电梯的电机功率

有齿电梯曳引机电机功率的八个问题探讨
信息来源：《电梯工业》杂志社　发布时间：2008-01-05　字号：小 中 大
关键字：曳引机　曳引轮　有齿电梯　
　　摘要：文中对目前有齿电梯曳引机生产中存在的电机功率的确定等八个方面的问题进行了控讨，并提出了改进意见。

　　关键词：电机功率 接触强度 安全系数 平衡精度 制动器 曳引轮

　　国内有齿电梯曳引机（以下均简称曳引机）的生产，已有二十多年历史。在此期间沈阳、济南、常熟、宁波、佛山等几家曳引机专业生产厂对国内电梯工业的发展都作出了巨大的贡献和自岙取得了很大的进步，由仿造到自行设计，把电机的底座安装改为法兰安装，取消底座并把三梁结构的电梯安装方式改为两梁结构，大大减轻了曳引机的重量和降低了成本，在速度方面和性能质量方面也均有所提高。然而到目前为止在曳引机生产中还有一些问题值得探讨。

　　一、电机功率问题
　　曳引机的电动机运行情况比较复杂，不仅是重复短时工作、频繁起动、制动和正反转，而且负载变化大，经常工作于电动状态或再生发电状态。因此要把各种运行状态的因素都包括在电机计算中是比较复杂的，也不一定必要。因此在曳引机生产行业中，往往只考虑其中的几个主要因素，并按下面的公式计算电机的轴功率。
式中，PD为电机的轴功率kw
Kp为电梯的平衡系数
Q为额定载重量kg
V为额定速度m/s
K为经验的功率系数

　　K值的合理确实是最关重要的，它包括了传动效率、运行起动要求及发热状况等等因素。
　　一般K=2计算电机功率均能满足要求。但调查中发现有些厂的个别梯种中有些K＞2，有些K＜2。K值取得小不行，取得过大在经济上也是不合理的。因此对需要K＞2或K＜2的梯种必须按起动要求或发热情况进行复核。
　　严格讲，不同梯种K值是会有所不同的。K的取值主要与起动要求和加速力矩有关。
　　而M加=J*ε　　（2）
　　对不同载重量、不同速度的梯种，J、ε值均有所不同。

　　一般讲，载重量大的电梯，电机功率也大，则电机本身的转动惯量也大。如双速电机22千瓦的转动惯量比4千瓦的大8.2倍，而7.5千瓦的双速电机的转动惯量较同功率的变频电机大4.5倍；而变频电机6极、15千瓦的转动惯量比同功率4极的大2.4倍。此外作直线运动转换到电机轴的转动惯量J也会因额定载重量和额定速度的不同而不同。
式中G为作直线运动物体的质量N
V为物体移动的速度m/s
n0为电机转速　　转/s

　　二、主轴静荷载问题
　　主轴荷载应有其一定的确切含义。目前存在的问题是对同一含义的内容有不同的称谓，在含义上引起混乱，且其取值在各生产厂中也大不相同。主轴荷载是主轴计算的依据。过大的主轴荷载必使主轴结构增大，这也是不经济的。

　　目前对主轴荷载，有主轴荷载、静态载荷、最大轴负载、主轴静载等等称谓，这些称谓均不甚确切。严格讲应统一为最大主轴静荷载，其全部含义是作用于曳引轮轴上的重大静载荷。此载荷是由电梯施加于主轴上的静力F。
　　F=Q+G轿+G对+G钢丝绳+G电缆　　（4）
　　式中，Q为额定载重量的重力N
　　G轿为轿厢的重力N
　　G对为对重的重力N
　　G钢丝绳、G电缆分别为钢丝绳、电缆的重力N
　　若假定G轿=KQ　　K为轿厢的质量系数
　　G对=G轿+KpQ=（K+Kp）Q　　 Kp为轿厢的平衡系数
　　K钢丝绳+K电缆=K2Q　　 K2为钢丝绳和电缆的质量系数3。
若令K=1.5 Kp=0.5 0.5（K2与楼层高度有关）
则F=5Q　　（5）
（5）式往往可以作为粗略确定最大主轴静荷载的依据。

