电梯定期检验中平衡系数检测的意义和方法探究及典型案例分析

赵龙

（北京市通州区特种设备检测所，北京 101101）

随着经济及科学技术的发展，高层建筑在城市不断涌现，电梯成为重要的垂直运输交通工具，电梯安全受到社会的广泛关注。电梯按驱动方式分为曳引式驱动、强制式驱动、液压式驱动等，其中曳引式驱动占90%以上，平衡系数是曳引式电梯的重要参数之一。

《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》（TSG T7001-2009，含第1 号修改单和第2 号修改单）中，8.1 项平衡系数试验规定：曳引电梯的平衡系数应当在0.40～0.50，或者符合制造（改造）单位的设计值，在注A-7 中规定：“只有当本条检验结果为符合时方可进行8.2 ～8.13的检验”，明确了平衡系数定期检验的必要性。

1 平衡系数的实质及定期检验的意义

1.1 平衡系数的实质

要正确理解平衡系数的实质，需了解曳引式电梯系统（如图1 所示）及工作原理。轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮绳槽内，电动机转动时，由绳槽与钢丝绳之间产生的摩擦力带动轿厢和对重作相对运动，将人（货物）运送到目标层站。

从力学角度分析，要使轿厢在空中保持静止，必须有一拉力T 与轿厢重力P 相平衡，即T=P，称为力的平衡。若使轿厢向上运动，则拉力T 还要提供一个产生加速度的力F，即T=P+F=P+ma(m 为轿厢的质量；a 为加速度)。如果轿厢重力P 被另外一个对重重力W 所平衡，即W=P，这时，拉力T只需提供使轿厢产生加速度所需的力，即T=F=ma，因此，大大减小了拉力T，这就是电梯采用的“平衡原理”，如图2 所示。

在平衡系统中最理想的状态是对重重量与轿厢重量（包括轿厢自重和运输载荷重量）相等，但运输载荷是一个变量，实际中曳引轮两侧的重量很难相等，因此，选择一个恰当的对重重量很重要。GB 7588《电梯制造与安装安全规范》的附录G 给出了电梯平衡系数的定义：“平衡系数，即额定载荷及轿厢质量由对重或平衡重平衡的量。”，其数学表达式为：

式中，K 为电梯平衡系数；W 为电梯对重质量，kg；P 为电梯轿厢质量，kg；Q 为电梯额定载荷，kg。

由公式(1)可以看出：由于轿厢质量和额定载重是确定的，平衡系数K 的实质就是设计配置对重的质量大小，即W=P+KQ。

设电梯运行时实际载荷为，此时，不平衡载荷△T 可表示为：

由公式(2)可以看出：平衡系数K 也决定了最大不平衡载荷的大小。

1.2 平衡系数定期检验的意义

由公式（1）和（2）可知，平衡系数值决定了对重质量和不平衡载荷，是基础设计数据，在安装或改造时核算调整，经监督检验合格后不允许随意更改。但随着人们对电梯轿厢环境有了新需求，监督检验合格后轿厢二次装修、安装空调等现象日益普遍，而轿厢质量的改变导致电梯平衡系数改变。作者认为这就是电梯检验规中平衡系数定期检验的意义，旨在确认平衡系数是否符合国家标准规定的0.40 ～0.50，或者符合制造（改造）单位的设计值，从而减少安全隐患。

图1 曳引式电梯系统简图

图2 平衡原理示意图

2 平衡系数改变对电梯的影响

2.1 对电动机功率的影响

曳引电动机的功率在初选和核算时可按静功率进行计算，计算公式为：

式中，P 为电动机功率（kW）；V 为额定速度（m/s）；Q 为额定载荷（kg）；η 机械传动总效率；i 为倍率。

由式（3）可知，当电梯选用的曳引电动机功率P 为某一确定的且足够大的值时，K 值的改变将影响电梯运行时的能耗大小。当选用的曳引电动机功率P 余量较小时，可能造成启动时功率不足出现倒拉，发生溜车或者冲顶事故。如果电梯长时间处于满负荷运行，曳引电动机可能自我保护停机或者过热烧损。

