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【摘要】：在高层电梯使用的过程中，通常会使用补偿绳来保证电梯运行过程中的平衡性。但是在实际电梯的运行过程中，常常会由于补偿绳的涨紧度不适宜，导致补偿绳发生晃动、缠绕等现象，最终引起电梯的振动。针对这一问题，本文对电梯补偿绳发生问题的原因进行了分析，并设计了一种新型的电梯补偿绳涨紧装置用以解决这类问题。
【关键词】：高层电梯；补偿绳；涨紧装置；设计
1.电梯补偿绳及涨紧装置
1.1.电梯补偿绳及其作用
在现代高层建筑中，补偿绳在其内部电梯结构中的应用非常广泛。补偿绳通常采用表面覆盖PVC橡胶的铁链条作为主要材料，其主要用来平衡电梯钢丝绳在电梯运行过程中产生山下落差而导致的重量不均匀问题，是对电梯的运行起平衡作用的部件。
目前在我国的高层建筑中，使用最为普遍的是曳引式电梯。任何一部曳引式电梯包括以下几个最基本的部件构成：轿厢、曳引钢丝绳、对重及随行电缆。电梯在运行过程中，轿厢侧及对重侧的钢丝绳的长度会不断变化，从而引起也引论两侧钢丝绳重量的变化。当轿厢运行到最低层时，钢丝绳的重力作用大部分作用于轿厢侧；当轿厢运行到最高层时，钢丝绳的重量大部分作用于对重侧。在电梯高度提升情况不大时，上述作用变化对电梯的整体运行性能影响不大，但是当电梯的运行高度超过一定程度时，就可能对电梯的运行稳定性造成极大影响。因此，当电梯的提升高度超过一定程度时，通常会利用增加安装补偿绳来实现电梯的平衡。通过补偿绳的安装能够有效降低电梯运行过程中所产生的振动噪音。
1.2.补偿绳涨紧装置
在电梯系统中，由于补偿绳会受到电梯轿厢重力的作用，长期在这种作用下就可能造成补偿绳发生变形，从而影响电梯的运行安全性和稳定性。涨紧装置是电梯系统中用以调节补偿绳张紧系数的一种装置。其中的弹簧装置能够根据补偿绳的受力大小而进行自动调节。通过安装涨紧装置，电梯运行过程中对补偿绳的重力作用会通过补偿绳传递到涨紧装置的弹簧中，然后由涨紧装置吸收这些重力作用。从而避免补偿绳在电梯轿厢重力不断变化的情况下所产生的形变现象，保证补偿绳能够长期处于良好的工作状态，保证电梯运行的安全性及稳定性。
2.电梯补偿绳的设置临界高度的选择
2.1.理论计算法
由于每台曳引式电梯的曳引条件存在差异，因此不能以一个固定值来作为补偿绳设置的临界提升高度。应根据每台电梯的曳引条件，保证电梯在轿厢装载工况及紧急制动工况时，钢丝绳都不会打滑来确定补偿链设置的临界提升高度。即电梯在轿厢装载工况和紧急制动工况时，曳引轮两侧钢丝绳中的较大拉力与较小拉力之比应满足公式（1）的条件：
（1）
公式（1）中的e表示自然对数底；a表示钢丝绳在绳轮上的包角；f表示当量摩擦系数；T1和T2分别表示曳引轮两侧钢丝绳的拉力。
2.1.1.T1、T2的计算
在轿厢装载的工况下，T1与T2的静态比值应按照轿厢装有125%额定载荷并考虑轿厢在井道不同位置时最不利的情况进行计算。在实际中，当轿厢位于建筑的最低层时，T1、T2的静态比值最大，具体如公式（2）所示：
（2）
公式（2）中的Q 表示额定载荷 ；P 表示轿厢自重 ；n 表示钢丝绳根数 ；qs表示钢丝绳单位长度重量 ；H 表示电梯提升高度 ；i 表示钢丝绳倍率 ；φ 表示平衡系数，一般乘客电梯取 0.44，载货电梯取 0.5。
2.1.2.当量摩擦系数计算
