韓向青

（陜西省特種設(shè)備質(zhì)量安全監(jiān)督檢測(cè)中心，陜西 西安 710048）

0 引言

液壓電梯的歷史比較悠久，早在20世紀(jì)50年代，歐美國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始使用液壓電梯。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，液壓電梯產(chǎn)品逐漸成熟，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化系列化。液壓電梯具有機(jī)房布置靈活方便、建筑物井道結(jié)構(gòu)不承受負(fù)載力、井道占用面積小、液壓傳動(dòng)承載能力大、無(wú)級(jí)調(diào)速和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛應(yīng)用，那里10 層以下建筑物所用到的電梯70%為液壓電梯。在我國(guó)，液壓電梯的數(shù)量相對(duì)較少，但最近幾年液壓電梯的數(shù)量逐漸增多，發(fā)展突飛猛進(jìn)，特別是在汽車電梯和病床電梯中，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

目前在用的液壓電梯基本上都不帶配重。轎廂的上升過(guò)程是利用液壓泵給油缸打壓，將活塞逐漸頂升；轎廂的下降過(guò)程則利用轎廂的自重將活塞壓下。在轎廂下降過(guò)程中，液壓系統(tǒng)只起到阻尼和調(diào)控作用，這樣就使得液壓電梯能耗較大，裝機(jī)功率低。在強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)代社會(huì)中，降低能耗是我們必須考慮的問(wèn)題，蓄能器就很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。液壓電梯中使用蓄能器的原理是在轎廂的下降過(guò)程中，將一部分油壓存入蓄能器中；而在轎廂上升過(guò)程中，蓄能器會(huì)釋放油壓，從而頂升活塞，為轎廂的上升提供一部分動(dòng)力。

1 蓄能器結(jié)構(gòu)及原理

1.1 蓄能器的結(jié)構(gòu)類型

目前蓄能器主要有活塞式、膠囊式和隔膜式3種，如圖1所示。

3種蓄能器的特點(diǎn)如表1所示。

1.2 蓄能器的工作原理

蓄能器是液壓系統(tǒng)中很重要的安全輔件。其工作原理為：正常情況下將液壓油儲(chǔ)存在蓄能器內(nèi)，必要時(shí)蓄能器將儲(chǔ)存的液壓油釋放出來(lái)。蓄能器可以應(yīng)用在很多場(chǎng)合：①在間隙工作的設(shè)備中儲(chǔ)存能量，節(jié)省泵的驅(qū)動(dòng)功率；②作為應(yīng)急動(dòng)力源，例如在液壓泵失效的情況下作為動(dòng)力源；③作為泄漏損失的補(bǔ)償；④在周期工作狀態(tài)時(shí)可減少?zèng)_擊和振動(dòng)；⑤在溫度和壓力變化情況下進(jìn)行體積補(bǔ)償；⑥在機(jī)械撞擊情況下吸收沖擊；⑦在車輛中作為懸掛元件等。

圖1 蓄能器結(jié)構(gòu)示意圖

表1 3種蓄能器的特點(diǎn)

囊式蓄能器外部殼體一般為合金鋼，內(nèi)部為膠囊，膠囊內(nèi)部填充惰性氣體，一般為氮?dú)?。由于氣體的可壓縮性，囊式蓄能器可以儲(chǔ)存或放出壓力油。囊式蓄能器的工作原理如圖2所示。圖2中，V0為蓄能器的氣體容積，V1為系統(tǒng)最低壓力時(shí)的氣體容積，V2為系統(tǒng)最高壓力時(shí)的氣體容積，p0為預(yù)充壓力，p1為系統(tǒng)最低壓力時(shí)的氣體壓力，p2為系統(tǒng)最高壓力時(shí)的氣體壓力，ΔV 為氣體壓力在p1和p2之間變化時(shí)的容積變化。

