CN101108712B

CN101108712B - 优化电梯系统的对重重量的方法和具有此种对重的电梯系统

Info

Publication number: CN101108712B
Application number: CN2007101366617A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·费歇尔
Original assignee: Inventio AG
Current assignee: Inventio AG
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: US20080017454A1; CN101108712A; US8109369B2

Abstract

一种电梯系统，包括：具有空载重量(MK)的轿厢(1)，该轿厢可移动额定负载(MLmax)；对重(4)，其利用支持装置(2)与轿厢(1)如此连接以便：轿厢(1)下降时它上升，并且当轿厢(1)上升时它下降；和驱动装置(3)，其能够将最大牵引力(MFmax)施加给支持装置。根据本发明，驱动装置(3)被选择，以便：最大牵引力(MFmax)至少大于额定负载(Mlmax)的一半(MFmax>0.5×MLmax)；并且对重(4)的重量(MG)被最优化，以便：它大致等于空载重量(MK)和轿厢(1)的额定负载(MLmax)与选定驱动装置(3)的最大牵引力(MFmax)之差的总和(MG≈MK+(MLmax-MFmax))。

Description

优化电梯系统的对重重量的方法和具有此种对重的电梯系统

技术领域

本发明涉及优化电梯系统的对重重量的方法，以及具有此类对重的电梯系统。

背景技术

电梯系统通常包括用于运送人或负载的轿厢，其利用例如牵引缆的驱动装置升高、下降或保持在某一高度。为此目标，驱动装置将相应的牵引力施加于驱动装置。该电梯系统通常被设计用于运送允许的有用负载或额定负载。在电梯系统的正常使用中，负载在零(空)和额定负载之间变化。

该驱动装置包括电机，电机的驱动输出扭矩或提升力被转换成驱动装置上的牵引力。在那种情况中，该电机会利用其结构在连续操作或暂时操作中施加限定的最大提升力。例如，在连续操作中，热耗散限制了电机的持续功率。在超过一定时间的操作中，在此期间，电机通常会施加更高提升力达一短暂时间，最大功率输出(power take-up)限制了最大提升力。

用于将轿厢保持在某一高度的静态保持力相似地可以由电机、或有利地由制动器施加，该制动器可装在电机中或可单独地将保持力施加给驱动装置。由于具有简单装置的制动器能够施加高制动(保持)力矩，因此由制动器产生的静态保持力通常比能够由电机施加的(连续)提升力更大。

为了减小将由驱动装置产生的保持或提升力，例如从US 5 984 052已知：利用支持装置将对重与轿厢相连接，以便当轿厢下降时对重上升而轿厢上升时对重下降。该支持装置可以与驱动装置相同，或与其分离，并与轿厢和/或驱动装置固定地连接。为了简单起见，驱动装置也可理解为术语“支持装置”。

该对重的重量通常被如此选择，以便它大致相当于轿厢的空载重量与一半额定负载的总和。从而使驱动装置必须施加的用于升高、保持或降低轿厢的最大牵引力最小。一半额定负载时，电梯系统取得平衡，即在上升或下降时，驱动装置不必施加保持力，而仅须克服摩擦力。当轿厢空时(在对重向下拉的情况中)和轿厢满时(在轿厢向下拉的情况中)，则出现最大的牵引力。在那种情况中，驱动装置被选择，以便：一方面，它能够施加这种最大牵引力作为静态保持力，并且另一方面，在连续提升操作或暂时提升操作中，还能够另外地提供对于包括负载的轿厢的以及对重的在额定速度曲线(nominal speed profile)处出现的惯性力的补偿。

与其不同，US 5 984 052提出，选择对重，以便：对重相当于空载重量和负载分布的统计平均值的总和，在实施例的实例中，该统计平均值假定为额定负载的30％。这种电梯系统在统计平均值处取得平衡，即在每天操作的大部分期间，仅需要小的保持和提升力。然而，在实施例的实例中的轿厢运送超过额定负载的40％的情况中，由驱动装置施加的牵引力相对于在50％时取得平衡的前述电梯系统增加，并从额定负载的80％起，它会超过在50％时取得平衡的电梯系统能够施加的最大牵引力。

