基于RGV 的環形橫移式循環電梯起重機創新設計

楊 鐵

（畢節市特種設備檢驗所，貴州 畢節 551700）

0 引言

近年來，隨著工業化進程的不斷推進，起重機在各個領域的應用越來越廣泛。環形橫移式循環電梯起重機作為一種新型起重機，具有結構緊湊、運行穩定、效率高等優點，受到了廣泛關注和研究。A.Gupta，S.K.Saha 和A.Kumar（2012）提出了一種基于RGV 的環形橫移式循環電梯起重機控制系統設計方法。該方法涉及運動控制和安全控制等方面的研究，旨在提高起重機的運行效率和安全性能。王輝等（2018）[1]提出了一種基于RGV 的環形橫移式循環電梯起重機設計方案。該方案采用了環形橫移式循環電梯起重機的結構，同時引入了RGV 技術，實現了起重機的橫向移動。通過仿真分析和實驗驗證，研究人員證明了該方案的可行性和效果。在該方案中，RGV 技術被用于實現起重機的橫向移動，從而可以在不改變起重機結構的情況下，提高起重機的工作效率和精度。該方案還采用了模塊化設計，方便了起重機的維護和升級。本文以此為基礎，通過將RGV 的橫向移動和電梯的垂直升降功能相結合的方式，在狹小空間內實現起重機的高效操作。

1 環形橫移式循環電梯起重機的設計思路

1.1 將橫移轎廂進入環形橫移通道的過程與換向過程組合的設計方案

如圖1，在垂直循環井道與環形橫移通道的連接處設置轎廂緩沖區，確保橫移轎廂在進入通道前完成換向操作，并在緩沖區內等待進行橫移動作[2]。這樣的設計方案有以下幾個關鍵考慮因素。

圖1 將橫移轎廂進入環形橫移通道的過程與換向過程組合

首先，緩沖區的長度和寬度需要根據橫移轎廂的尺寸和運行需求進行合理設計。緩沖區長度應能容納橫移轎廂換向所需的距離，并留出足夠的空間供轎廂停留等待橫移操作。緩沖區的寬度應與轎廂寬度相匹配，以確保轎廂能夠順利進入和停留在緩沖區內。其次，在緩沖區設計中，需要考慮控制系統的設計。控制系統應能夠準確控制橫移轎廂在緩沖區內的位置和停留時間。

1.2 利用轉運轎廂運載橫移轎廂來實現電梯起重機的環形運行

為了實現轉運轎廂在環形橫移通道上的快速運行，需要在通道上鋪設軌道，并采用輪軌驅動技術。這種技術通過驅動裝置在軌道上運行的方式來推動轉運轎廂的運動[3]。驅動裝置位于轉運轎廂底部，采用單側驅動方式。如圖2 所示。

圖2 轉運轎廂運載橫移轎廂實現電梯起重機環形運行

圖3 基于RGV 的環形橫移式循環電梯的調度策略

2 基于RGV 的環形橫移式循環電梯起重機的設計方法

2.1 基于直線電機的電梯起重機驅動設計

選擇適合的直線電機作為電梯起重機的驅動裝置。直線電機的選擇應考慮其功率、轉速、扭矩等參數，以滿足電梯起重機的運行需求。設計合適的電力系統，包括電源供應、電纜布置、電流保護等。

位置控制計算式：

式中，x（t）表示時間t時刻的位置；x0表示初始位置，v（t）表示時間t時刻的速度。

速度調節計算式（2）：

式中，v（t）表示時間t時刻的速度；k表示速度調節系數；i（t）表示時間t時刻的直線電機電流。

采用先進的控制算法和傳感器技術，提高位置控制的精度和速度調節的靈活性。位置控制和速度調節是通過控制直線電機的電流大小和方向來實現的。

2.2 無繩提升安全保護設計

設計合適的無繩提升機構，包括電機、減速器、傳動裝置等。無繩提升機構的設計應考慮其結構強度、可靠性、安全性等因素，確保電梯起重機的穩定和安全運行。

速度保護系統：

式中，vmax為電梯起重機的最大運行速度，amax為電梯起重機的最大加速度，h為電梯起重機的最大運行高度。

位移保護系統：

式中，dmax為電梯起重機的最大位移距離，amax為電梯起重機的最大加速度，tmax為電梯起重機的最大加速時間。

防墜保護系統：

式中，hmin為電梯起重機的最小垂直高度，g為重力加速度，tmin為電梯起重機的最小防墜時間。

2.3 多轎廂換向設計

（1）初始化：將所有轎廂的初始狀態設置為停止狀態，并記錄它們的當前位置和目標樓層。（2）轎廂選擇：根據當前的調度策略，選擇一個轎廂進行運行。常見的策略包括最短等待時間優先、最小運行時間優先等。（3）目標樓層選擇：根據當前的調度策略，為選中的轎廂選擇一個目標樓層。常見的策略包括最近目標樓層優先、最遠目標樓層優先等。（4）運行控制：根據選中的轎廂和目標樓層，計算出轎廂的運行方向和運行速度。同時，與其他轎廂進行通信，協調運行順序和換向時機，以避免碰撞和干擾。（5）運行更新：更新選中的轎廂的位置和狀態，并記錄當前運行的樓層和目標樓層。（6）循環迭代：重復執行步驟（2）到步驟（5），直到所有的轎廂都到達其目標樓層并停止運行。