（1）半圆槽和带切口的半圆槽如公式（3）所示：
（3）
公式（3）中β 表示下部切口角 ；γ 表示槽的角度，下部切口角 β 和槽的角度由制造者根据槽的设计提供 ；μ 表示摩擦系数。
（2）V 型槽
对于未经硬化处理的槽如公式（4）所示：
（4）
对于经硬化处理的槽如公式 （5）所示：
（5）
2.1.3.补偿绳设置临界高度计算
补偿绳设置临界高度Hj计算公式如下：
（6）
上述公式所计算出的Hj为电梯补偿绳设置的临界高度理论值，在实际中还应该根据现场的具体条件进行适当调整，以保证电梯运行安全。
2.2.实际经验法
目前根据实际工程的安装经验，普遍在运行高度超过30m的电梯系统中安装补偿绳，以保证电梯运行的稳定性和安全性。但是由于电梯类型、载荷以及运行环境的差异，通常需要结合实际进行详细计算，如果确定需要采用补偿绳，应优先考虑电梯的安全性，其次再考虑其使用成本。
3.补偿绳引起电梯振动的原因
电梯振动在高层建筑电梯系统中普遍存在的一种问题，这种题通常是由于补偿绳扭转及松动所引起的，补偿绳发生扭转以及松动，导致其作用无法充分发挥，最终引起电梯失衡造成电梯振动。造成补偿绳发生扭转通常是因为补偿绳在安装过程中存在失误，导致补偿绳扭转，在电梯运行的过程中，扭转的补偿绳会对电梯产生一个扭转力矩作用力，这个力最终传递到轿厢引起轿厢的振动。通常补偿绳的扭转现象会导致电梯在一个特定的位置发生振动。当电梯轿厢处于建筑物最低层时，此时，电梯补偿绳为了使电梯轿厢的受力作用处于相对平衡的状态，它就会停留在对重侧的位置。如果电梯的补偿绳存在扭转作用力问题，其所形成的一个波浪理论就会分布在电梯的对重侧方位。处于对这些因素的考虑，在电梯轿厢正常上行的过程中，电梯补偿绳在地坑弯曲处会形成一个与扭转力矩相抵抗的作用力，这就会导致对重侧位置的波浪理论无法及时释放，在这种情况下，电梯轿厢继续上升到一定位置时，电梯补偿绳的阻力没有办法克服扭转力矩产生的作用力而导致对重侧汇集的大量波浪理论向轿厢释放，引起轿厢的振动。
另外，补偿绳所发生的松动现象可能是由于其自身的形变以及涨紧装置失效所引起的。通常情况下，在电梯系统中会安装涨紧装置控制对补偿绳的松紧进行自动调节。在电梯使用的过程中，由于电梯轿厢的重力会随载重物体与人数的变化而发生变化，此时补偿绳就需要进行松紧调节来适应这种重力的变化。如果涨紧装置失效或未安装涨紧装置就会导致补偿绳长期受到轿厢重力的作用，在这种长期作用力之下，补偿绳会发生一定的形变，其松紧系数也会发生变化，当电梯在空载运行或者小载荷运行的过程中，由于补偿绳的松紧系数过大而无法保持电梯的平稳运行，导致电梯运行过程中发生振动。 4.电梯补偿绳所引起的电梯振动问题解决方案
针对电梯补偿绳所存在的各种问题而引起的电梯振动问题，我们设计了一种新型的电梯补偿绳涨紧装置（具体如图1所示）。该涨紧装置主要由固定导轨架、活动框架、配重铁、安全开关、涨紧轮、导靴、牙齿板、补偿轮防跳架、钢丝绳等部件构成，其主要原理是利用钢丝绳的一端与对中的下部进行固定连接，另一端通过补偿绳涨紧装置与轿厢的下部连接；活动框架通过导靴可上下滑动于固定导轨架的导轨上；配重铁固定于活动框架内；安全开头固定于固定导轨架上，安全开头撞弓固定于活动框架上；牙齿板固定于固定导轨架的二侧，补偿轮防跳架固定于活动框架上。