在这种区域中，相同的驱动装置不再能提供相同的惯性力的补偿。相应地，US 5 984 052提出，从特定百分比负载值改变额定速度曲线，并且仅以低加速度继续操作。

不利的是，US 5 984 052提出的平衡需要对负载平均值进行复杂的经验确定。在实际操作中的负载分布(1oad distribution)偏离基于对重的重量设计的分布的情况下，电梯系统以次优方式操作。此外，在从平均值大标准偏离的情况下，即如果频繁出现大大偏离平均值的负载，会损害该电梯系统的效率。

传统的50％平衡需要相对大的对重。这在生产、安装和维护中是不利的。具体地，不利地是，大对重需要在电梯竖井中的另外的结构空间。由于额定速度只在这种操作状态中减小，因此在负载的统计平均值处的平衡相当大地减小了满负载操作中的运送能力。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种避免上述缺点的电梯系统。具体地说，本发明的目的在于提供更有利于生产、组装、维护和/或所需电梯竖井中的构造空间的方法和电梯系统。

所述方法可适当地优化对重。

采用本质上已知的方式，根据本发明的方法包括具有空载重量MK的轿厢，该轿厢可移动额定负载MLmax。支持装置被紧固到轿厢，驱动装置可施加牵引力到支持装置，以便轿厢上升、下降或保持在某一高度。在那种情况中，该驱动装置可施加最大的牵引力MFmax作为静态保持力MFmaxA、作为动态延时提升力(dynamic time-extended liftingforce)MFmaxUD和/或作为限时提升力MFmaxUZ。

通常，除重力外还必须为惯性和摩擦力提供补偿的动态提升力大于静态保持力。在那种情况中，可由驱动装置短期产生的限时提升力一般比驱动装置可更长期时间施加的延时提升力更大。相反地，尤其就驱动装置有利地包括可整合在电机中或可与电机分离构造的制动器而言，驱动装置可产生的最大静态保持力MFmaxA也能够超过动态提升力MFmaxU。因此，具体地，电梯系统中的安全制动器能够超过驱动电机的额定输出，以便：在电机故障的情况中，能够安全地制动和保持轿厢。为了能够对这种紧急制动情况中出现并且可能超过正常操作中的动态负载的惯性力提供安全的补偿，制动器的尺寸可被确定具有适合的强度。

根据本发明的电梯系统进一步包括，对重，所述对重利用支持装置与轿厢连接以便：轿厢下降时对重上升，并且当轿厢上升时，对重下降。

根据本发明，提出：对重的重量MG大致相当于空载重量MK和驱动装置的最大牵引力MFmax与轿厢的额定负载MLmax之差的总和，公式形式：

MG≈MK+(MLmax-MFmax) (1)

对重的重量不必精确地相当于空载重量和最大牵引力与额定负载之差的总和。具体地，如在下面说明的，该对重可被选择以略微更大一些，以考虑惯性和摩擦力以及支持装置的额外重量，因此：

MG≥MK+(MLmax-MFmax) (2)

根据构造方式，该驱动装置可至多施加牵引力MFmax。它始终至少大于额定负载MLmax的一半，因为否则驱动装置无法保持或升高和降低满载或空载轿厢：

MFmax＞0.5×MLmax (3)

根据本发明，现在对重的重量被选择，以便：该驱动装置刚好可保持，或在额定速度曲线处上升和降低联接有对重的轿厢。关于这一点，电梯系统所需的安全因数例如被考虑：驱动装置的由结构模式决定的最大牵引力和对应的因数的商被分别用作等式(1)和(2)中的最大牵引力MFmax。该安全区域的典型值范围为1.1到2.0。因此，通常的加速度和惯性影响、摩擦损失、支持装置位移或过载保护(overload reserve)能够被考虑在内。这种安全因数对于具体的电梯类型通常是固定的。该安全因数优选地等于约1.3。在例如达到10层的乘客电梯中，该值已证明了自身。该安全因数显然已包括在驱动装置的最大牵引力MFmax的命题(statement)中。在那种情况中，在对重的最优化中不必再考虑该安全因数。

