程亞周 李中斌

前言

高速電梯是目前高層建筑中的常見(jiàn)電梯運(yùn)輸方式，高速電梯的運(yùn)行安全受到廣泛關(guān)注。在高速電梯中，采用補(bǔ)償鋼絲來(lái)保證電梯主機(jī)兩側(cè)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(bǔ)償鋼絲會(huì)產(chǎn)生一定晃動(dòng)，影響電梯轎廂穩(wěn)定，為此可液壓張緊系統(tǒng)起到減震與緩沖效果。

1 液壓張緊裝置設(shè)計(jì)

1.1 提升系統(tǒng)

電梯提升系統(tǒng)，是由電梯主機(jī)、導(dǎo)向輪、電梯轎廂、對(duì)重塊及鋼絲共同組成，其中電梯主機(jī)又稱(chēng)曳引機(jī)，是電梯的動(dòng)力源頭，導(dǎo)向輪及電梯主機(jī)依靠鋼絲的纏繞相互連接，并在鋼絲兩側(cè)連接電梯轎廂及對(duì)重塊。電梯主機(jī)及鋼絲之間的摩擦力會(huì)形成牽引力，改變電梯轎廂與對(duì)重塊原本的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生二者的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電梯轎廂的升降，以及乘客及物資的運(yùn)輸。目前高層建筑中所采用的高度電梯系統(tǒng)，在常規(guī)電梯提升系統(tǒng)之外，又增加了補(bǔ)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(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，如表1。

表1 高速電梯主要參數(shù)設(shè)計(jì)

1.2 張緊裝置

高速電梯張緊裝置的設(shè)計(jì)，需要基于《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中的具體要求，保證張緊裝置的結(jié)構(gòu)合理性。在高速電梯系統(tǒng)中，張緊裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：

①以重力的形式，增加補(bǔ)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(bǔ)償鋼絲的重量，為此要選擇具備調(diào)節(jié)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(jié)構(gòu)，張緊輪的鋼絲進(jìn)口與出口之間應(yīng)當(dāng)與電梯交響及對(duì)重塊的中心間距相匹配，以避免補(bǔ)償鋼絲對(duì)電梯轎廂及對(duì)重塊所產(chǎn)生的橫向作用力；③液壓系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備與張緊裝置的連接，可以利用該張緊裝置的兩側(cè)連接板來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且直接連接張緊裝置及液壓系統(tǒng)的活塞桿。

1.3 液壓系統(tǒng)

1.3.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高速電梯液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要滿(mǎn)足電梯轎廂運(yùn)行出現(xiàn)蹲底、沖頂與安全鉗動(dòng)等情況時(shí)，電梯轎廂與對(duì)重塊會(huì)的運(yùn)行不再協(xié)調(diào)，會(huì)產(chǎn)生一定的速度差，導(dǎo)致補(bǔ)償鋼絲短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)張力突變，在張力的作用下，帶動(dòng)張緊裝置上跳，沖擊電梯系統(tǒng)。電梯速度與沖擊是成正相關(guān)關(guān)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(dāng)防跳措施，減少補(bǔ)償鋼絲及張緊裝置之間的上跳情況，減少對(duì)于電梯系統(tǒng)功能的沖擊。防跳措施可以通過(guò)機(jī)械方式來(lái)加以實(shí)現(xiàn)，但機(jī)械方式的使用過(guò)于生硬，因此可以利用液壓裝置來(lái)起到對(duì)防跳裝置的緩沖，同時(shí)也可以為常規(guī)運(yùn)行的電梯系統(tǒng)起到阻尼減震的效果。

高度電梯液壓張緊裝置的設(shè)計(jì)，張緊裝置兩側(cè)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(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)，活塞桿會(huì)將張緊裝置的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)傳遞到液壓系統(tǒng)，以單向節(jié)流閥為介質(zhì)，液壓系統(tǒng)的無(wú)桿腔實(shí)現(xiàn)與油箱的連接；以調(diào)壓閥及流量切斷閥為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)有桿腔與油箱的連接。有桿腔及無(wú)桿腔采用并聯(lián)布置方式。

1.3.2 常規(guī)運(yùn)行及緊急狀況下的液壓系統(tǒng)

常規(guī)運(yùn)行下的高速電梯，通過(guò)電梯轎廂及對(duì)重塊的牽引與帶動(dòng)，以張緊裝置為核心，補(bǔ)償鋼絲開(kāi)始進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，電梯運(yùn)行過(guò)程中的加速、減速與停止，以及由此產(chǎn)生的電梯井內(nèi)部空氣流動(dòng)，對(duì)鋼絲產(chǎn)生的干擾與晃動(dòng)，經(jīng)由張緊裝置進(jìn)行傳遞。節(jié)流閥設(shè)計(jì)在液壓缸的鋼絲進(jìn)口及出口，液壓系統(tǒng)的背壓力與節(jié)流口的阻尼作用，可以壓制張緊裝置的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，減少鋼絲晃動(dòng)的傳遞效果。

