基于高速电梯液压张紧装置的设计及研究

2018-07-31程亚周李中斌

建材与装饰 2018年33期

程亚周李中斌

前言

高速电梯是目前高层建筑中的常见电梯运输方式，高速电梯的运行安全受到广泛关注。在高速电梯中，采用补偿钢丝来保证电梯主机两侧的均匀受力，但由于电梯井道气流变化等各种因素的作用下，电梯补偿钢丝会产生一定晃动，影响电梯轿厢稳定，为此可液压张紧系统起到减震与缓冲效果。

1 液压张紧装置设计

1.1 提升系统

电梯提升系统，是由电梯主机、导向轮、电梯轿厢、对重块及钢丝共同组成，其中电梯主机又称曳引机，是电梯的动力源头，导向轮及电梯主机依靠钢丝的缠绕相互连接，并在钢丝两侧连接电梯轿厢及对重块。电梯主机及钢丝之间的摩擦力会形成牵引力，改变电梯轿厢与对重块原本的运动状态，产生二者的上下往复运动，实现电梯轿厢的升降，以及乘客及物资的运输。目前高层建筑中所采用的高度电梯系统，在常规电梯提升系统之外，又增加了补偿钢丝及液压张紧装置，以保障钢丝的重量均衡。本文就所提出的高速电梯提升系统进行参数设计，如表1。

表1 高速电梯主要参数设计

1.2 张紧装置

高速电梯张紧装置的设计，需要基于《电梯制造与安装安全规范》中的具体要求，保证张紧装置的结构合理性。在高速电梯系统中，张紧装置的结构设计特点如下：

①以重力的形式，增加补偿钢丝的张紧力。电梯轿厢提升高度的上升，也需要随之增加补偿钢丝的重量，为此要选择具备调节与加装效果的配重块，并将其配重块重量限定在50～300kg之间；②选用双张紧轮结构，张紧轮的钢丝进口与出口之间应当与电梯交响及对重块的中心间距相匹配，以避免补偿钢丝对电梯轿厢及对重块所产生的横向作用力；③液压系统机械设备与张紧装置的连接，可以利用该张紧装置的两侧连接板来实现，并且直接连接张紧装置及液压系统的活塞杆。

1.3 液压系统

1.3.1 液压系统的设计

高速电梯液压系统的设计，需要满足电梯轿厢运行出现蹲底、冲顶与安全钳动等情况时，电梯轿厢与对重块会的运行不再协调，会产生一定的速度差，导致补偿钢丝短时间内出现张力突变，在张力的作用下，带动张紧装置上跳，冲击电梯系统。电梯速度与冲击是成正相关关系的，尤其在高速电梯中，这种冲击尤其明显。基于此就需要采取适当防跳措施，减少补偿钢丝及张紧装置之间的上跳情况，减少对于电梯系统功能的冲击。防跳措施可以通过机械方式来加以实现，但机械方式的使用过于生硬，因此可以利用液压装置来起到对防跳装置的缓冲，同时也可以为常规运行的电梯系统起到阻尼减震的效果。

高度电梯液压张紧装置的设计，张紧装置两侧各自连接一套液压缸，其缸筒与电梯井底坑相连接，活塞杆连接张紧装置的连接板，当电梯运行时，活塞杆会将张紧装置的运动趋势传递到液压系统，以单向节流阀为介质，液压系统的无杆腔实现与油箱的连接；以调压阀及流量切断阀为介质，实现有杆腔与油箱的连接。有杆腔及无杆腔采用并联布置方式。

1.3.2 常规运行及紧急状况下的液压系统

常规运行下的高速电梯，通过电梯轿厢及对重块的牵引与带动，以张紧装置为核心，补偿钢丝开始进行往复运动，电梯运行过程中的加速、减速与停止，以及由此产生的电梯井内部空气流动，对钢丝产生的干扰与晃动，经由张紧装置进行传递。节流阀设计在液压缸的钢丝进口及出口，液压系统的背压力与节流口的阻尼作用，可以压制张紧装置的运动趋势，减少钢丝晃动的传递效果。