与对重重量的以前的设计相比，其中或者驱动装置的必需的最大牵引力被最小化(50％平衡)或者驱动装置的必需的牵引力统计平均最小，因而根据本发明提出，充分利用可从驱动装置获得的牵引力，并且然后使对重的重量最优化或最小化。

关于这一点，有利地是，可以从具有预定分级(graduated)牵引力的产品线选择驱动装置。在那种情况中的第一步骤中，选择具有在50％平衡的情况下足以升高、降低或保持轿厢的最小的最大牵引力的驱动装置，因为对于50％平衡，所需的最大牵引力最小，以便：驱动装置必须能够在每种情况下根据平衡施加尽可能小的最大牵引力。

在分级产品线中，单个类型的最大牵引力通常不相当于如此确定的最小的最大牵引力，对于具体的使用场合，这取决于轿厢的空载和额定负载重量、摩擦值、支持装置的重量、安全因数和相类似物。因此，在第一步骤中，从最大牵引力超过该最小所需的最大牵引力的驱动装置的产品线中进行选择。

因此，采用这种方式选择的驱动装置可获得比具体使用情况所需的更大的最大牵引力。根据本发明，该超额(excess)被利用以尽可能最优化对重的重量，即、使其最小化，因为在空载或最大负载轿厢的临界情况中，为升高、降低或保持轿厢，不在50％处取得平衡的对重需要更高的牵引力。然而，更高的牵引力仅可由从产品线选择的并超尺寸的驱动装置产生。

另一方面，由于根据本发明，对重的重量只被最小化到这种程度：轿厢能够以期望的额定速度曲线移动其满负载分配(full loaddistribution)，因此不必如在US 5 984 052中为更高负载而改变额定速度曲线。这是因为：根据本发明，对重的重量仅被减小到驱动装置能够在具有期望速度曲线的所有操作状态中，升高或降低轿厢的程度。由此增加在满负载操作时的运送能力。

因此，根据本发明的对重重量的选择代表了，在边界情况中具有最小牵引力的50％的平衡与在统计平均(statistical mean)中牵引力最小的统计负载平均值的平衡之间最优的折衷(compromise)。具体地，它允许驱动装置从具有预定分级牵引力的产品线选择，从而使得可以选择经济的大批量生产的驱动装置，以仍然最优地利用它们，并使电梯系统的成本最小。

最小对重具有多个优点：一方面，在制造中已节省了材料成本。另一方面，明显简化了在生产中更小对重的处理、到使用位置的运输、在电梯竖井中的安装、维护和拆卸。最后，有利地是，更小的对重需要电梯竖井中(或单独的竖井)更小的空间。在极限情况中，对重的重量甚至能够被制造得如此轻，以便：对重等于空载轿厢的重量。由于Stawinoga已在1996年9月/10月的技术出版物′Liftreport′中显示，在这种情况中可以免除用于防止失控向上运动的其它措施。

该支持装置可包括一条或多条缆，和/或一条或多条带。通常，支持和驱动装置是相同的，即缆或缆和/或带或带，它或它们被紧固到轿厢和对重，并绕过动和/或固定辊和/或一个或多个驱动轮。

优选地，支持装置的一条或多条缆和/或带覆盖有弹性体，尤其是聚亚安酯(polyurethane)。这尤其增加了支持装置的牵引或驱动性能。如已知，在通过驱动轮偏转的情况中，根据Euler-Eytelwein公式，该对重必须等于轿厢重量的至少e^μα，其中：驱动轮与支持装置之间的摩擦系数为μ和偏转角为α。从而，通过有利的涂层的摩擦系数的增加实现了对重重量的减小。

该驱动装置优选地包括电机，尤其是频率调节(frequency-regulated)电机，并且可具有至少一个驱动轮，用于将电机的驱动输出扭矩转换为支持装置上的牵引力。可以设置制动器，所述制动器集成在电机中或与其分离并能够对至少一个驱动轮施加静态保持力矩。所有已知的摩擦锁定和/或形状锁定制动器可考虑作为制动器。