通过利用配重铁自重使活动框架保持向下滑动趋势，实现将补偿绳保持涨紧状态，有效解决电梯高速运行时补偿绳出现振动、晃动、缠绕等问题，通过设有的一组安全开头，利用活动框架上的撞弓触动上下部安全开头，防止补偿绳过松或电梯急加速等异常情况的发生，并且利用牙齿板和补偿轮防跳架中伸缩轴的配合，防止电梯冲顶的再一次保护，从而提高了电梯的运行性能和安全性能。
图1 一种新型电梯补偿绳涨紧装置
通过实际运行测试，这种新型的电梯补偿绳涨紧装置在实际运用中，能够有效实现设计中要求的作用，为补偿绳的稳定工作作出了保证。该新型涨紧装置相对传统张紧轮能够更好解决电梯运行过程中补偿绳存在的问题，同时，其本身结构在使用过程中所受到的磨损量更小，为保证电梯长期安全稳定的运行提供了有效保障。
5.结论
随着现代经济的发展，各种高层建筑不断涌现，电梯的应用也越来越广泛。但是电梯在运行的过程中常常会出现故障，其中由于补偿绳失效所引起的电梯振动及严重故障问题屡见不鲜。在电梯运行过程中，补偿绳对保证电梯运行的安全性及稳定性具有重要作用。因此，保证补偿绳长期处于稳定的状态至关重要。传统的涨紧装置通常为张紧轮，这类装置在经过长期的运行后可能会发生严重磨损，对电梯运行的安全性造成影响。本文设计的新型补偿绳涨紧装置，有效解决了传统张紧轮在使用中磨损较快的问题，极大提高了电梯使用过程中的安全性，同时也有效降低了电梯维修管理成本，对保证电梯安全稳定地运行具有重要意义。
【参考文献】：
[1] 叶穆.电梯制动器的物理模型及数理分析——关于制动减速度及制停距离的探讨[J].电梯工业，2009，（02）.
[2] 廖小波，傅武军，朱昌明.电梯水平振动主动控制实验系统及仿真[J].电梯工业，2010，（03）.
[3] 朱昌明，洪致育，张惠侨.电梯与自动扶梯原理/结构/安装/测试[M].上海：上海交通大学出版社，1995.
[4] 李逸翔，朱双霞 . 浅谈电梯平衡补偿链的设计[J].中国电梯 .2000（9）.
【关键词】：高层电梯；补偿绳；涨紧装置；设计
1.电梯补偿绳及涨紧装置
1.1.电梯补偿绳及其作用
在现代高层建筑中，补偿绳在其内部电梯结构中的应用非常广泛。补偿绳通常采用表面覆盖PVC橡胶的铁链条作为主要材料，其主要用来平衡电梯钢丝绳在电梯运行过程中产生山下落差而导致的重量不均匀问题，是对电梯的运行起平衡作用的部件。
目前在我国的高层建筑中，使用最为普遍的是曳引式电梯。任何一部曳引式电梯包括以下几个最基本的部件构成：轿厢、曳引钢丝绳、对重及随行电缆。电梯在运行过程中，轿厢侧及对重侧的钢丝绳的长度会不断变化，从而引起也引论两侧钢丝绳重量的变化。当轿厢运行到最低层时，钢丝绳的重力作用大部分作用于轿厢侧；当轿厢运行到最高层时，钢丝绳的重量大部分作用于对重侧。在电梯高度提升情况不大时，上述作用变化对电梯的整体运行性能影响不大，但是当电梯的运行高度超过一定程度时，就可能对电梯的运行稳定性造成极大影响。因此，当电梯的提升高度超过一定程度时，通常会利用增加安装补偿绳来实现电梯的平衡。通过补偿绳的安装能够有效降低电梯运行过程中所产生的振动噪音。
1.2.补偿绳涨紧装置
在电梯系统中，由于补偿绳会受到电梯轿厢重力的作用，长期在这种作用下就可能造成补偿绳发生变形，从而影响电梯的运行安全性和稳定性。涨紧装置是电梯系统中用以调节补偿绳张紧系数的一种装置。其中的弹簧装置能够根据补偿绳的受力大小而进行自动调节。通过安装涨紧装置，电梯运行过程中对补偿绳的重力作用会通过补偿绳传递到涨紧装置的弹簧中，然后由涨紧装置吸收这些重力作用。从而避免补偿绳在电梯轿厢重力不断变化的情况下所产生的形变现象，保证补偿绳能够长期处于良好的工作状态，保证电梯运行的安全性及稳定性。
