CN109573778B - 一种磁流变电梯缓冲器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁流变电梯缓冲器及控制方法，该缓冲器包括缸体、上端盖、活塞杆、活塞组件、压缩弹簧、下端盖、开关组件、电源装置、控制器及传感器。活塞杆为四段阶梯轴，第一段轴与上端盖同轴密封滑动连接，第二段轴与活塞组件螺纹连接，第三段轴与缸体的磁流变液上腔和压缩弹簧下腔之间的中心通孔同轴密封滑动连接，第四段轴与弹簧压套螺纹连接。活塞杆顶部内置的接近开关和活塞组件内置的励磁线圈分别通过活塞杆的引线孔引线连接至控制器和电源装置。本发明采用半主动控制策略，通过改变励磁线圈电流大小来改变磁场强度，从而改变磁流变液的黏度和剪切屈服应力，产生附加的阻尼力，具有良好的自适应性并能提高舒适性与稳定性。

Description

一种磁流变电梯缓冲器及控制方法
技术领域
本发明涉及电梯相关设备技术领域，具体涉及一种磁流变电梯缓冲器及控制方法。
背景技术
现有技术中，常用的电梯缓冲器有弹簧缓冲器和液压缓冲器，这两种缓冲器都属于被动控制，无法根据轿厢跌落过程的物理参数变化对缓冲器阻尼力做出主动调整。也正因为弹簧缓冲器和液压缓冲器的阻尼力无法实时调整，使得对应不同速度的轿厢须采用不同规格的缓冲器，适应性差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种磁流变电梯缓冲器及控制方法，可根据缓冲过程轿厢物理参数的变化实时调整阻尼力，以提高缓冲过程的舒适性及稳定性，并可适用于不同运行速度的电梯轿厢。
本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种磁流变电梯缓冲器，所述的缓冲器包括缸体4、分别位于缸体4顶部的上端盖2和位于缸体4底部的下端盖6、位于缸体4内部空腔的活塞杆1、活塞组件3、压缩弹簧5、设于上端盖2内部的开关组件8、电源装置10、控制器11及传感器12，其中，所述的缸体4上部和上端盖2形成上腔，内部设有活塞组件3，同时上腔腔体内部盛有磁流变液；所述的缸体4下部和下端盖6形成下腔，内部设有压缩弹簧5，所述的活塞杆1从上至下分为四段阶梯轴，第一段阶梯轴与上端盖2同轴密封滑动连接，第二段阶梯轴与活塞组件3同轴螺纹连接并置于上腔内，第三段阶梯轴与两腔之间的中心通孔同轴密封滑动连接，第四段轴与弹簧压套7螺纹连接并置于下腔内；
所述的传感器12安装于电梯轿厢底部并引线连接至控制器11，该传感器12用于接收控制器11的控制指令进而采集电梯轿厢的质量及速度参数并反馈至控制器11；
所述的活塞杆1的顶部内置有接近开关9，其连接信号线通过活塞杆1的中心引线孔经由缓冲器底部的下端盖6引出连接至控制器11；
所述控制器11内置有存储模块和计算模块；
所述的控制器11与电源装置10导线相连，控制电源装置10的供电；
所述的开关组件8与控制器11导线相连；
所述的活塞组件3包括绕线导磁体31、励磁线圈32、阻磁环34和一对引磁环33，所述的绕线导磁体31通过同轴螺纹连接于活塞杆1的第二段阶梯轴，并与轴肩相抵；所述的励磁线圈32缠绕于绕线导磁体31外缘的环形凹槽内，并通过绕线导磁体31的横向阶梯孔及活塞杆1的中心引线孔经由缓冲器底部的下端盖6引出连接至电源装置10；所述的一对引磁环33套设于绕线导磁体31的外缘，该引磁环33与缸体4上腔内壁的环形缝隙组成磁流变液的阻尼通道；所述的阻磁环34的横截面为倒T形，设于一对引磁环33之间。