静态保持力MFmaxA、动态延时提升力MFmaxUD和/或动态限时提升力MFmaxUZ中的较小值优选地计算为驱动装置的最大牵引力MFmax，其中驱动装置利用所述静态保持力MFmaxA将轿厢保持在某一高度，驱动装置利用所述动态延时提升力MFmaxUD可在更长时期期间使轿厢上升，驱动装置利用所述动态限时提升力MFmaxUZ可短时间使轿厢上升。如在介绍中说明的，尤其在安全制动器的情况下，静态保持力MFmaxA会超过动态提升力MFmaxU。相反地，例如在单纯电机制动器(pure motor brakes)的情况下，静态延时保持力会超过动态(限时)提升力。为了不仅保证安全的上升和下降，即驱动装置的充足的动态提升力，而且保证轿厢安全保持在某一高度，即驱动装置的充足的静态提升力，提出以这些值中的最小值作为对重重量设计的基础。

在对重的重量设计中，基于滑轮系统已知原理，根据支持装置围绕偏转的动辊(floating roller)的数目，对重重量和/或轿厢的空载重量和轿厢的额定负载被减小。因此，在等式(1)或(2)中，当支持装置围绕动辊(一次)在轿厢侧和对重侧分别偏转一次时，对重MG的重量或空载重量MK和额定负载MLmax可除以例如悬挂因数2。在多重悬挂(即，4次、5次等)的情况下，用于重量设计的除数相应地改变。在没有动辊的直接悬挂情况中，该除数排除或它等于1。

轿厢的空载重量和/或驱动装置的最大牵引力和/或轿厢的额定负载会由用于等式(1)或(2)的安全因数以本质上已知的方式增加，其中所述安全因数用于考虑操作中出现的惯性力。同样地，支持装置和/或支持装置的摩擦和/或重量可以在等式(1)或(2)中进行考虑。

本发明提出了一种设计电梯系统的对重重量的方法，利用该方法，可以使对重的重量对于具有预定最大牵引力的驱动装置最优。同样地，本发明涉及一种具有根据该方法设计的对重的电梯系统。

附图说明

参照附图，从实施例的如下实例可以清楚进一步的目标、特性和优点，其中：

图1示意性地显示了根据本发明的实施例的电梯轿厢的结构；和

图2示意性地显示了根据本发明的实施例的另一电梯轿厢的结构。

具体实施方式

对于同等部件，附图使用相同的附图标记。

如图1示意性所示，根据本发明的一个实施例的电梯系统包括：具有图1示意性所示的空载重量MK的轿厢1，该轿厢能够升高或降低负载ML或将其保持在特定高度。该负载ML可相当于额定负载MLmax。

利用动辊(floating roller)20，此处标示为单根缆的支持装置2被紧固到轿厢1。该缆在一端处被固定在竖井区域中，接着绕过动辊20，在后面环中围绕驱动轮(drive pulley)30，在另一端处绕过对重动辊20.1，并再次与竖井固定地连接。

驱动装置3包括电机和制动器(在每个实例中未显示)，其能够对驱动轮30施加升降扭矩和保持扭矩。该扭矩采用摩擦锁定(friction-locking)的方式转换成环绕驱动轮30的缆2中的牵引力，以便作为升降或保持扭矩的结果，轿厢1升高、降低或被保持在某一高度。

在根据其结构，驱动装置3可利用其制动器施加最大静态保持力MFmaxA，并可利用其电机施加最大动态延时(time-extended)提升力MFmaxUD和最大动态限时(time-limited)的提升力MFmaxUZ。在那种情况中，根据各种类型的驱动装置，能够由制动器施加的静态保持力比电机能够短时间施加的动态限时提升力更大或更小。由于受限的热耗散，这又比电机能够更长时期传送的动态延时(dynaimic time-extended)提升力更大。

从图1的示意说明可以明白，该对重通过支持装置2与轿厢1连接，所述支持装置2在实施例的实例中与驱动装置相同，以便：对重在轿厢1降低时升高而在轿厢1上升时下降。利用这种平衡，驱动装置3必须应用或传送到支持装置2的牵引力以已知方式减小。