紧急情况如蹲底、冲顶或安全钳动等，张紧装置会在补偿钢丝的影响下发生上跳，并产生液压缸活塞杆向上的运动趋势，导致有杆腔流量切断阀终止动作，形成有杆腔的密封状态。张紧装置持续向上的情况下，液压缸的活塞杆也会向上运动，增加有杆腔的内部压力，当压力高于调压阀设定值的情况下，调压阀的阀口会发生压力溢流的现象。这种情况下，有杆腔的工作状态最为紧张，并产生相当大的阻力，压制张紧装置的上跳动作。当电梯停稳后，张力装置失去了补偿钢丝所带来的作用力，会与电梯轿厢快速下调。无杆腔出口并没有涉及节流阀，调节无杆腔阻尼，以实现下跳冲击的缓冲，避免补偿钢丝可能发生的脱槽现象。经过反复几次动作，张紧装置所产生的作用力就会逐渐消失，并回到常规运行状态[1]。

2 液压系统仿真分析

2.1 紧急情况时的防跳效果

2.1.1 张紧装置的反向制动

采用AMEsim仿真模拟系统建立仿真模型。对重块蹲底是最为严重的紧急情况，当对重块蹲底发生时，电梯轿厢位于电梯井道顶部，电梯主机运行停止，钢丝与补偿钢丝之间的重量均衡，电梯轿厢重力并不能够给高速电梯系统带来足够的速度牵制，在蹲底情况发生时，短时间内极大的加速度，甚至有可能给电梯轿厢带来更大的惯性与冲击力，导致电梯轿厢冲出位置基线，就需要凭借张紧装置及补偿钢丝来实现对于电梯轿厢的反向制动。标准减速度是9.8m/s2以下，以该数值为标准进行计算，确定反向制动的最大值，为23kN。在进行液压张紧装置的设计与仿真模式时，也需要以对重块蹲底为重要考察因素，考察张紧装置的跳动动作，测量三次张紧装置的跳动作用力，可以确定的是，第二次跳动动作的作用力，较第一次跳动动作产生了30%的衰减；第三次跳动动作的作用力，较第二次跳动动作，产生了10%的衰减。

2.1.2 电梯轿厢的减速运动

对于液压张紧装置的设计与仿真模拟，可以产生活塞杆的位移，连接活塞杆的流量切断阀及调压阀的流量会产生一定变化，防跳措施的使用也会导致液压缸有杆腔及无杆腔压力产生变化。初始状态下，活塞杆处于中间位置，始终处于位移0.2m左右，当进行防跳仿真时，如果对重块蹲底情况发生突然制定，平均减速度不超过9.8m/s2，电梯轿厢运行速度为10m/s，则惯性作用下，张紧装置会产生上跳动作，有杆腔流量急剧增加，瞬时状态即可高于流量切断阀的设定值，流量切断阀终止运作，电梯轿厢则保持减速运动直到停止。

2.1.3 电梯轿厢的回落

在减速运动乃至停止运动之后，电梯轿厢会逐渐回落到原本位置。钢丝带有一定的弹性，在电梯轿厢回落时，会产生向上的回力，导致电梯轿厢及张紧装置的跳动。此时，电梯轿厢上调速度始终下降，作用力也在逐渐衰减，调压阀设定值始终高于有杆腔压力，当张紧装置发生下行时，无杆腔液压油会返回油箱，并且形成一定的背压力，以实现张紧装置下行的缓冲效果，单向阀会向无杆腔进行液压油的补充。当电梯轿厢终止下行之后，补偿钢丝作用力逐渐放松，张紧装置会最终回到其最初位置。

2.2 常规运行时的阻尼作用

高速电梯液压张紧装置的常规运行情况下，补偿钢丝晃动而导致加速度脉冲波动产生，张紧装置产生了一定的与补偿钢丝相脱离的运动趋势。对在自身重力下的张紧装置速度响应，以及基于液压系统的张紧装置速度相应，可以确定的是，如果滑动摩擦系数为2的情况下，液压系统阻尼作用下，张紧装置的最大速度会有所陷阱，弱化钢丝晃动带来的脉冲波动与运动趋势，电梯的运行更加平稳与舒适[2]。