基于高速電梯液壓張緊裝置的設(shè)計及研究

程亞周 李中斌

前言

高速電梯是目前高層建筑中的常見電梯運輸方式，高速電梯的運行安全受到廣泛關(guān)注。在高速電梯中，采用補償鋼絲來保證電梯主機兩側(cè)的均勻受力，但由于電梯井道氣流變化等各種因素的作用下，電梯補償鋼絲會產(chǎn)生一定晃動，影響電梯轎廂穩(wěn)定，為此可液壓張緊系統(tǒng)起到減震與緩沖效果。

1 液壓張緊裝置設(shè)計

1.1 提升系統(tǒng)

電梯提升系統(tǒng)，是由電梯主機、導向輪、電梯轎廂、對重塊及鋼絲共同組成，其中電梯主機又稱曳引機，是電梯的動力源頭，導向輪及電梯主機依靠鋼絲的纏繞相互連接，并在鋼絲兩側(cè)連接電梯轎廂及對重塊。電梯主機及鋼絲之間的摩擦力會形成牽引力，改變電梯轎廂與對重塊原本的運動狀態(tài)，產(chǎn)生二者的上下往復運動，實現(xiàn)電梯轎廂的升降，以及乘客及物資的運輸。目前高層建筑中所采用的高度電梯系統(tǒng)，在常規(guī)電梯提升系統(tǒng)之外，又增加了補償鋼絲及液壓張緊裝置，以保障鋼絲的重量均衡。本文就所提出的高速電梯提升系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)計，如表1。

表1 高速電梯主要參數(shù)設(shè)計

1.2 張緊裝置

高速電梯張緊裝置的設(shè)計，需要基于《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中的具體要求，保證張緊裝置的結(jié)構(gòu)合理性。在高速電梯系統(tǒng)中，張緊裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點如下：

①以重力的形式，增加補償鋼絲的張緊力。電梯轎廂提升高度的上升，也需要隨之增加補償鋼絲的重量，為此要選擇具備調(diào)節(jié)與加裝效果的配重塊，并將其配重塊重量限定在50～300kg之間；②選用雙張緊輪結(jié)構(gòu)，張緊輪的鋼絲進口與出口之間應(yīng)當與電梯交響及對重塊的中心間距相匹配，以避免補償鋼絲對電梯轎廂及對重塊所產(chǎn)生的橫向作用力；③液壓系統(tǒng)機械設(shè)備與張緊裝置的連接，可以利用該張緊裝置的兩側(cè)連接板來實現(xiàn)，并且直接連接張緊裝置及液壓系統(tǒng)的活塞桿。

1.3 液壓系統(tǒng)

1.3.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計

高速電梯液壓系統(tǒng)的設(shè)計，需要滿足電梯轎廂運行出現(xiàn)蹲底、沖頂與安全鉗動等情況時，電梯轎廂與對重塊會的運行不再協(xié)調(diào)，會產(chǎn)生一定的速度差，導致補償鋼絲短時間內(nèi)出現(xiàn)張力突變，在張力的作用下，帶動張緊裝置上跳，沖擊電梯系統(tǒng)。電梯速度與沖擊是成正相關(guān)關(guān)系的，尤其在高速電梯中，這種沖擊尤其明顯?；诖司托枰扇∵m當防跳措施，減少補償鋼絲及張緊裝置之間的上跳情況，減少對于電梯系統(tǒng)功能的沖擊。防跳措施可以通過機械方式來加以實現(xiàn)，但機械方式的使用過于生硬，因此可以利用液壓裝置來起到對防跳裝置的緩沖，同時也可以為常規(guī)運行的電梯系統(tǒng)起到阻尼減震的效果。

高度電梯液壓張緊裝置的設(shè)計，張緊裝置兩側(cè)各自連接一套液壓缸，其缸筒與電梯井底坑相連接，活塞桿連接張緊裝置的連接板，當電梯運行時，活塞桿會將張緊裝置的運動趨勢傳遞到液壓系統(tǒng)，以單向節(jié)流閥為介質(zhì)，液壓系統(tǒng)的無桿腔實現(xiàn)與油箱的連接；以調(diào)壓閥及流量切斷閥為介質(zhì)，實現(xiàn)有桿腔與油箱的連接。有桿腔及無桿腔采用并聯(lián)布置方式。

1.3.2 常規(guī)運行及緊急狀況下的液壓系統(tǒng)

常規(guī)運行下的高速電梯，通過電梯轎廂及對重塊的牽引與帶動，以張緊裝置為核心，補償鋼絲開始進行往復運動，電梯運行過程中的加速、減速與停止，以及由此產(chǎn)生的電梯井內(nèi)部空氣流動，對鋼絲產(chǎn)生的干擾與晃動，經(jīng)由張緊裝置進行傳遞。節(jié)流閥設(shè)計在液壓缸的鋼絲進口及出口，液壓系統(tǒng)的背壓力與節(jié)流口的阻尼作用，可以壓制張緊裝置的運動趨勢，減少鋼絲晃動的傳遞效果。