在实施例的实例中，图1中所示的电梯系统设计如下：首先，确定轿厢1的空载重量MK和电梯系统的额定负载MLmax。在实施例的实例中，空载轿厢1重1600kg，并且额定负载可以估计为2,000kg。

利用动辊20，20.1，这些重量在以下计算中被二等分，因为利用滑轮系统，驱动装置仅必须施加一半牵引力(MK＝800kg；MLmax＝1000kg)。

四种类型的驱动产品线可用作可能的驱动装置3：

如从第二栏可认识到，类型I和II或III和IV都具有相同的机械制动器，但不同的驱动电机。如从第四栏可认识到，驱动装置3能够短时间施加的提升力超过延时操作中可获得的那些提升力。

首先，在这个实例中，在设计中为了考虑等于1.3的安全因数(如前说明)，所有上述值被因数1.3减小。该因数例如考虑摩擦影响、惯性力、特殊要求等。接着，从保持力、延时力和限时力中确定用于每个驱动装置3的最小的最大牵引力(在上表中有下划线)。根据公式(3)，将其与额定负载的一半MLmax/2＝500kg相比较，因为即使在50％平衡的情况下，驱动装置3将必须施加该额定负载的一半。

MFmax＞0.5×MLmax＞500kg

然而：具有MFmaxA/1.3(＝安全因数)＝384kg的类型III仍不充足，具有MFmaxUD/1.3＝769kg的驱动装置类型II是具有满足根据等式(3)的条件的最小充分牵引力的类型，并被选择。

然而，由于该被选择的驱动装置3即使在延时操作中也可升降769kg的负载，而在50％的平衡情况下将仅需要500kg，因此对重4的重量MG可根据考虑上述安全因数1.3的等式(1)相应地减小，其中：利用对重侧处的动辊20.1，对重的重量接着被加倍：

MG/2＝MK+(MLmax-MFmax/1.3)

＝800kg+(1000kg-769kg)

＝1031kg

MG＝2×1031kg＝2062kg.

有利地，该对重4优选地被选择为对应于一个重量级地略大，在本情况中，例如为2075kg。

对重4因而相对于传统的50％平衡最小化，在传统的50％平衡时对重的重量将为2×(MK+MLmax/2)＝2600kg，其中：与30％平衡相比，如从US 5 984 052的实施例的实例已知，可以在所有负载时、甚至在额定负载时，以相同的额定速度曲线操作。因此，驱动装置3的牵引力得到最佳地使用，并且同时，对重4被最小化或最优化。

在图2中所示的实例中，轿厢1仅利用一个动辊20被紧固。该支持装置2在一端处被固定在竖井区域中，接着通过动辊20偏转，在随后的环中围绕驱动轮30，并在另一端与对重4固定地连接。在这种实例中，由于轿厢侧处的动辊20，在轿厢侧的空载重量MK以及额定负载MLmax被二等分。然而，由于在对重侧处不使用动辊，该对重4的质量或重量不必再被加倍。因此如上所述执行对重4的重量的计算，其中：仅由于缺少辊20.1，对重4的重量不必加倍：

MG＝MK+(MLmax-MFmax/1.3)

＝800kg+(1000kg-769kg)

＝1031kg

该对重4优选地被选择以基于重量分级略为更大，在当前情况中，例如1050kg。这个实例用于说明动辊20，20.1的影响，其中：应该注意：关于这一点，显然，对重4和轿厢1的行驶路径产生不同，这必须在竖井的设计中加以考虑。

在公式的使用中不同过程(different procedures)是可以的，因此在轿厢1和/或对重4的重量中可以考虑多个动辊20，.20.1，或可以在保持力表中考虑其影响。同样地，可以在保持力的确定中直接考虑安全因数，或在对重4的实际重量的确定中考虑它们。

Claims

1.一种优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，所述电梯系统包括：具有空载重量MK并能够移动额定负载MLmax的轿厢(1)；对重(4)，所述对重(4)具有重量MG并利用支持装置(2)与轿厢(1)连接，以便轿厢(1)下降时对重(4)上升，并且当轿厢(1)上升时对重(4)下降；和驱动装置(3)，所述驱动装置(3)能够将最大牵引力MFmax施加到支持装置(2)；包括步骤：