緊急情況如蹲底、沖頂或安全鉗動(dòng)等，張緊裝置會(huì)在補(bǔ)償鋼絲的影響下發(fā)生上跳，并產(chǎn)生液壓缸活塞桿向上的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，導(dǎo)致有桿腔流量切斷閥終止動(dòng)作，形成有桿腔的密封狀態(tài)。張緊裝置持續(xù)向上的情況下，液壓缸的活塞桿也會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，增加有桿腔的內(nèi)部壓力，當(dāng)壓力高于調(diào)壓閥設(shè)定值的情況下，調(diào)壓閥的閥口會(huì)發(fā)生壓力溢流的現(xiàn)象。這種情況下，有桿腔的工作狀態(tài)最為緊張，并產(chǎn)生相當(dāng)大的阻力，壓制張緊裝置的上跳動(dòng)作。當(dāng)電梯停穩(wěn)后，張力裝置失去了補(bǔ)償鋼絲所帶來(lái)的作用力，會(huì)與電梯轎廂快速下調(diào)。無(wú)桿腔出口并沒(méi)有涉及節(jié)流閥，調(diào)節(jié)無(wú)桿腔阻尼，以實(shí)現(xiàn)下跳沖擊的緩沖，避免補(bǔ)償鋼絲可能發(fā)生的脫槽現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)反復(fù)幾次動(dòng)作，張緊裝置所產(chǎn)生的作用力就會(huì)逐漸消失，并回到常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)[1]。

2 液壓系統(tǒng)仿真分析

2.1 緊急情況時(shí)的防跳效果

2.1.1 張緊裝置的反向制動(dòng)

采用AMEsim仿真模擬系統(tǒng)建立仿真模型。對(duì)重塊蹲底是最為嚴(yán)重的緊急情況，當(dāng)對(duì)重塊蹲底發(fā)生時(shí)，電梯轎廂位于電梯井道頂部，電梯主機(jī)運(yùn)行停止，鋼絲與補(bǔ)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(tǒng)帶來(lái)足夠的速度牽制，在蹲底情況發(fā)生時(shí)，短時(shí)間內(nèi)極大的加速度，甚至有可能給電梯轎廂帶來(lái)更大的慣性與沖擊力，導(dǎo)致電梯轎廂沖出位置基線(xiàn)，就需要憑借張緊裝置及補(bǔ)償鋼絲來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于電梯轎廂的反向制動(dòng)。標(biāo)準(zhǔn)減速度是9.8m/s2以下，以該數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，確定反向制動(dòng)的最大值，為23kN。在進(jìn)行液壓張緊裝置的設(shè)計(jì)與仿真模式時(shí)，也需要以對(duì)重塊蹲底為重要考察因素，考察張緊裝置的跳動(dòng)動(dòng)作，測(cè)量三次張緊裝置的跳動(dòng)作用力，可以確定的是，第二次跳動(dòng)動(dòng)作的作用力，較第一次跳動(dòng)動(dòng)作產(chǎn)生了30%的衰減；第三次跳動(dòng)動(dòng)作的作用力，較第二次跳動(dòng)動(dòng)作，產(chǎn)生了10%的衰減。

2.1.2 電梯轎廂的減速運(yùn)動(dòng)

對(duì)于液壓張緊裝置的設(shè)計(jì)與仿真模擬，可以產(chǎn)生活塞桿的位移，連接活塞桿的流量切斷閥及調(diào)壓閥的流量會(huì)產(chǎn)生一定變化，防跳措施的使用也會(huì)導(dǎo)致液壓缸有桿腔及無(wú)桿腔壓力產(chǎn)生變化。初始狀態(tài)下，活塞桿處于中間位置，始終處于位移0.2m左右，當(dāng)進(jìn)行防跳仿真時(shí)，如果對(duì)重塊蹲底情況發(fā)生突然制定，平均減速度不超過(guò)9.8m/s2，電梯轎廂運(yùn)行速度為10m/s，則慣性作用下，張緊裝置會(huì)產(chǎn)生上跳動(dòng)作，有桿腔流量急劇增加，瞬時(shí)狀態(tài)即可高于流量切斷閥的設(shè)定值，流量切斷閥終止運(yùn)作，電梯轎廂則保持減速運(yùn)動(dòng)直到停止。

2.1.3 電梯轎廂的回落

在減速運(yùn)動(dòng)乃至停止運(yùn)動(dòng)之后，電梯轎廂會(huì)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生向上的回力，導(dǎo)致電梯轎廂及張緊裝置的跳動(dòng)。此時(shí)，電梯轎廂上調(diào)速度始終下降，作用力也在逐漸衰減，調(diào)壓閥設(shè)定值始終高于有桿腔壓力，當(dāng)張緊裝置發(fā)生下行時(shí)，無(wú)桿腔液壓油會(huì)返回油箱，并且形成一定的背壓力，以實(shí)現(xiàn)張緊裝置下行的緩沖效果，單向閥會(huì)向無(wú)桿腔進(jìn)行液壓油的補(bǔ)充。當(dāng)電梯轎廂終止下行之后，補(bǔ)償鋼絲作用力逐漸放松，張緊裝置會(huì)最終回到其最初位置。

2.2 常規(guī)運(yùn)行時(shí)的阻尼作用

高速電梯液壓張緊裝置的常規(guī)運(yùn)行情況下，補(bǔ)償鋼絲晃動(dòng)而導(dǎo)致加速度脈沖波動(dòng)產(chǎn)生，張緊裝置產(chǎn)生了一定的與補(bǔ)償鋼絲相脫離的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。對(duì)在自身重力下的張緊裝置速度響應(yīng)，以及基于液壓系統(tǒng)的張緊裝置速度相應(yīng)，可以確定的是，如果滑動(dòng)摩擦系數(shù)為2的情況下，液壓系統(tǒng)阻尼作用下，張緊裝置的最大速度會(huì)有所陷阱，弱化鋼絲晃動(dòng)帶來(lái)的脈沖波動(dòng)與運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，電梯的運(yùn)行更加平穩(wěn)與舒適[2]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合以上論述，本文所提出的高速電梯液壓張緊裝置的設(shè)計(jì)與研究，需要基于《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中的具體規(guī)定，以保證電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，減少電梯的不必要振動(dòng)，以及電梯緊急情況所帶來(lái)的安全影響。