　　三、蜗轮的接触强度及蜗轮付精度问题
　　国内现在生产的曳引机，绝大部分是用蜗轮付减速的，由于蜗轮与蜗杆齿间有较大的滑动速度，温升较高，蜗杆传动失效的主要形式是蜗轮齿面胶合点蚀和磨损，很少发生轮齿弯曲折断。因此对于闭式传动的曳引机，多按齿面接触强度计算。

　　查目前国内曳引机生产中所用的蜗轮材料，多为ZcuSn10P1和ZMJ-Ⅱ锌合金，此两种材料的许用接触 强度[σH]在金属型铸造中分别为220Mpa，200Mpa。而国产曳引机蜗轮大部分都是砂型铸造的，而σH在个别曳引机上竟高达250Mpa，高出许用的[σH]很多，这是很不妥的。建议有关生产厂必要时对蜗轮接触强度进行复核。
　　复核时可令负载扭距M负=1/4Q*R　　N-m　　（6）（平衡系数K=0.5时）
　　而令[M]=1.53×10-4d1*d22　　N-m　　（7）
　　[M]为蜗杆直径d1及蜗轮直径d2的蜗轮付在[σH]=200Mpa时的允许扭距。
　　若M负＜[M]则是允许的；若M负大于[M]很多，则需考虑对产品作适当的调整。
　　另外蜗轮付的精度也必须提高，一般货梯7D级精度，客梯按5～6D级精度。

　　四、轴（蜗杆轴及主轴）的安全系数问题
　　在机械设计中，安全系数的取值是至关重要的，过大则使结构庞大，浪费材料及增大成本，小则使工作可靠性降低、寿合缩短，甚至引起安全问题。曳引机是电样极其重要的部分，安全问题也需要重视。因此对轴的安全系数也较一般机械设计大些，这是可以理解的。但查有些厂的个别曳引机、蜗杆轴的静强度安全系数高达40多，而主轴安全系数有些也有10左右，这也是应该引起注意的。

　　五、轴承的精度及使用寿合的确实问题
　　一般较精密的机械中均选用精度较高的轴承以免产生或减小机工振动。困曳引机-的振动会严重影响电梯运行中的舒适感，因而对曳引机的轴承精度也提出了相应的要求。但查有些生产厂，特别是非专业性的生产厂对蜗轮、蜗杆轴的轴承均采用一般精度的轴承，有些甚至是用非轴承专业生产厂的个体户生产的无精度可言的轴承，这更加是不允许的。

　　根据电梯的用途及轴工作转速高低，分别选用不同公差等级的轴承这是合理的。

　　一般讲货梯的轴承可较客梯低一个公差等级，低速轴（蜗轮轴）可较高速轴（蜗杆轴）低一个公差等级。如蜗轮轴轴承客杆可用6级公差等级，货梯则用一般精度的。蜗杆轴轴承客梯可用5级公差等级，货梯用6级公差等级是比较恰当的。

　　轴承的使用寿合可以根据电梯运行的情况选定，其预期寿合可确定为30000小时，但目前有些曳引机预期的使用寿命可高达20多万小时，从而使箱体结构尺寸变大和轴承成本提高，这也是不必要的。

　　六、制动器问题
　　按国家标准GB/T7588的规定：“所有向制动轮施加制动力的制动器部件分两组装设”。现在生产的曳引机还有单线圈铁芯互吸式的老式制动器是不符合GB/T7588的规定。应该尽快加以改造使之成为双线圈的两组各自独立的制动器。

　　应该说单线圈铁芯互吸式的老式制动器不仅在技术上不符合GB/T7588的规定，在松闸结构上也是比较复杂，且因单线圈的磁路较长磁阻较大及衔铁工作间隙（行程）较大，电磁路需要的磁势IW也较大，制造成本也高了。因此把技术上、经济上均不合理的制动器改造为新式制动器何东而不为呢？

