1日立电梯（中国）有限公司青岛分公司 山东青岛 266000；
2青岛市人民防空工程质量监督站 山东青岛 266000
摘要：本文主要介绍一套采用液压系统控制的高速电梯补偿钢丝绳的张紧装置，该装置不仅满足了国家标准针对安全性的规范和要求，而且有助于减小电梯系统的振动，提高运行舒适性。
关键词：高速电梯；液压张紧装置；设计
一、高速电梯应用的意义
在生活和工作中，几乎所有人都坐过不同类的电梯。这些电梯带给人的体验是不一样的。比如要到达高度相同的楼层时，乘坐的电梯不同，抵达速度也不同。速度在1m/s以内的为低速电梯，在1～2.5m/s之间的为中速电梯，在2.5～6m/s之间的为高速电梯，大于6m/s的为超高速电梯。现阶段，国内外各大企业逐渐开始重视超高速电梯的发展。有效处理超高速电梯运行中存在的一系列问题是企业在市场竞争中占有一席之地的重要一环。随着电梯进入超高速阶段，系统动力、安全等方面的问题逐渐暴露出来。
二、设计方案
1、电梯提升系统
电梯的提升系统主要包括曳引机、导向轮、轿厢、对重和钢丝绳等，如图1所示。曳引机是系统的动力源，曳引钢丝绳缠绕在曳引轮和导向轮上，其两端分别与轿厢和对重连接。依靠曳引轮与曳引钢丝绳之间摩擦所产生的牵引力，最终实现轿厢以及对重的上下往复运动，达到输送乘客的目的。对于大提升高度的高速电梯系统，需要增加设置补偿钢丝绳及其张紧装置，用于平衡曳引钢丝绳的重量。
2、张紧装置设计
按照国标GB7588-2003中第9．6条款的要求，设计的张紧装置结构如图2所示。该张紧装置的结构特点如下:
(1)采用重力的方式为补偿钢丝绳提供必要的张紧力。同时考虑到随着提升高度的增加，所需补偿钢丝绳的重量也在增加，设计了可以加装和调节的配重块，配重量为50～300kg;
(2)采用双张紧轮结构，并且保证张紧轮进绳口和出绳口的间距匹配轿厢与对重的中心间距，通过图1可以看出，这种结构下补偿钢丝绳对轿厢和对重不产生横向作用力;
(3)张紧装置两侧的连接板作为液压系统的机械接口，可直接与液压缸的活塞杆连接。
3、液压系统设计
参照图1所示，在电梯运行过程中，一旦发生蹲底或安全钳动作等紧急情况，此时曳引钢丝绳两侧的轿厢和对重将产生速度差，致使与之相连的补偿钢丝绳的张力突变。补偿钢丝绳将带动张紧装置上跳，该动作会对电梯系统产生巨大的冲击。显然电梯运行速度越快，这种冲击就越大。因此需要对补偿钢丝绳和张紧装置设置一个防跳装置，虽然采用机械阻挡的方式可以实现，但通过液压控制系统可以在防跳过程中更好的提供缓冲作用。此外在电梯正常运行时，液压系统对补偿钢丝绳可以起到一定的阻尼减振作用。液压系统的原理如图3所示，张紧装置的两侧各有一套液压缸与其相连。液压缸的缸筒固定在电梯井道的底坑，液压缸的活塞杆与张紧装置外壳的连接板相连，电梯运行时张紧装置的受力和运动趋势通过活塞杆传递至液压系统。液压缸的无杆腔通过单向节流阀连接至油箱，有杆腔则通过调压阀和流量切断阀连接至油箱，两者并联布置。
当电梯正常运行时，在轿厢和对重的分别带动下，补偿钢丝绳绕着张紧装置做往复运动。过程中由电梯加减速，以及井道内气流干扰引起的钢丝绳晃动，其传递过程必然经过张紧装置从一侧传到另一侧。由于液压油缸的进出口均设置节流阀，系统内的背压力和节流口的阻尼作用能够使张紧装置的运动趋势得到抑制，从而减弱了振动的传递。