2.2 对电梯曳引力的影响

平衡系数影响系统总质量，从而影响曳引绳两侧钢丝绳的张力，张力的大小影响曳引钢丝绳对曳引轮绳槽的比压，从而影响电梯的曳引力大小。平衡系数改变可能造成曳引条件不符合要求，当存在电梯最大曳引力＜最大不平衡载荷时，钢丝绳将与曳引轮绳槽之间产生相对滑动，可能发生溜车事故。

2.3 对安全性能的影响

平衡系数影响轿厢及对重装置总质量的大小，影响曳引钢丝绳、曳引轮绳槽、制动器等功能部件参数的选择，同时，还影响电梯运行中启、制动的加减速度。其值改变将直接影响电梯所用功能部件参数以及安全部件选型是否能够满足实际情况，给电梯运行留下了重大安全隐患。

2.4 平衡系数过小对电梯制动电阻的影响

电梯的制动电阻主要用来消耗曳引系统中多余的重力势能，电梯厂家在选取制动电阻时，是根据平衡系数的正常范围以及制动电阻的散热速率等因素决定的。如果平衡系数过小，那么，电梯在长时间满负荷的状态下，制动电阻很有可能因为热量未能及时散去而导致热量积聚，可能会出现烧损甚至起火燃烧。

3 平衡系数检测方法对比

平衡系数检测方法包括直接称重法、手动盘车法、载荷电流曲线图法、二次加载电流法，下面通过对比分析确定最优方法。

3.1 直接称重法

从式（1）可知，只要称出对重质量W 和轿厢质量P，而额定载荷Q 已知，即可求出平衡系数k。但此法需将轿厢和对重以及相关部件测量称重，只适合电梯安装前使用，定期检验中无法操作，所以很少应用。

3.2 手动盘车法

轿厢内装载额定载荷重量45%的配重，然后，将轿厢运行至和对重同一高度，断开主电源，一人用松闸扳手松开制动器，另一人用盘车轮手动盘车，另派人对轿厢内配重进行增减直至盘车人大概感知到向下与向上用力相同时，轿厢内配重的质量与额定载荷的比值即是平衡系数。但此方法人为因素影响大，对于无盘车手轮的电梯则无法进行，所以很少应用。

3.3 载荷电流曲线图法

轿厢分别装载额定载重量的30%、40%、45%、50%、60%做上、下全程运行，当轿厢和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-负荷曲线，以上、下行运行曲线的交点确定平衡系数。图3 是一个载荷电流曲线图的实例。

图3 载荷电流曲线图

3.4 二次加载电流法

轿厢分别装载额定载重量的40%、50%做上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电动机的电流值，代入计算公式（4）求解。

式中，K 为平衡系数；l1u轿厢装载40%额定载重量上行时的电流值，单位为安培（A）；l1d轿厢装载40%额定载重量下行时的电流值，单位为安培（A）；l2u轿厢装载50%额定载重量上行时的电流值，单位为安培（A）；l2d轿厢装载50%额定载重量上行时的电流值，单位为安培（A）。

作者将公式编辑成Excel 软件函数，将测量数值输入表格后结果可直接输出，缩减了时间，降低了错误率，该软件在手机中也可以使用，如图4 所示。

图4 Excel 软件函数展示

3.5 载荷电流曲线图法与二次加载电流法实际检测对比

表1 是2020 年4 月15 日至17 日，作者对3 台电梯使用两种检测方法进行的对比，可以看出，“二次加载电流法”是对“载荷电流曲线图法”的提炼，两者原理一致。二次加载电流法较载荷电流曲线图法工作量减少3/5，检测时间缩短2/3，计算公式求解快捷准确，减轻了劳动强度，提高了检验效率。

表1 两种平衡系数检测方法对比

图5 轿厢二次装修

4 平衡系数不合格案例及分析

4.1 平衡系数不合格案例

使用单位对在用电梯进行二次装修，如铺地板砖、装大理石等，将导致轿厢自重增加，间接地改变了电梯的平衡系数，另外，电梯对重块被盗也时有发生，这些会导致电梯平衡系数不合格，作者结合检验中发现的典型案例进行简要分析。