2.4 基于RGV 的環形驅動設計

基于RGV 設計的轉運轎廂驅動裝置采用直行穿梭車的工作方式，驅動裝置是該裝置的核心組成部分。其外側的電機直接驅動驅動輪，通過轉動驅動輪來實現轉運轎廂的運動。而從動輪則沒有直接的驅動功能，只起到從動作用，隨著驅動輪的轉動而被帶動。牽引支座連接著驅動裝置和轉運轎廂，將驅動力從驅動裝置傳遞到轉運轎廂上。通過牽引支座的作用，驅動裝置所產生的動力能夠有效地傳遞到轎廂，推動轎廂沿著環形軌道運動。

3 基于RGV 的環形橫移式循環電梯起重機的實驗驗證

3.1 基于RGV 的度電梯整體結構

該電梯采用了一種創新設計，將一個井道中設置了多個可垂直循環運行的垂直載客轎廂和轉運轎廂。垂直載客轎廂負責垂直方向上的乘客運輸，其具有較高的載客量和運行效率，可以滿足大量乘客的需求；而轉運轎廂則專門用于承載RGV 轎廂，其結構堅固，能夠快速、穩定地運輸RGV 轎廂，確保其安全地到達目的地。垂直載客轎廂和轉運轎廂之間的運行是互不干擾的，可以同時進行，這極大地提高了電梯的運行效率和乘客的體驗。同時，該電梯還配備了一系列安全保護措施，如電梯轎廂的超載保護、運行速度的限制、緊急制動裝置等，確保乘客和設備的安全。

3.2 驗證結果

S1：垂直循環運行動作是指環形橫移式循環電梯起重機的垂直轎廂進行上下運行的動作。垂直轎廂根據接收到的垂直呼梯指令，通過電梯系統控制，進行垂直運行操作。這個動作的實施是為了滿足乘客的垂直運輸需求。通過垂直循環運行，乘客可以方便地到達所需的樓層。

S2：停層動作是指垂直轎廂在到達目標層后進行停止的動作。一旦垂直轎廂到達乘客所選的目標層，它會自動停下來，以便乘客進出轎廂。這個動作的實施是為了確保乘客能夠在目標樓層安全地下車。

S3：乘客進入垂直轎廂后，垂直轎廂會進行關門動作，并清除已完成的垂直呼梯指令。關門動作確保乘客的安全，并且一旦關門，垂直轎廂就會準備好進行下一個呼梯任務。這個動作的實施是為了提供乘客進出轎廂的便利和安全。

S4：乘客進入橫移轎廂后，橫移轎廂會進行關門動作，并且乘客可以通過轎廂內的選層按鈕選擇另一個井道內的目標層。一旦乘客按下選層按鈕，橫移轎廂會清除已完成的橫移呼梯指令。這個動作的實施是為了讓乘客能夠選擇他們想要到達的目標樓層，并更新橫移指令。

S5：橫移轎廂到達當前井道緩沖區后進行停層動作，并等待緩沖區與轉運轎廂對接。一旦對接完成，橫移轎廂會清除已完成的環形橫移指令。這個動作的實施是為了確保橫移轎廂能夠平穩地與轉運轎廂對接，以進行貨物的轉運。

S6：橫移轎廂到達目標井道緩沖區后進行停層動作，并等待垂直循環井道換向裝置的換向。一旦換向完成，指令會進行更新，即橫移轎廂的橫移指令會轉換為當前井道的垂直停層指令。這個動作的實施是為了確保橫移轎廂能夠順利進入目標井道，并根據換向裝置的操作進行相應的指令更新。

橫移轎廂在進行橫移動作之前需要滿足特定的條件，而在橫移過程中會根據乘客的指令進行停層操作。本文設計的調度策略能夠給乘客提供順暢的運輸體驗，并確保橫移轎廂在轉運過程中能夠高效地滿足乘客的需求。

4 結語

針對傳統起重機在狹小空間內操作不便、效率低下等，提出了一種基于RGV 的環形橫移式循環電梯起重機創新設計。該設計方案不僅能夠提高起重機的操作效率和靈活性，減少人力成本和占地面積，還能夠滿足狹小空間內的起重需求。