从具有分级、预定的最大牵引力MFmax的产品线中选择驱动装置(3)，其中：最大牵引力MFmax至少大于额定负载MLmax的一半：

MFmax＞0.5×MLmax；以及

最优化对重(4)的重量MG，以便：对重(4)的重量MG大致等于空载重量MK和选定的驱动装置(3)的最大牵引力MFmax与轿厢(1)的额定载荷MLmax之差的和：

MG≈MK+(MLmax-MFmax)。

2.根据权利要求1所述的优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，其中：静态保持力、动态延时提升力和/或动态限时提升力中的较小值被限定为驱动装置(3)的最大牵引力MFmax，驱动装置(3)利用所述静态保持力将轿厢(1)保持在某一高度，驱动装置(3)能够利用动态延时提升力在更长时间期间升降轿厢(1)，驱动装置(3)能够利用动态限时提升力短时间升降轿厢(1)。

3.根据权利要求1或2所述的优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，其中：对重(4)的重量以及轿厢(1)的空载重量和轿厢(1)的额定负载、或者对重(4)的重量、或者轿厢(1)的空载重量和轿厢(1)的额定负载对应于支持装置(2)围绕偏转的动辊(20，20.1)的数目减小；或者驱动装置(3)的最大牵引力对应于支持装置(2)围绕偏转的动辊(20，20.1)的数目增加。

4.根据权利要求1所述的优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，其中：轿厢(1)的空载重量和轿厢(1)的额定负载以及对重(4)的重量、或者轿厢(1)的空载重量和轿厢(1)的额定负载、或者对重(4)的重量以乘以安全因数的方式增加，所述安全因数用于考虑操作中出现的摩擦和惯性力；或者驱动装置(3)的最大牵引力以除以安全因数的方式减小，所述安全因数用于考虑操作中出现的摩擦和惯性力。

5.根据权利要求4所述的优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，其中：所述安全因数为1.1到2.0。

6.根据权利要求5所述的优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，其中：所述安全因数为1.3。

7.根据权利要求1所述的优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，其中：一条或多条缆和/或一条或多条带被用作支持装置(2)，其中一条或多条缆和/或带覆盖有弹性体。

8.根据权利要求1所述的优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，其中：一条或多条缆和/或一条或多条带被用作支持装置(2)，其中一条或多条缆和/或带覆盖有聚亚安酯。

9.根据权利要求1所述的优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，其中：电机和用于将电机的驱动输出扭矩转换为支持装置(2)上的牵引力的至少一个驱动轮(30)被用作驱动装置(3)。

10.根据权利要求1所述的优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，其中：频率调节电机和用于将该频率调节电机的驱动输出扭矩转换为支持装置(2)上的牵引力的至少一个驱动轮(30)被用作驱动装置(3)。

11.根据权利要求1所述的优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，其中：整合在电机中或与电机分开的、并能够对至少一个驱动轮施加静态保持力矩的制动器被布置在驱动装置(3)中。

12.根据权利要求9或11所述的优化电梯系统的对重(4)的重量的方法，其中：所述电机和/或制动器从具有分级的预定的保持力矩或提升力矩的产品线中选择。

13.一种电梯系统，具有：具有空载重量MK并能够移动额定负载MLmax的轿厢(1)；对重(4)，对重(4)具有重量MG并且利用支持装置(2)与轿厢(1)连接以便：当轿厢(1)下降时对重(4)上升，并且当轿厢(1)上升时对重(4)下降；和驱动装置(3)，驱动装置(3)能够将最大牵引力MFmax施加到支持装置(2)；其特征在于：

最大牵引力MFmax至少大于额定负载MLmax的一半：

MFmax＞0.5×MLmax；以及

对重(4)的重量MG大致等于空载重量MK和选定的驱动装置(3)的最大牵引力MFmax与轿厢(1)的额定载荷MLmax之差的和：

MG≈MK+(MLmax-MFmax)。