重量的差值，最后根据差值和额定载重量就可以计算出平衡系数。但是这种方法对传感器的要求高，计算和安装测量过程复杂，实际检验过程中运用的很少。
3.3 直接称重测量法
直接称重法从本质上是最符合平衡系数定义的一种方法，是最直接、最简单的办法。将曳引绳另一端的重量悬空，使轿厢侧或对重侧的重量不受另一侧的拉力而影响测量，在底坑通过最简单的称重装置对轿厢和对重侧的重量进行测量，并计算出两端重量的差值，最后用差值比上额定载重量就可以准确计算出电梯的平衡系数。但是由于称量一侧重量需要将另一侧抬起，使之无相互作用力，这个过程繁琐耗时耗力，因此在实际检验过程中一般不会使用。
4 一种简单的平衡系数测量方法
通过分析上述3种常见的平衡系数测试方法，确定这些方法都需要增加载荷或安装复杂的仪器，将大大增加现场工作量。为解决工作强度大的问题，提出一种通过无载荷电流电压法测量平衡系数的方法，以使平衡系数的测量更加简便快捷、可操作性更强，更适合于现场检验。
4.1 无载荷电流电压法测量平衡系数的原理
电梯平衡系数物理定义表达式
K=（M1-M2）/Q （1）
K为电梯平衡系数，M1为空载状态下对重侧重量，M2为空载状态下轿厢侧重量，Q为电梯的额定载重量。
根据电梯的运行物理规律，将电梯在平衡点轿厢上行的转矩定义为T上，将电梯在平衡点轿厢下行的转矩定义为T下，Tn为系统不平衡转矩，Tm为系统摩擦阻力矩，I 为曳引比，R为曳引轮半径。
T上=Tn-Tm （2）
T下=Tn+Tm （3）
Tn=（M1-M2）*R/I （4）
K=（M1-M2）/Q （5）
將式（2）与式（3）相加T上+T下=2Tn （6）
将式（4）带入式（6）得到T上+T下=2（M1-M2）*R/I （7） 即M1-M2=（T上+T下）*I/R/2 （8）
将式（8）带入式（4）就得到平衡系数的计算公式
K=（T上+T下）*I/R/Q/2 （9）
T上与T下为电梯轿厢与对重在平衡位置时曳引机的转矩，根据电动机转矩与功率计算公式：T=9550*P/n （10）
T为电动机转矩，P为电机功率，n为电机转速。而三相电机的功率。
P=1.732*UI*cosΦ （11）
U為曳引机电压值，I为电流值，cosΦ为电机功率因数。因此，将式（10）、式（11）带入式（9）可以得到：
K=1.732*cosΦ*（9550/n）*（U上I上+U下I下）*I/R/Q/2
4.2 无载荷电流电压法测量平衡系数的方法
现场测量时，通过钳形电流表，在过程中，对变频器输出给电机的电压值与电流值进行测量。
轿厢匀速上行，在轿厢与对重处于平衡点时，记录曳引电机的电流和电压值并记为空载匀速上行电流I上与U上;命令轿厢下行，在平衡点位置时，再次记录曳引电机的电流和电压值并记为空载匀速下行电流I下与电压U下;其中电机功率因数cosΦ，额定转速n，电梯曳引比I，曳引轮半径R，电梯额定载重量Q都可以查到或者简单的测量到。最后将其带入简化后的电梯平衡系数计算公式：K=1.732*cosΦ*（9550/n）*（U上I上+U下I下）*I/R/Q/2。
就可以计算出电梯平衡系数的参考值K。
5 结语
综上所述，3种常见的平衡系数测量方法应用广泛，但操作繁琐，费时费力。而本文提出的无载荷电流电压测量法，只需在电梯空载状态下运行到平衡点时，测试出变频器输出给电机的电流值和电压值，就可以计算出电梯平衡系数，无需搬运砝码，节省人力物力，给平衡系数测量提供了新思路。
但无载荷电流电压法测量平衡系数也存在操作上的弊端，由于钳形电流表测量的准确性、中间点位置观察与测量之间的时间和操作误差，变频器输出电流、电压值变化过快测量不准确等，都会形成误差变量，影响平衡系数测量的准确性。另外，上述平衡系数计算公式参数数量过多，异步电机、同步电机等根据现场实际情况的不同，曳引轮半径，电梯曳引比等计算所需参数也不尽相同，因此，也对检验人员自身的基础能力提出更高的要求。
参考文献
[1] 电梯制造与安装安全规范：GB7588-2003[S].
[2] 电梯监督检验和定期检验规则-曳引与强制驱动电梯：TSGT7001-2009[S].
[3] 电梯试验方法：GB/T10059-2009[S].
[4] 电梯安装验收规范：GB10060-93[S].
[5] 电梯技术条件：GB/T10058-2009[S].