（1）轿厢二次装修。2020 年6 月18 日，作者对某办公楼电梯进行检验，额定载重量为1050kg，速度1.5m/s，5 层5 站。使用单位为了轿厢美观，分别对轿厢进行吊顶、贴不锈钢板、铺设大理石等二次装修，造成平衡系数不合格，如图5 所示。

（2）轿厢加装木板。2020 年5 月14 日，作者对某住宅小区电梯进行检验，额定载重量为825kg，速度1.6m/s,15层15 站。该小区大部分房屋处于装修阶段，物业为了保护电梯轿厢不被装修搬运材料时磕碰，对轿厢加装保护木板，造成平衡系数不合格，如图6 所示。

（3）轿顶安装空调。2020 年5 月20 日，作者对某写字楼电梯进行检验，额定载重量为1050kg，速度1.75m/s,22层21 站。作者发现该电梯轿顶安装有空调，经过询问物业管理员得知，物业为了应对夏日高温在上月刚加装，造成衡系数不合格，如图7 所示。

图6 轿厢加装保护模板

图7 轿厢顶安装空调

（4）轿厢顶部装潢。2020 年1 月10 日，作者对某公司电梯进行检验，额定载重量825kg，速度1.0m/s,6 层6 站。电梯维保单位为使轿顶便于打扫清理，有助于美观，在轿顶铺设木板，造成平衡系数不合格，如图8 所示。

（5）轿厢底部配重。2020 年2 月14 日，作者在对某小区同一品牌同一型号两台电梯进行检验，额定载重量1000kg，速度1.5m/s，11 层11 站。在对重装置质量一样的情况下，一台电梯平衡系数合格，另一台不合格，经检查发现，不合格电梯运行存在轻微抖动现象，维保单位认为是轿厢不平衡所致，在轿厢底部悬挂配重块，造成平衡系数不合格，如图9 所示。

图8 轿厢顶铺木板

图9 轿厢底悬挂配重

（6）对重块丢失。2020 年4 月10 日，作者对某小区电梯进行检验，额定载重量1050kg，速度1.5m/s，18 层18 站。作者发现该电梯对重块最上面一块的标记显示数字5，按照检规要求对重块总数量需要标明，检查后发现，该电梯对重块丢失4 块，维保单位在日常保养检查中未能及时发现，造成平衡系数不合格，如图10 所示。

图10 对重块丢失

4.2 案例分析

从案例分析可知，平衡系数不合格主要是因为使用单位对电梯进行二次装修，从而改变了轿厢质量。GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》附录E 中特别指出，改变轿厢质量应视为重大改造。国家市场监管总局关于印发《电梯施工类别划分表》的通知（国市监特设函〔2019〕64 号）中指出：改变电梯的轿厢自重（制造单位明确的预留装饰重量或累计增加减少质量不超过额定载重量5%除外）属于改造。目前，电梯二次装修导致轿厢自重改变普遍超过5%，作者认为应从制造环节进行管理。制造单位在产品销售期，对于需要二次装修或者额外加装设备的，应在产品合同中进行明确，在产品的设计时留出一定的余量，并在技术文件中明确轿厢质量允许改变的最大值。使用单位在进行二次装修时，对加装材料的质量要进行详细记录并确保不超过制造单位设计最大值，从而降低未经计算校核擅自装修引起平衡系数改变造成事故的可能性。

5 结语

平衡系数检测是电梯定期检验的重要项目，平衡系数不合格直接影响电梯的安全运行，检验人员应该提高安全意识，确保检测数据准确可靠。本文介绍了电梯平衡系数的本质及对电梯运行的影响，对定期检验的必要性进行了分析，比较了两种常见的检测方法，得出了采用二次加载电流法测量平衡系数可有效提高检验效率，对几种典型案例进行简单分析，这对于实际检验具有一定的指导意义。希望通过此文，使读者明白平衡系数是什么、用什么方法进行检测、平衡系数不合格如何分析，以提高检验报告的严谨性、科学性和权威性。