基于高速電梯液壓張緊裝置的設計及研究

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注。在高速電梯中，采用補償鋼絲來保證電梯主機兩側的均勻受力，但由于電梯井道氣流變化等各種因素的作用下，電梯補償鋼絲會產生一定晃動，影響電梯轎廂穩定，為此可液壓張緊系統起到減震與緩沖效果。

1 液壓張緊裝置設計

1.1 提升系統

電梯提升系統，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，產生二者的上下往復運動，實現電梯轎廂的升降，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，在常規電梯提升系統之外，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進行參數設計，如表1。

表1 高速電梯主要參數設計

1.2 張緊裝置

高速電梯張緊裝置的設計，需要基于《電梯制造與安裝安全規范》中的具體要求，保證張緊裝置的結構合理性。在高速電梯系統中，張緊裝置的結構設計特點如下：

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，為此要選擇具備調節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選用雙張緊輪結構，張緊輪的鋼絲進口與出口之間應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生的橫向作用力；③液壓系統機械設備與張緊裝置的連接，可以利用該張緊裝置的兩側連接板來實現，并且直接連接張緊裝置及液壓系統的活塞桿。

1.3 液壓系統

1.3.1 液壓系統的設計

高速電梯液壓系統的設計，需要滿足電梯轎廂運行出現蹲底、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調，會產生一定的速度差，導致補償鋼絲短時間內出現張力突變，在張力的作用下，帶動張緊裝置上跳，沖擊電梯系統。電梯速度與沖擊是成正相關關系的，尤其在高速電梯中，這種沖擊尤其明顯。基于此就需要采取適當防跳措施，減少補償鋼絲及張緊裝置之間的上跳情況，減少對于電梯系統功能的沖擊。防跳措施可以通過機械方式來加以實現，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，同時也可以為常規運行的電梯系統起到阻尼減震的效果。

高度電梯液壓張緊裝置的設計，張緊裝置兩側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，以單向節流閥為介質，液壓系統的無桿腔實現與油箱的連接；以調壓閥及流量切斷閥為介質，實現有桿腔與油箱的連接。有桿腔及無桿腔采用并聯布置方式。

1.3.2 常規運行及緊急狀況下的液壓系統

常規運行下的高速電梯，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，以及由此產生的電梯井內部空氣流動，對鋼絲產生的干擾與晃動，經由張緊裝置進行傳遞。節流閥設計在液壓缸的鋼絲進口及出口，液壓系統的背壓力與節流口的阻尼作用，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生上跳，并產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。張緊裝置持續向上的情況下，液壓缸的活塞桿也會向上運動，增加有桿腔的內部壓力，當壓力高于調壓閥設定值的情況下，調壓閥的閥口會發生壓力溢流的現象。這種情況下，有桿腔的工作狀態最為緊張，并產生相當大的阻力，壓制張緊裝置的上跳動作。當電梯停穩后，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。無桿腔出口并沒有涉及節流閥，調節無桿腔阻尼，以實現下跳沖擊的緩沖，避免補償鋼絲可能發生的脫槽現象。經過反復幾次動作，張緊裝置所產生的作用力就會逐漸消失，并回到常規運行狀態[1]。

2 液壓系統仿真分析

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帶來足夠的速度牽制，在蹲底情況發生時，短時間內極大的加速度，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計與仿真模擬，可以產生活塞桿的位移，連接活塞桿的流量切斷閥及調壓閥的流量會產生一定變化，防跳措施的使用也會導致液壓缸有桿腔及無桿腔壓力產生變化。初始狀態下，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，張緊裝置會產生上跳動作，有桿腔流量急劇增加，瞬時狀態即可高于流量切斷閥的設定值，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，電梯轎廂上調速度始終下降，作用力也在逐漸衰減，調壓閥設定值始終高于有桿腔壓力，當張緊裝置發生下行時，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 常規運行時的阻尼作用

高速電梯液壓張緊裝置的常規運行情況下，補償鋼絲晃動而導致加速度脈沖波動產生，張緊裝置產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，以及基于液壓系統的張緊裝置速度相應，可以確定的是，如果滑動摩擦系數為2的情況下，液壓系統阻尼作用下，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與舒適[2]。

3 結語

綜合以上論述，本文所提出的高速電梯液壓張緊裝置的設計與研究，需要基于《電梯制造與安裝安全規范》中的具體規定，以保證電梯系統的設計達到國家標準，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。