2.电梯补偿绳的设置临界高度的选择
2.1.理论计算法
由于每台曳引式电梯的曳引条件存在差异，因此不能以一个固定值来作为补偿绳设置的临界提升高度。应根据每台电梯的曳引条件，保证电梯在轿厢装载工况及紧急制动工况时，钢丝绳都不会打滑来确定补偿链设置的临界提升高度。即电梯在轿厢装载工况和紧急制动工况时，曳引轮两侧钢丝绳中的较大拉力与较小拉力之比应满足公式（1）的条件：
（1）
公式（1）中的e表示自然对数底；a表示钢丝绳在绳轮上的包角；f表示当量摩擦系数；T1和T2分别表示曳引轮两侧钢丝绳的拉力。
2.1.1.T1、T2的计算
在轿厢装载的工况下，T1与T2的静态比值应按照轿厢装有125%额定载荷并考虑轿厢在井道不同位置时最不利的情况进行计算。在实际中，当轿厢位于建筑的最低层时，T1、T2的静态比值最大，具体如公式（2）所示：
（2）
公式（2）中的Q 表示额定载荷 ；P 表示轿厢自重 ；n 表示钢丝绳根数 ；qs表示钢丝绳单位长度重量 ；H 表示电梯提升高度 ；i 表示钢丝绳倍率 ；φ 表示平衡系数，一般乘客电梯取 0.44，载货电梯取 0.5。
2.1.2.当量摩擦系数计算
（1）半圆槽和带切口的半圆槽如公式（3）所示：
（3）
公式（3）中β 表示下部切口角 ；γ 表示槽的角度，下部切口角 β 和槽的角度由制造者根据槽的设计提供 ；μ 表示摩擦系数。
（2）V 型槽
对于未经硬化处理的槽如公式（4）所示：
（4）
对于经硬化处理的槽如公式 （5）所示：
（5）
2.1.3.补偿绳设置临界高度计算
补偿绳设置临界高度Hj计算公式如下：
（6）
上述公式所计算出的Hj为电梯补偿绳设置的临界高度理论值，在实际中还应该根据现场的具体条件进行适当调整，以保证电梯运行安全。
2.2.实际经验法
目前根据实际工程的安装经验，普遍在运行高度超过30m的电梯系统中安装补偿绳，以保证电梯运行的稳定性和安全性。但是由于电梯类型、载荷以及运行环境的差异，通常需要结合实际进行详细计算，如果确定需要采用补偿绳，应优先考虑电梯的安全性，其次再考虑其使用成本。
3.补偿绳引起电梯振动的原因
电梯振动在高层建筑电梯系统中普遍存在的一种问题，这种题通常是由于补偿绳扭转及松动所引起的，补偿绳发生扭转以及松动，导致其作用无法充分发挥，最终引起电梯失衡造成电梯振动。造成补偿绳发生扭转通常是因为补偿绳在安装过程中存在失误，导致补偿绳扭转，在电梯运行的过程中，扭转的补偿绳会对电梯产生一个扭转力矩作用力，这个力最终传递到轿厢引起轿厢的振动。通常补偿绳的扭转现象会导致电梯在一个特定的位置发生振动。当电梯轿厢处于建筑物最低层时，此时，电梯补偿绳为了使电梯轿厢的受力作用处于相对平衡的状态，它就会停留在对重侧的位置。如果电梯的补偿绳存在扭转作用力问题，其所形成的一个波浪理论就会分布在电梯的对重侧方位。处于对这些因素的考虑，在电梯轿厢正常上行的过程中，电梯补偿绳在地坑弯曲处会形成一个与扭转力矩相抵抗的作用力，这就会导致对重侧位置的波浪理论无法及时释放，在这种情况下，电梯轿厢继续上升到一定位置时，电梯补偿绳的阻力没有办法克服扭转力矩产生的作用力而导致对重侧汇集的大量波浪理论向轿厢释放，引起轿厢的振动。