进一步地，所述的活塞杆1第一段阶梯轴的开设有弧形凹槽，与设于上端盖2内部的开关组件8配合，用于检测活塞杆1的动作并触发信号。
进一步地，所述的上端盖2的一侧开设有横向阶梯孔，横向阶梯孔包括同轴的大孔和小孔，横向阶梯孔的小孔与上端盖2的中心引线孔贯通连接，横向阶梯孔的大孔与上端盖2的周壁切割平面贯通。
进一步地，所述的活塞杆1在第二段阶梯轴和第四段阶梯轴的两个轴肩处分别设有螺纹退刀槽。
进一步地，所述的励磁线圈32产生的总磁通在流经活塞组件3两端时发生分流，其中一部分磁通直接在活塞组件3端部通过阻尼通道流向缸体4上腔内壁，另一部分磁通先流向一对引磁环33，再经由一对引磁环33通过阻尼通道流向缸体4上腔内壁。
进一步地，所述的下端盖6为设有中心通孔的三级圆柱凸台结构，其顶部圆柱凹槽内设有缓冲垫61。
进一步地，所述的开关组件8包括推杆81、复位弹簧82、导向轴套83、支架板85和行程开关84，所述的导向轴套83密封固定于上端盖2的周壁切割平面上，所述的导向轴套83内腔设有滑动密封配合的推杆81，所述的推杆81穿过上端盖2的横向阶梯孔并套设有复位弹簧82，推杆81靠近上端盖2的一侧设有推杆凸环812，并且该侧顶端设有推杆滚子811，复位弹簧82两端分别与推杆凸环812的右端面和导向轴套83的左端面相抵，在复位弹簧82的作用下，推杆凸环812左端面与上端盖2的横向阶梯孔端面相抵，且推杆滚子811处于活塞杆1第一段阶梯轴的弧形凹槽内；所述的支架板85固定于缸体4外壁，所述的行程开关84固定于支架板85上且使行程开关84的滚轮摆杆处于推杆81的右侧，当活塞杆1向下移动时推杆81触发行程开关84的滚轮摆杆使行程开关84动作，所述的行程开关84引线连接至控制器11。
进一步地，所述的推杆81的直径小于上端盖2横向阶梯孔的小孔直径，所述的复位弹簧82的外径小于上端盖2横向阶梯孔的大孔直径，所述的推杆凸环812的外径大于复位弹簧82的外径而小于上端盖2横向阶梯孔的大孔直径，所述的推杆滚子811的直径小于活塞杆1第一段阶梯轴的弧形凹槽的曲率半径，所述的推杆滚子811与上端盖2横向阶梯孔的小孔为滚动接触。
进一步地，所述的绕线导磁体31和引磁环33采用强导磁材料，所述的缸体4采用导磁材料，所述的活塞杆1和阻磁环34采用非导磁材料。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种磁流变电梯缓冲器的控制方法，所述的控制方法包括下述步骤：
S1、建立缓冲器工作过程的理想速度-时间曲线，并将理想速度-时间曲线存入控制器11的存储模块；
S2、当接近开关9检测到电梯轿厢即将撞击缓冲器时触发，将信号发送至控制器11，控制器11发出控制指令到传感器12，此时传感器12采样轿厢质量M及轿厢速度V10并反馈至控制器11，计算出初始励磁电流I0并由电源装置10输入励磁线圈32；
S3、轿厢缓冲过程中，传感器12每间隔时间段ΔT采样一次轿厢速度V1i，计算出对应轿厢速度V1i的励磁电流I1i，及实际轿厢速度与理想轿厢速度的差值ΔVi＝V1i-V2i，根据M和ΔVi计算出(T0+ΔT×i)时刻的电流修正值ΔIi，则(T0+ΔT×i)时刻应输入励磁线圈32的励磁电流为Ii＝I1i+ΔIi；其中，T0是接近开关9触发时轿厢速度V10对应理想速度-时间曲线上的时刻，V1i是(T0+ΔT×i)时刻的实际轿厢速度，由传感器12采集得到，V2i是(T0+ΔT×i)时刻的理想轿厢速度，由理想速度-时间曲线获得；