　　七、高速旋转件的平衡问题
　　高速旋转件的不平衡会引起曳引机运行振动，因此对高速旋转件的平衡要求有一定的平衡精度。平衡精度低会使能过施转件的主惯性轴与旋转轴线不重合，因而旋转时会产生不平衡的离心力，这种离心办会造成轴或轴承的磨损及引起曳引机的运行振动。

　　对于曳相机高速旋转的部件除电动机转子外，就是蜗杆轴、联轴器和制动轮等等，这些零件都必需平衡。其平衡的方式可根据该零件的厚度b与其直径D之比（b/D）及转速n决定。
在n=1000转/分时，b/D＜0.5可采用静平衡，
　　　　 b/D＞0.5可采用动平衡。

　　据了解多数曳引机厂对联轴、制动轮都采用静平衡，而蜗杆轴因为没有动平衡机，静平衡又不能解决问题而不进行平衡这是不妥的。有些1.75m/s速度的曳引机测定其曳引轮上的扭转振动速度，往往振动速度较高，这与蜗杆轴没经守平衡是有关系的。

　　至于平衡精度，有些图纸上的标注是很模糊的，要求平衡允差2克。按国家标准GB9293“刚性转子允许不平衡的确定”中规定了用许用不平衡度eper（μ）或用不平衡量Uper（g-mm）表示平衡精度。

　　按曳引机的使用要求及其对电梯运行舒适感的影响，蜗杆轴、联轴器和制动轮的平衡精度1000转/分时可定为eper=20μ,1500转/分时可定为eper=15μ。

　　八、曳引轮问题
　　1、关于其线速度Vm/s的问题
　　在一定的电机转速、减速比情况下曳引轮的节径D决定V，即：
　　其中D为曳引轮节径mm，I为减速比，n为电机转速　　转/分
　　但电机转速有同步转速与额与额定转速之分。在以往曳引机计算中，有用同步转速的，也有用额定
转速的，而后者用得较多。
　　按电梯额定速有同步转速与额定转速之分。在以往曳
　　按电梯额定速度的测定方法是在电源为额定功率、电动机施加额定电压时，对电梯轿厢在半载向下运动至行程中段（除去加速段和减速段）时进行测定。而此时电动机在接近于同步转速下运转，因此按同步转速作为计算转速是可取的。若按额定速度计算时则测定速度有可能超过5%的GB/13435的规定。

　　2、曳引轮的节径差问题
　　曳引轮的节径差问题
　　曳引轮的节径差应尽可能严加控制，否则会使几根钢丝绳之间受力不均，从而产生抖动或使节径较大处的钢线绳磨损加快，这都是不希望 的。但如果节径差很小，在运行中经短时磨合就会很快使该槽磨损至节径差为零。如节径差较大则磨合的时间较长。因此节径差越小越好。
　　按现有生产条件将节径差严格控制在0.1mm之内不是不可能的。

　　3、曳引轮的扭转速度mm/S
　　由于曳引机一蜗轮轴可看作是一个扭转弹性体，在外加扭力的作用下会产生角频率自由角频率ω0的扭转振动。外力消除时振动消失，但若施加以一定角频率ω的激振扭矩，则曳引轮轴会产生强迫振动，其振幅的大小除决定于其本身的扭转则度和激振扭矩外，还决定了ω0/ω的比数。产生强迫振动时会通过曳引机轮把此振动传给电梯，从而影响电梯的运行舒适感。因此曳引轮的扭转振动速度在国家标准GB/T13435中有明显的规定。如下表：
等级
项目
扭转振动速度有效值V
mm/s
客梯
客梯
合格品
7.1
12.0
一等品
4.
6.0
优等品
1.25
2.5

　　对曳引轮扭转振动速度应从设计上、制造装配上去提高其等级。按目前的生产水平，最好客梯达到优等品要求而货梯达到一等品要求。

　　但在高速旋转件平衡精度不高，轴承精度较低、蜗轮付制造装配误差较大、曳引轮-蜗轮轴抗扭刚度较小的情况下，要达到一等品或优等品是较困难的。因此必须从上述各方面提高才能真正达到提高曳引机质量和改善性能的目标。