另外，补偿绳所发生的松动现象可能是由于其自身的形变以及涨紧装置失效所引起的。通常情况下，在电梯系统中会安装涨紧装置控制对补偿绳的松紧进行自动调节。在电梯使用的过程中，由于电梯轿厢的重力会随载重物体与人数的变化而发生变化，此时补偿绳就需要进行松紧调节来适应这种重力的变化。如果涨紧装置失效或未安装涨紧装置就会导致补偿绳长期受到轿厢重力的作用，在这种长期作用力之下，补偿绳会发生一定的形变，其松紧系数也会发生变化，当电梯在空载运行或者小载荷运行的过程中，由于补偿绳的松紧系数过大而无法保持电梯的平稳运行，导致电梯运行过程中发生振动。 4.电梯补偿绳所引起的电梯振动问题解决方案
针对电梯补偿绳所存在的各种问题而引起的电梯振动问题，我们设计了一种新型的电梯补偿绳涨紧装置（具体如图1所示）。该涨紧装置主要由固定导轨架、活动框架、配重铁、安全开关、涨紧轮、导靴、牙齿板、补偿轮防跳架、钢丝绳等部件构成，其主要原理是利用钢丝绳的一端与对中的下部进行固定连接，另一端通过补偿绳涨紧装置与轿厢的下部连接；活动框架通过导靴可上下滑动于固定导轨架的导轨上；配重铁固定于活动框架内；安全开头固定于固定导轨架上，安全开头撞弓固定于活动框架上；牙齿板固定于固定导轨架的二侧，补偿轮防跳架固定于活动框架上。
通过利用配重铁自重使活动框架保持向下滑动趋势，实现将补偿绳保持涨紧状态，有效解决电梯高速运行时补偿绳出现振动、晃动、缠绕等问题，通过设有的一组安全开头，利用活动框架上的撞弓触动上下部安全开头，防止补偿绳过松或电梯急加速等异常情况的发生，并且利用牙齿板和补偿轮防跳架中伸缩轴的配合，防止电梯冲顶的再一次保护，从而提高了电梯的运行性能和安全性能。
图1 一种新型电梯补偿绳涨紧装置
通过实际运行测试，这种新型的电梯补偿绳涨紧装置在实际运用中，能够有效实现设计中要求的作用，为补偿绳的稳定工作作出了保证。该新型涨紧装置相对传统张紧轮能够更好解决电梯运行过程中补偿绳存在的问题，同时，其本身结构在使用过程中所受到的磨损量更小，为保证电梯长期安全稳定的运行提供了有效保障。
5.结论
随着现代经济的发展，各种高层建筑不断涌现，电梯的应用也越来越广泛。但是电梯在运行的过程中常常会出现故障，其中由于补偿绳失效所引起的电梯振动及严重故障问题屡见不鲜。在电梯运行过程中，补偿绳对保证电梯运行的安全性及稳定性具有重要作用。因此，保证补偿绳长期处于稳定的状态至关重要。传统的涨紧装置通常为张紧轮，这类装置在经过长期的运行后可能会发生严重磨损，对电梯运行的安全性造成影响。本文设计的新型补偿绳涨紧装置，有效解决了传统张紧轮在使用中磨损较快的问题，极大提高了电梯使用过程中的安全性，同时也有效降低了电梯维修管理成本，对保证电梯安全稳定地运行具有重要意义。
【参考文献】：
[1] 叶穆.电梯制动器的物理模型及数理分析——关于制动减速度及制停距离的探讨[J].电梯工业，2009，（02）.
[2] 廖小波，傅武军，朱昌明.电梯水平振动主动控制实验系统及仿真[J].电梯工业，2010，（03）.
[3] 朱昌明，洪致育，张惠侨.电梯与自动扶梯原理/结构/安装/测试[M].上海：上海交通大学出版社，1995.
[4] 李逸翔，朱双霞 . 浅谈电梯平衡补偿链的设计[J].中国电梯 .2000（9）.