緊急情況如蹲底、沖頂或安全鉗動等，張緊裝置會在補償鋼絲的影響下發(fā)生上跳，并產(chǎn)生液壓缸活塞桿向上的運動趨勢，導致有桿腔流量切斷閥終止動作，形成有桿腔的密封狀態(tài)。張緊裝置持續(xù)向上的情況下，液壓缸的活塞桿也會向上運動，增加有桿腔的內(nèi)部壓力，當壓力高于調(diào)壓閥設(shè)定值的情況下，調(diào)壓閥的閥口會發(fā)生壓力溢流的現(xiàn)象。這種情況下，有桿腔的工作狀態(tài)最為緊張，并產(chǎn)生相當大的阻力，壓制張緊裝置的上跳動作。當電梯停穩(wěn)后，張力裝置失去了補償鋼絲所帶來的作用力，會與電梯轎廂快速下調(diào)。無桿腔出口并沒有涉及節(jié)流閥，調(diào)節(jié)無桿腔阻尼，以實現(xiàn)下跳沖擊的緩沖，避免補償鋼絲可能發(fā)生的脫槽現(xiàn)象。經(jīng)過反復幾次動作，張緊裝置所產(chǎn)生的作用力就會逐漸消失，并回到常規(guī)運行狀態(tài)[1]。

2 液壓系統(tǒng)仿真分析

2.1 緊急情況時的防跳效果

2.1.1 張緊裝置的反向制動

采用AMEsim仿真模擬系統(tǒng)建立仿真模型。對重塊蹲底是最為嚴重的緊急情況，當對重塊蹲底發(fā)生時，電梯轎廂位于電梯井道頂部，電梯主機運行停止，鋼絲與補償鋼絲之間的重量均衡，電梯轎廂重力并不能夠給高速電梯系統(tǒng)帶來足夠的速度牽制，在蹲底情況發(fā)生時，短時間內(nèi)極大的加速度，甚至有可能給電梯轎廂帶來更大的慣性與沖擊力，導致電梯轎廂沖出位置基線，就需要憑借張緊裝置及補償鋼絲來實現(xiàn)對于電梯轎廂的反向制動。標準減速度是9.8m/s2以下，以該數(shù)值為標準進行計算，確定反向制動的最大值，為23kN。在進行液壓張緊裝置的設(shè)計與仿真模式時，也需要以對重塊蹲底為重要考察因素，考察張緊裝置的跳動動作，測量三次張緊裝置的跳動作用力，可以確定的是，第二次跳動動作的作用力，較第一次跳動動作產(chǎn)生了30%的衰減；第三次跳動動作的作用力，較第二次跳動動作，產(chǎn)生了10%的衰減。

2.1.2 電梯轎廂的減速運動

對于液壓張緊裝置的設(shè)計與仿真模擬，可以產(chǎn)生活塞桿的位移，連接活塞桿的流量切斷閥及調(diào)壓閥的流量會產(chǎn)生一定變化，防跳措施的使用也會導致液壓缸有桿腔及無桿腔壓力產(chǎn)生變化。初始狀態(tài)下，活塞桿處于中間位置，始終處于位移0.2m左右，當進行防跳仿真時，如果對重塊蹲底情況發(fā)生突然制定，平均減速度不超過9.8m/s2，電梯轎廂運行速度為10m/s，則慣性作用下，張緊裝置會產(chǎn)生上跳動作，有桿腔流量急劇增加，瞬時狀態(tài)即可高于流量切斷閥的設(shè)定值，流量切斷閥終止運作，電梯轎廂則保持減速運動直到停止。

2.1.3 電梯轎廂的回落

在減速運動乃至停止運動之后，電梯轎廂會逐漸回落到原本位置。鋼絲帶有一定的彈性，在電梯轎廂回落時，會產(chǎn)生向上的回力，導致電梯轎廂及張緊裝置的跳動。此時，電梯轎廂上調(diào)速度始終下降，作用力也在逐漸衰減，調(diào)壓閥設(shè)定值始終高于有桿腔壓力，當張緊裝置發(fā)生下行時，無桿腔液壓油會返回油箱，并且形成一定的背壓力，以實現(xiàn)張緊裝置下行的緩沖效果，單向閥會向無桿腔進行液壓油的補充。當電梯轎廂終止下行之后，補償鋼絲作用力逐漸放松，張緊裝置會最終回到其最初位置。

2.2 常規(guī)運行時的阻尼作用

高速電梯液壓張緊裝置的常規(guī)運行情況下，補償鋼絲晃動而導致加速度脈沖波動產(chǎn)生，張緊裝置產(chǎn)生了一定的與補償鋼絲相脫離的運動趨勢。對在自身重力下的張緊裝置速度響應(yīng)，以及基于液壓系統(tǒng)的張緊裝置速度相應(yīng)，可以確定的是，如果滑動摩擦系數(shù)為2的情況下，液壓系統(tǒng)阻尼作用下，張緊裝置的最大速度會有所陷阱，弱化鋼絲晃動帶來的脈沖波動與運動趨勢，電梯的運行更加平穩(wěn)與舒適[2]。

3 結(jié)語

綜合以上論述，本文所提出的高速電梯液壓張緊裝置的設(shè)計與研究，需要基于《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中的具體規(guī)定，以保證電梯系統(tǒng)的設(shè)計達到國家標準，減少電梯的不必要振動，以及電梯緊急情況所帶來的安全影響。