磁懸浮式電梯緩沖器的設(shè)計(jì)

章佳佳張?jiān)汽d

(中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266555)

摘要：隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)事業(yè)的日益繁榮，電梯使用越來(lái)越普及，因此其安全防護(hù)顯得至關(guān)重要?，F(xiàn)根據(jù)磁懸浮列車技術(shù)對(duì)機(jī)車的起步和制動(dòng)原理提出一種新型的電梯緩沖器，能連續(xù)有效降低電梯失控時(shí)的速度和能量，使電梯安全駐止，保障轎廂內(nèi)人員生命財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：磁懸??；電梯；緩沖器；設(shè)計(jì)

收稿日期:2015-04-17

作者簡(jiǎn)介：章佳佳(1992—)，男，安徽望江人，研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)。

0引言

1852年，美國(guó)紐約楊可斯(Yonkers)的機(jī)械工程師奧的斯先生(Elisa Graves Otis)在一次展覽會(huì)上向公眾展示了他的發(fā)明，從此宣告了電梯的產(chǎn)生。

電梯從問(wèn)世到今天已經(jīng)有100多年了，由最早的簡(jiǎn)陋、不安全、不舒適的升降機(jī)到今天，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次的改進(jìn)提高，其技術(shù)的發(fā)展是永無(wú)止境的。面對(duì)有限的城市土地資源，城市建設(shè)將會(huì)大力發(fā)展多用途、全功能的高層塔式建筑。因此，電梯安全成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，特別是井道部件擠壓安全事故及其防護(hù)。磁懸浮技術(shù)是一門涉及多種學(xué)科的綜合性技術(shù)，它由傳感器、控制器、電磁鐵和功率放大器等部分組成。隨著電子技術(shù)、控制工程、信號(hào)處理元器件、電磁理論及新型電磁材料和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，磁懸浮技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，其已被廣泛應(yīng)用于航空、航天、精密儀器、儀表、機(jī)械制造和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。

1電梯的結(jié)構(gòu)

電梯根據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式可分為曳引驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)制(卷筒)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)，其中曳引驅(qū)動(dòng)以運(yùn)行安全可靠、提升高度基本不受限制等優(yōu)點(diǎn)成為主要的電梯驅(qū)動(dòng)方式。整個(gè)電梯包含八大系統(tǒng)：轎廂系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、曳引系統(tǒng)、門系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)。其中，安全保護(hù)系統(tǒng)是電梯至關(guān)重要的部分，它能保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，是電梯最后一道保護(hù)線。

2電梯安全系統(tǒng)分析

電梯安全系統(tǒng)包括限速器、安全鉗、夾繩器和緩沖器。限速器的作用是隨時(shí)監(jiān)測(cè)控制轎廂的速度，當(dāng)電梯速度超過(guò)額定速的115%時(shí)，限速器能及時(shí)發(fā)出信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)作切斷供電電路，由曳引機(jī)制動(dòng)。如果電梯仍然無(wú)法制動(dòng)，則安裝在轎廂底部的安全鉗動(dòng)作將轎廂強(qiáng)制制停。兩者的共同作用才能使電梯安全運(yùn)行。夾繩器是直接將制動(dòng)力作用在曳引鋼絲繩上，夾繩器一般安裝在機(jī)房?jī)?nèi)曳引輪和導(dǎo)向輪之間的曳引機(jī)架上，也有的安裝在導(dǎo)向輪下部，但必須保證安裝牢固可靠。電梯緩沖器主要有兩種形式：蓄能型緩沖器和耗能型緩沖器。蓄能型緩沖器指的是彈簧緩沖器，主要部件是由圓形或方形鋼絲制成的螺旋彈簧，錐形彈簧目前已經(jīng)很少使用。蓄能型緩沖器只能用于額定速度不超過(guò)1.0m/s的電梯。耗能型緩沖器適用于任何速度的電梯，當(dāng)載有額定載荷的轎廂自由下落，并以設(shè)計(jì)緩沖器時(shí)所取的沖擊速度作用到緩沖器上時(shí)平均減速度不應(yīng)大于1g，減速度超過(guò)2.5g以上時(shí)間不應(yīng)大于0.04 s。

3磁懸浮式電梯緩沖器設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著電梯的普及，電梯安全事故也逐漸增多，其安全保護(hù)顯得更加重要。現(xiàn)有緩沖器已經(jīng)不能更好地滿足人們對(duì)電梯安全的需求。磁懸浮列車的成功標(biāo)志著磁懸浮技術(shù)的成熟運(yùn)用，根據(jù)其原理同樣可以設(shè)計(jì)出一種新型的電梯緩沖器。磁懸浮最根本的原理是“同性相斥，異性相吸”，其系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器、執(zhí)行器四部分組成，其中執(zhí)行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。假設(shè)在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向下的擾動(dòng)，就會(huì)偏離其參考位置，這時(shí)傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位移，作為控制器的微處理器將檢測(cè)的位移變換成控制信號(hào)，然后功率放大器將這一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制電流，控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，就能驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子返回到原來(lái)的平衡位置。因此，不論轉(zhuǎn)子是受到向下還是向上的擾動(dòng)，它始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