圖2 囊式蓄能器工作原理

狀態(tài)A：蓄能器處于預(yù)充壓力下，不承受液壓系統(tǒng)的壓力，此時(shí)蓄能器的油閥處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷蓄能器和液壓系統(tǒng)的連接，同時(shí)也保護(hù)膠囊不受損壞。

狀態(tài)B：蓄能器處于最低工作壓力下，這時(shí)會(huì)有少量的油液處于膠囊和油閥之間，使得油閥處于打開(kāi)狀態(tài)，因此，p1必須是大于p0的。

狀態(tài)C：蓄能器處于最高工作壓力下，變化的容積ΔV 代表了蓄能器在最低工作壓力和最高工作壓力之間能夠儲(chǔ)存的油液的容積。

2 蓄能器應(yīng)用在液壓電梯中的可行性研究

采用蓄能器為壓力油源的液壓電梯系統(tǒng)工作原理見(jiàn)圖3。當(dāng)電梯上行時(shí)，電動(dòng)機(jī)7帶動(dòng)主油泵8輸出液壓油，這些液壓油同時(shí)由蓄能器6排出。一部分液壓油經(jīng)過(guò)單向閥9、比例節(jié)流閥10返回泵的吸油口。另外大部分則通過(guò)方向閥11進(jìn)入柱塞缸13，推動(dòng)柱塞桿向上移動(dòng)，通過(guò)鋼絲繩14、滑輪組15帶動(dòng)轎廂16向上移動(dòng)。當(dāng)電梯下行時(shí)，主油泵不工作，轎廂在自重作用下通過(guò)滑輪組15、鋼絲繩14向下壓縮柱塞桿，柱塞缸內(nèi)排出的液壓油經(jīng)過(guò)方向閥11、比例節(jié)流閥10被壓入蓄能器6內(nèi)。比例節(jié)流閥10的流量由電子控制器控制，速度傳感器17將電梯轎廂的運(yùn)行速度信號(hào)傳回電子控制器內(nèi)構(gòu)成閉環(huán)反饋。

該設(shè)計(jì)方案的節(jié)能原理是：當(dāng)電梯上行時(shí)，主油泵8完全從蓄能器6內(nèi)吸油，蓄能器6此時(shí)也在主動(dòng)地向外排油，這樣蓄能器就提供了一定的附加功率，減少了驅(qū)動(dòng)主油泵的電動(dòng)機(jī)7所需的功率；電梯下行時(shí)，柱塞缸13輸出的液壓油在壓力作用下被壓入蓄能器6內(nèi)，部分電梯的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為壓力能儲(chǔ)存在蓄能器內(nèi)，等待電梯下次上行時(shí)再排出。該方案利用了蓄能器儲(chǔ)存壓力油的特點(diǎn)，將電梯下行的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為壓力能，在電梯上行時(shí)予以釋放。該方案可以大大減少電動(dòng)機(jī)的功率，具有很好的節(jié)能效果和應(yīng)用前景。

圖3 采用蓄能器為壓力油源的液壓電梯系統(tǒng)工作原理圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了蓄能器在液壓電梯中的一種應(yīng)用，但只是從工作原理方面進(jìn)行說(shuō)明，并未進(jìn)行定量的研究；此外還介紹了蓄能器的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。帶有蓄能器的液壓電梯可以極大地提高電梯的工作效率，減少能耗。有研究表明，使用蓄能器的液壓電梯的有效率為60%左右，不使用蓄能器的液壓電梯的有效率為36%左右。研究表明，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)壓力油源及蓄能器的充氣壓力，在不影響電梯的運(yùn)行速度的前題下，可保證電梯運(yùn)行平穩(wěn)，舒適度高，平層準(zhǔn)確度高，并且取得明顯的節(jié)能效果。

［1］ 林建杰，徐兵，楊華勇.蓄能器作為壓力油源的液壓電梯節(jié)能系統(tǒng)研究［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2003，14（24）：2081－2084.

［2］ 杜陽(yáng)堅(jiān).蓄能器在液壓電梯中應(yīng)用［J］.江西科學(xué)，2006，24（5）：343－346.