S4、当V1i＝0时，结束电梯轿厢缓冲过程。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明利用磁流变液的黏度和剪切屈服应力能随磁场迅速、可逆变化的力学特性，使缓冲器提供的阻尼力能随轿厢物理参数的变化实现无级调节，具有良好的适应性，适用于不同运行速度的电梯轿厢，可提高缓冲过程的舒适性及稳定性。
(2)本发明采用引磁环和阻磁环配合设计，构建了比较优越的磁路，减小漏磁损失，增加阻尼通道的有效长度，提高缓冲器的性能。
附图说明
图1是本发明实施例中公开的磁流变电梯缓冲器的结构示意图；
图2是图1中的A部放大图；
图3是本发明实施例中公开的磁流变电梯缓冲器的控制方法流程图；
图中，1-活塞杆，2-上端盖，21-密封圈，3-活塞组件，31-绕线导磁体，32-励磁线圈，33-引磁环，34-阻磁环，4-缸体，41-密封圈，5-压缩弹簧，6-下端盖，61-缓冲垫，7-弹簧压套，8-开关组件，81-推杆，811-推杆滚子，812-推杆凸环，82-复位弹簧，83-导向轴套，84-行程开关，85-支架板，9-接近开关，10-电源装置，11-控制器，12-传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本实施例公开了一种磁流变电梯缓冲器，包括缸体4、分别位于缸体4顶部的上端盖2和位于缸体4底部的下端盖6、位于缸体4内部空腔的活塞杆1、活塞组件3、压缩弹簧5、设于上端盖2内部的开关组件8、电源装置10、控制器11及传感器12。缸体4上部和上端盖2形成上腔，内部设有活塞组件3，同时上腔腔体内部盛有磁流变液；缸体4下部和下端盖6形成下腔，内部设有压缩弹簧5。活塞杆1从上至下分为四段阶梯轴，第一段阶梯轴与上端盖2同轴密封滑动连接，第二段阶梯轴与活塞组件3同轴螺纹连接并置于上腔内，第三段阶梯轴与两腔之间的中心通孔同轴密封滑动连接，第四段轴与弹簧压套7螺纹连接并置于下腔内。
活塞杆1第一段阶梯轴的开设有弧形凹槽，与设于上端盖2内部的开关组件8配合，用于检测活塞杆1的动作并触发信号。
活塞杆1在第二段阶梯轴和第四段阶梯轴的两个轴肩处分别设有螺纹退刀槽。
上端盖2的一侧开设有横向阶梯孔，横向阶梯孔包括同轴的大孔和小孔，横向阶梯孔的小孔与上端盖2的中心引线孔贯通连接，横向阶梯孔的大孔与上端盖2的周壁切割平面贯通。
活塞杆1的顶部内置有接近开关9，其连接信号线通过活塞杆1的中心引线孔经由缓冲器底部引出连接至控制器11。
活塞组件3包括绕线导磁体31、励磁线圈32、阻磁环34和一对引磁环33。绕线导磁体31通过同轴螺纹连接于活塞杆1的第二段阶梯轴，并与轴肩相抵；励磁线圈32缠绕于绕线导磁体31外缘的环形凹槽内，并通过绕线导磁体31的横向阶梯孔及活塞杆1的中心引线孔经由缓冲器底部的下端盖6引出连接至电源装置10；一对引磁环33套设于绕线导磁体31的外缘，该引磁环33与缸体4上腔内壁的环形缝隙为磁流变液的阻尼通道；阻磁环34的横截面为倒T形，设于一对引磁环33之间，以减少漏磁损失和增加阻尼通道的有效长度。