当电梯发生蹲底或安全钳动作等紧急情况，补偿钢丝绳将带动张紧装置上跳，此时液压缸的活塞杆具有快速向上的运动趋势，触发有杆腔的流量切断阀动作到截至状态，有杆腔形成一个密封腔。当张紧装置进一步向上，带动活塞杆向上运动，有杆腔的压力也随之增大，直至压力超过调压阀设定值，从阀口溢流。此时，有杆腔处于最大工作状态，提供足够大的阻力，进一步阻止张紧装置上跳直到停止。等电梯完全停止后，补偿钢丝绳对张紧装置的作用力消失，在重力作用下，轿厢(或对重)和张紧装置将会快速下跳。由于无杆腔出口设有节流阀，通过调节其阻尼可以缓冲下跳的冲击力，并且防止补偿钢丝绳的脱槽。如此反复动作几次后，张紧装置回到初始工作位置。
三、液压系统仿真分析
1、紧急工况的防跳作用
电梯发生紧急情况以对重蹲底最为严格，此时轿厢处于井道顶部，曳引机也停止输出，由于曳引钢丝绳和补偿钢丝绳的重量相互平衡，仅靠轿厢的重力并不能提供足够大的减速度。为防止轿厢冲出极限位置，需要补偿钢丝绳的张紧装置提供足够大的反向制停力。按照标准减速度应小于等于9．8m/s2，计算可得最大的反向制停力达23kN。因此张紧装置的设计和仿真分析均以上述对重蹲底作为考察对象，仿真过程中考虑张紧装置反复跳动三次，其中第二次作用力衰减至30%，第三次作用力衰减至10%。
初始状态活塞杆位于中段，维持在位移0．2m处。仿真时间2s时刻，假设对重蹲底以9．8m/s2平均减速度突然制停，此时运行速度10m/s的轿厢在惯性作用下带动张紧装置上跳，有杆腔将产生巨大的流量，瞬间超过流量切断阀的设定值60L/min，流量切断阀立即切换至截止状态，有杆腔形成封闭容腔且压力迅速上升。当压力超过调压阀设定的15MPa，产生溢流流量，活塞杆向上运动。此过程轿厢将以最大9．8m/s2的减速度降速直到停止。此后，轿厢和张紧装置会回落至初始位置，由于曳引钢丝绳的弹性作用，该回落过程将存在一定的震荡，张紧装置也会被带动小幅跳动。在这个过程中，由于上跳速度的降低和力的衰减，有杆腔的压力没有超过调压阀的设定值15MPa。张紧装置下行时，无杆腔的液压油通过与其连接的节流口回油箱，并产生相应的背压力，提供向上的缓冲力，有杆腔则通过单向阀补油。张紧装置上行时，有杆腔的液压油通过与其连接的流量切断阀的节流口回油箱，并产生相应的背压力，提供向下的缓冲力，无杆腔则通过单向阀补油。最终轿厢停止后，由于补偿钢丝绳的放松，张紧装置下行直至初始位置附近。
2、正常运行的阻尼作用
当电梯正常运行时，假设由补偿钢丝绳晃动引起一个加速度0．98m/s2的脉冲波动，使张紧装置产生脱离钢丝绳的运动趋势。比较了张紧装置仅依靠自身重力作用和基于上述液压系统作用的速度响应，如图9所示，仿真中假设滑动摩擦系数为0．2。结果表明，由于液压系统的阻尼作用，张紧装置的速度峰值可以降至原有的17%左右，能有效减弱钢丝绳的波动传递，有助于提高舒适性。
结束语
仿真研究结果表明，在电梯紧急工况，液压系统输出的反向制停力达235kN，满足10m/s电梯提升系统以最大9．8m/s2的减速度在安全范围内制停。在电梯正常运行工况，可以有效降低钢丝绳传递的波动至17%以下。
参考文献:
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[3]乔崇全.顺槽带式输送机张紧装置的研究[D].中国矿业大学,2014.
[4]王飞.发动机正时系统用液压张紧器设计、分析及试验研究[D].吉林大学,2014.
论文作者:姜阳1,王丹丹2
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/19
标签：钢丝绳论文; 装置论文; 电梯论文; 活塞杆论文; 液压缸论文; 液压系统论文; 系统论文; 《防护工程》2017年第11期论文;