磁懸浮式電梯緩沖器結(jié)構(gòu)如圖1所示，電梯導(dǎo)軌1呈T字形，安裝在電梯井道內(nèi)，隔熱絕緣層2固定在電梯導(dǎo)軌1上，感應(yīng)金屬塊3呈線型排列，固定在隔熱絕緣層2上，滑槽4有兩條，分別開(kāi)在電梯導(dǎo)軌1上，導(dǎo)靴13固定在電梯轎廂上，滾輪5有4個(gè)，分別安裝在導(dǎo)靴13上，鐵芯支架8固定在導(dǎo)靴13上，鐵芯7有4個(gè)，固定在鐵芯支架8上，勵(lì)磁線圈6按“8”字形纏繞在鐵芯7上，風(fēng)扇支架9對(duì)稱安裝在導(dǎo)靴13兩側(cè)，風(fēng)扇10安裝在風(fēng)扇支架9中，導(dǎo)線11與電梯緊急備用電源相連。感應(yīng)金屬塊3由銅制成，且每個(gè)感應(yīng)金屬塊之間距離小于5 mm。隔熱絕緣層2采用耐高溫玻璃纖維制成。風(fēng)扇支架9采用鋁制材料制成，與風(fēng)扇10共同構(gòu)成散熱模塊，風(fēng)扇10接在電梯緊急備用電源上。勵(lì)磁線圈6在導(dǎo)軌方向上的兩個(gè)勵(lì)磁線圈繞向相反。鐵芯7與感應(yīng)金屬塊3之間有間隙，滾輪5在滑槽4內(nèi)滾動(dòng)。

圖1　磁懸浮式電梯緩沖器結(jié)構(gòu)示意圖 1—電梯導(dǎo)軌　2—隔熱絕緣層　3—感應(yīng)金屬塊　4—滑槽　5—滾輪 6—?jiǎng)?lì)磁線圈　7—鐵芯　8—鐵芯支架　9—風(fēng)扇支架 10—風(fēng)扇　11—導(dǎo)線　12—導(dǎo)線支架　13—導(dǎo)靴

電梯在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)由導(dǎo)向系統(tǒng)來(lái)限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只沿著各自的軌道做升降運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生橫向的擺動(dòng)和振動(dòng)。在導(dǎo)向系統(tǒng)中，井道里會(huì)有專門的電梯運(yùn)行導(dǎo)軌，導(dǎo)軌被導(dǎo)軌支架固定連接在井道壁上。導(dǎo)軌常用的是“T”字形，剛性強(qiáng)度高、可靠性高，能承受電梯超速事故時(shí)制停電梯的力。導(dǎo)靴與導(dǎo)軌相對(duì)應(yīng)，導(dǎo)靴分為滑動(dòng)導(dǎo)靴和滾動(dòng)導(dǎo)靴兩類，滑動(dòng)導(dǎo)靴一般由帶凹形槽的靴頭、靴體和靴座組成，在靴頭凹槽部分一般鑲有耐摩擦的靴襯，靴頭可以固定也可以活動(dòng)；滾動(dòng)導(dǎo)靴則用3個(gè)滾輪沿著軌道運(yùn)行。根據(jù)磁懸浮原理，電梯導(dǎo)軌上裝上磁感應(yīng)材料，同時(shí)在電梯導(dǎo)靴的凹形槽內(nèi)裝上電磁鐵。導(dǎo)軌和導(dǎo)靴凹形槽內(nèi)表面涂有耐高溫材料和絕緣材料，防止渦流產(chǎn)生的熱量對(duì)導(dǎo)軌和導(dǎo)靴的剛性強(qiáng)度產(chǎn)生影響。當(dāng)電梯發(fā)生事故超速時(shí)，限速器發(fā)出相應(yīng)指令，觸發(fā)安全鉗和緩沖器。在安全鉗強(qiáng)制停止轎廂無(wú)效的情況下，再次觸發(fā)緩沖器通電并開(kāi)始工作。在電梯下降的同時(shí)，電磁鐵及時(shí)工作發(fā)出足夠強(qiáng)大的磁場(chǎng)，感應(yīng)導(dǎo)軌上的特定磁感應(yīng)材料，在磁感應(yīng)材料表面產(chǎn)生渦流，進(jìn)而產(chǎn)生和電梯轎廂運(yùn)動(dòng)方向相反的阻力，從而達(dá)到使電梯減速的目的，將電梯下降時(shí)沖擊控制在人體安全承受范圍內(nèi)。

4結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)今電梯上安裝的主要是液壓型緩沖器，然而它并不能很好地保障轎廂內(nèi)人員的生命安全。本裝置是以“同性相斥，異性相吸”的基本原理為理論依據(jù)設(shè)計(jì)出來(lái)的一種新型電梯安全緩沖裝置，根據(jù)磁懸浮原理，給電磁鐵通上合適的電流，在磁感應(yīng)材料的作用下，電梯就能在失控狀態(tài)下平穩(wěn)減速。限速器時(shí)刻監(jiān)測(cè)著電梯的運(yùn)行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，便會(huì)發(fā)射信號(hào)給控制中心，以啟動(dòng)該裝置。

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