励磁线圈32产生的总磁通在流经活塞组件3两端时发生分流，其中一部分磁通直接在活塞组件3端部通过阻尼通道流向缸体4上腔内壁，另一部分磁通先流向一对引磁环33，再经由一对引磁环33通过阻尼通道流向缸体4上腔内壁。
下端盖6为设有中心通孔的三级圆柱凸台结构，其顶部圆柱凹槽内设有缓冲垫61。
传感器12安装于电梯轿厢底部并引线连接至控制器11，该传感器12用于采集电梯轿厢的质量及速度等物理参数并反馈至控制器11。
其中，绕线导磁体31和引磁环33采用强导磁材料，缸体4采用导磁材料，活塞杆1和阻磁环34采用非导磁材料。
如图2所示，开关组件8包括推杆81、复位弹簧82、导向轴套83、支架板85和行程开关84，导向轴套83密封固定于上端盖2的周壁切割平面上，导向轴套83内腔设有滑动密封配合的推杆81，推杆81穿过上端盖2的横向阶梯孔并套设有复位弹簧82，推杆81靠近上端盖2的一侧设有推杆凸环812，并且该侧顶端设有推杆滚子811，复位弹簧82两端分别与推杆凸环812的右端面和导向轴套83的左端面相抵。在复位弹簧82的作用下，推杆凸环812左端面与上端盖2的横向阶梯孔端面相抵，且推杆滚子811处于活塞杆1第一段阶梯轴的弧形凹槽内。推杆81的直径小于上端盖2横向阶梯孔的小孔直径，复位弹簧82的外径小于上端盖2横向阶梯孔的大孔直径，推杆凸环812的外径大于复位弹簧82的外径而小于上端盖2横向阶梯孔的大孔直径，推杆滚子811的直径小于活塞杆1第一段阶梯轴的弧形凹槽的曲率半径，推杆滚子811与上端盖2横向阶梯孔的小孔为滚动接触。支架板85固定于缸体4外壁，行程开关84固定于支架板85上且使行程开关84的滚轮摆杆处于推杆81的右侧，当活塞杆1向下移动时推杆81触发行程开关84的滚轮摆杆使行程开关84动作。
本发明的工作原理：当接近开关9检测到电梯轿厢即将撞击缓冲器时，将信号发送至控制器11，控制器11发出控制指令到传感器12，传感器12首次采样轿厢的质量及速度等物理参数并反馈至控制器11，控制器11经过计算通过电源装置10赋予励磁线圈32一个初始电流。当活塞杆1向下运动时触发开关组件8，电梯安全回路断开，此时控制器11发出控制指令到传感器12，传感器12开始定期采样并反馈至控制器11，控制器11计算出当前时刻所需的励磁电流和上一采样时间间隔的电流修正值，通过控制电源装置10赋予励磁线圈32一个经修正后的励磁电流。如此循环，使轿厢缓冲过程的速度-时间曲线趋近预设的理想曲线。
实施例二
如图3所示，本实施例公开了一种磁流变电梯缓冲器控制方法，包括下述步骤：
S1、建立缓冲器工作过程的理想速度-时间曲线，并将理想速度-时间曲线存入控制器11的存储模块；
S2、当接近开关9检测到电梯轿厢即将撞击缓冲器时触发，将信号发送至控制器11，控制器11发出控制指令到传感器12，此时传感器12采样轿厢质量M及轿厢速度V10并反馈至控制器11，计算出初始励磁电流I0并由电源装置10输入励磁线圈32；
S3、轿厢缓冲过程中，传感器12每间隔时间段ΔT采样一次轿厢速度V1i，计算出对应轿厢速度V1i的励磁电流I1i，及实际轿厢速度与理想轿厢速度的差值ΔVi＝V1i-V2i，根据M和ΔVi计算出(T0+ΔT×i)时刻的电流修正值ΔIi，则(T0+ΔT×i)时刻应输入励磁线圈32的励磁电流为Ii＝I1i+ΔIi；
其中，T0是接近开关9触发时轿厢速度V10对应理想速度-时间曲线上的时刻；V1i是(T0+ΔT×i)时刻的实际轿厢速度，由传感器12采集得到；V2i是(T0+ΔT×i)时刻的理想轿厢速度，由理想速度-时间曲线获得。
S4、当V1i＝0时，结束电梯轿厢缓冲过程。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种磁流变电梯缓冲器，其特征在于，所述的缓冲器包括缸体(4)、分别位于缸体(4)顶部的上端盖(2)和位于缸体(4)底部的下端盖(6)、位于缸体(4)内部空腔的活塞杆(1)、活塞组件(3)、压缩弹簧(5)、设于上端盖(2)内部的开关组件(8)、电源装置(10)、控制器(11)及传感器(12)，其中，所述的缸体(4)上部和上端盖(2)形成上腔，内部设有活塞组件(3)，同时上腔腔体内部盛有磁流变液；所述的缸体(4)下部和下端盖(6)形成下腔，内部设有压缩弹簧(5)，所述的活塞杆(1)从上至下分为四段阶梯轴，第一段阶梯轴与上端盖(2)同轴密封滑动连接，第二段阶梯轴与活塞组件(3)同轴螺纹连接并置于上腔内，第三段阶梯轴与两腔之间的中心通孔同轴密封滑动连接，第四段轴与弹簧压套(7)螺纹连接并置于下腔内；
所述的传感器(12)安装于电梯轿厢底部并引线连接至控制器(11)，该传感器(12)用于接收控制器(11)的控制指令进而采集电梯轿厢的质量及速度参数并反馈至控制器(11)；
所述的活塞杆(1)的顶部内置有接近开关(9)，其连接信号线通过活塞杆(1)的中心引线孔经由缓冲器底部的下端盖(6)引出连接至控制器(11)；
所述的控制器(11)内置有存储模块和计算模块；
所述的控制器(11)与电源装置(10)导线相连，控制电源装置(10)的供电；
所述的开关组件(8)与控制器(11)导线相连；
所述的活塞组件(3)包括绕线导磁体(31)、励磁线圈(32)、阻磁环(34)和一对引磁环(33)，所述的绕线导磁体(31)通过同轴螺纹连接于活塞杆(1)的第二段阶梯轴，并与轴肩相抵；所述的励磁线圈(32)缠绕于绕线导磁体(31)外缘的环形凹槽内，并通过绕线导磁体(31)的横向阶梯孔及活塞杆(1)的中心引线孔经由缓冲器底部的下端盖(6)引出连接至电源装置(10)；所述的一对引磁环(33)套设于绕线导磁体(31)的外缘，该引磁环(33)与缸体(4)上腔内壁的环形缝隙组成磁流变液的阻尼通道；所述的阻磁环(34)的横截面为倒T形，设于一对引磁环(33)之间；
所述缓冲器的控制方法包括下述步骤：
S1、建立缓冲器工作过程的理想速度-时间曲线，并将理想速度-时间曲线存入控制器(11)的存储模块；
S2、当接近开关(9)检测到电梯轿厢即将撞击缓冲器时触发，将信号发送至控制器(11)，控制器(11)发出控制指令到传感器(12)，此时传感器(12)采样轿厢质量M及轿厢速度V10并反馈至控制器(11)，计算出初始励磁电流I0并由电源装置(10)输入励磁线圈(32)；
S3、轿厢缓冲过程中，传感器(12)每间隔时间段ΔT采样一次轿厢速度V1i，计算出对应轿厢速度V1i的励磁电流I1i，及实际轿厢速度与理想轿厢速度的差值ΔVi＝V1i-V2i，根据M和ΔVi计算出(T0+ΔT×i)时刻的电流修正值ΔIi，则(T0+ΔT×i)时刻应输入励磁线圈(32)的励磁电流为Ii＝I1i+ΔIi；其中，T0是接近开关(9)触发时轿厢速度V10对应理想速度-时间曲线上的时刻，V1i是(T0+ΔT×i)时刻的实际轿厢速度，由传感器(12)采集得到，V2i是(T0+ΔT×i)时刻的理想轿厢速度，由理想速度-时间曲线获得；
S4、当V1i＝0时，结束电梯轿厢缓冲过程。
2.根据权利要求1所述的一种磁流变电梯缓冲器，其特征在于，所述的活塞杆(1)第一段阶梯轴的开设有弧形凹槽，与设于上端盖(2)内部的开关组件(8)配合，用于检测活塞杆(1)的动作并触发信号。
3.根据权利要求1所述的一种磁流变电梯缓冲器，其特征在于，所述的上端盖(2)的一侧开设有横向阶梯孔，横向阶梯孔包括同轴的大孔和小孔，横向阶梯孔的小孔与上端盖(2)的中心引线孔贯通连接，横向阶梯孔的大孔与上端盖(2)的周壁切割平面贯通。
4.根据权利要求1所述的一种磁流变电梯缓冲器，其特征在于，所述的活塞杆(1)在第二段阶梯轴和第四段阶梯轴的两个轴肩处分别设有螺纹退刀槽。
5.根据权利要求1所述的一种磁流变电梯缓冲器，其特征在于，所述的励磁线圈(32)产生的总磁通在流经活塞组件(3)两端时发生分流，其中一部分磁通直接在活塞组件(3)端部通过阻尼通道流向缸体(4)上腔内壁，另一部分磁通先流向一对引磁环(33)，再经由一对引磁环(33)通过阻尼通道流向缸体(4)上腔内壁。
6.根据权利要求1所述的一种磁流变电梯缓冲器，其特征在于，所述的下端盖(6)为设有中心通孔的三级圆柱凸台结构，其顶部圆柱凹槽内设有缓冲垫(61)。
7.根据权利要求3所述的一种磁流变电梯缓冲器，其特征在于，所述的开关组件(8)包括推杆(81)、复位弹簧(82)、导向轴套(83)、支架板(85)和行程开关(84)，所述的导向轴套(83)密封固定于上端盖(2)的周壁切割平面上，所述的导向轴套(83)内腔设有滑动密封配合的推杆(81)，所述的推杆(81)穿过上端盖(2)的横向阶梯孔并套设有复位弹簧(82)，推杆(81)靠近上端盖(2)的一侧设有推杆凸环(812)，并且该侧顶端设有推杆滚子(811)，复位弹簧(82)两端分别与推杆凸环(812)的右端面和导向轴套(83)的左端面相抵，在复位弹簧(82)的作用下，推杆凸环(812)左端面与上端盖(2)的横向阶梯孔端面相抵，且推杆滚子(811)处于活塞杆(1)第一段阶梯轴的弧形凹槽内；所述的支架板(85)固定于缸体(4)外壁，所述的行程开关(84)固定于支架板(85)上且使行程开关(84)的滚轮摆杆处于推杆(81)的右侧，当活塞杆(1)向下移动时推杆(81)触发行程开关(84)的滚轮摆杆使行程开关(84)动作，所述的行程开关(84)引线连接至控制器(11)。
8.根据权利要求7所述的一种磁流变电梯缓冲器，其特征在于，所述的推杆(81)的直径小于上端盖(2)横向阶梯孔的小孔直径，所述的复位弹簧(82)的外径小于上端盖(2)横向阶梯孔的大孔直径，所述的推杆凸环(812)的外径大于复位弹簧(82)的外径而小于上端盖(2)横向阶梯孔的大孔直径，所述的推杆滚子(811)的直径小于活塞杆(1)第一段阶梯轴的弧形凹槽的曲率半径，所述的推杆滚子(811)与上端盖(2)横向阶梯孔的小孔为滚动接触。
9.根据权利要求7所述的一种磁流变电梯缓冲器，其特征在于，所述的绕线导磁体(31)和引磁环(33)采用强导磁材料，所述的缸体(4)采用导磁材料，所述的活塞杆(1)和阻磁环(34)采用非导磁材料。
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