CN117284903A - 微重力差对重系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微重力差对重系统，包括轿厢总成，轿厢总成通过对重板带与配载对重架连接，对重板带中部绕过板带固定滑轮；还包括配载箱体、灌载储球箱和若干重球；配载箱体设置在配载对重架上，灌载储球箱为多个且沿电梯井高度间隔布置；配载箱体一侧设有第一推拉门，第一推拉门联动有门推拉器；配载箱体内设有配载层，配载箱体上还设有用于将位于配载层中的重球推向灌载储球箱的推球机构。本发明提供的微重力差对重系统，可大幅降低曳引动力、刹车力，进而实现大幅降耗、提速的目的。

Description

微重力差对重系统

技术领域

本发明涉及电梯对重领域，尤其涉及一种微重力差对重系统。

背景技术

现在的电梯原理:轿厢与对重通过曳引钢索连接,电梯的动力、刹车、对重均通过钢索实现，通过对钢索的控制实现电梯的运行。

受曳引钢索性能瓶颈的限制，现有电梯存在明显不足：

1)安全度不足：重大电梯事故及轻微安全事件常有发生。

2)运行速度受限：现在的高速电梯一般是2m/s，超高速电梯只做到5m/s。

3)电梯耗能巨大：在大中城市电梯的耗能占到整个城市用电总量的5％左右，城市越大占比越高，最高的甚至接近8％。

为了从根本上克服现有电梯的不足，经过多年的研究和发展，涵盖专利2021107209338、2021107219255等技术的“平能电梯”(平安且节能的电梯)项目已在清华大学通过仿真数理研究。项目的工程样机试验、技术完善、型号设计、相关规范制定等工作也在顺利进行中。在此基础上发展出“轻量化快速配载平能电梯”。

依据项目研究报告，“平能电梯”可以实现高度安全、大幅节能、更高梯速的目的，但依然存在需要完善的地方，包括：

1)配载时间过长，导致乘梯感受不佳的问题。

2)固定对重质量过大，导致电梯加、减速能耗依然有较大优化空间。

3)引导动力通过主钢轨爬行实现，成为运行震动和噪音之一，同时增加了运行机械变速难度。

4)随着梯速的增加，轿厢在井道内的风阻成为了需要考虑的耗能之一。

基于“平能电梯”存在需要完善优化的方向，“轻量化快速配载平能电梯”需要实现以下目的：

1)快速配载，将配载时间控制在5秒以内。

2)大幅减轻轿厢自重，将轿厢自重控制在电梯额定荷载的10％以内。

3)引导动力不再通过主钢轨爬行实现，改由机房小功率曳引动力来实现。

4)给轿厢加上整流罩，降低风阻系数。

微重力差对重系统是轻量化快速配载平能电梯四大核心系统之一。

发明内容

本发明的目的是提供能解决上述技术问题的一种微重力差对重系统。

为实现上述目的，本发明提供一种微重力差对重系统，包括轿厢总成，轿厢总成通过对重板带与配载对重架连接，对重板带中部绕过板带固定滑轮；还包括配载箱体、灌载储球箱和若干重球；配载箱体设置在配载对重架上，灌载储球箱为多个且沿电梯井高度间隔布置；配载箱体一侧设有第一推拉门，第一推拉门联动有门推拉器；配载箱体内设有配载层，配载箱体上还设有用于将位于配载层中的重球推向灌载储球箱的推球机构。

进一步的，所述配载对重架与轿厢总成两者底部之间通过平衡对重索及电缆连接；轿厢总成还连接有伸出至电梯井外的电缆。

更进一步的，所述配载对重架上还连接有压重块；配载对重架上设有对重轨道滑动支座，对重轨道滑动支座与对重架导轨滑动配合，对重架导轨通过导轨支架安装在电梯井内；对重架导轨对称布置在配载对重架的左右两侧。

更进一步的，所述配载箱体内设有至少两层配载层，各配载层上下排列；所述推球机构包括依次联动的进退板驱动电机、第一传动组件、进退板传动螺杆和动力进退板；进退板传动螺杆与动力进退板螺纹配合，动力进退板位于配载层中且两者滑动配合。

更进一步的，所述门推拉器包括依次联动的门推拉电机、第二传动组件、螺纹套筒、门推拉螺杆，门推拉螺杆与第一推拉门连接；配载箱体上设有第一门导轨，第一推拉门与第一门导轨相适配。

更进一步的，所述灌载储球箱包括储球箱体，储球箱体上朝向配载箱体的一侧通过第二门导轨滑动连接有第二推拉门；储球箱体内设有底面朝配载箱体所在方向倾斜的微坡储球层。

更进一步的，所述第一推拉门上设有电动插销，电动插销与所述灌载储球箱的第二推拉门相适配；所述第二推拉门上设有插销联动滑孔，电动插销与插销联动滑孔插接配合。

更进一步的，所述第二门导轨倾斜布置；所述插销联动滑孔设置在与第二推拉门滑动配合的滑块上；所述第二推拉门上还设有纵向条形孔，电动插销的销杆穿过纵向条形孔与滑块的插销联动滑孔插接配合，纵向条形孔的宽度大于电动插销的销杆宽度。

更进一步的，所述灌载储球箱内至少两个上下排列的微坡储球层，上下相邻微坡储球层之间通过微坡度承板分隔。

更进一步的，所述重球的外表面设有自润滑层；自润滑层为聚四氟乙烷外包膜。

有益效果

与现有技术相比，本发明的微重力差对重系统的优点为：

1、当电梯的轿厢停在相应楼层且因装载货物或人员而导致重量变大后，通过板带与轿厢连接的配载箱体其第一推拉门打开，灌载储球箱内的重球进入配载箱体内，使配载对重架与轿厢总成两侧的质量基本一致。当轿厢内的重量变轻时，配载箱体的推球机构将配载箱体中的重球推向灌载储球箱，直至配载对重架与轿厢总成两侧的质量基本一致。该结构可让电梯曳引动力总成只需提供较小的曳引动力即可让轿厢上下移动。由于重球数量多，可实现重量的精确调节，而且由于重球出入配载箱体的行程极短，能在短时间内快速完成配载，在确保电梯安全运行的前提下提高电梯运行效率。

2、配载对重架通过配置压重块使其自重与轿厢总成的自重相等，在每次运行中依据轿厢总成荷载变化量向配载箱体配入基本相同的荷载，使电梯运行时对重差基本为零(小于1个配载单位:15-30kg),从而大幅降低曳引动力、刹车力，进而实现大幅降耗、提速的目的。

3、对重架导轨对称布置在配载对重架的左右两侧，可确保配载对重架的稳定移动。

4、平衡对重索及电缆用于平衡电梯运行过程由联系缆索造成的对重变化，使电梯运行过程对重差始终不变。而电缆用于给配载对重架的配载箱体和轿厢总成供电和讯号传输。

5、配载箱体和灌载储球箱均为多层式结构，第一、第二推拉门开启后，可同时推动多层的重球移动，有利于将重球出入配载箱体的行程控制在0.25m以内，进一步提高配载速度。

6、灌载储球箱的微坡储球层有利于重球靠自身重量朝配载箱体滚动，节省能源。

7、第一推拉门通过电动插销与第二推拉门插接配合，可实现第一、第二推拉门同步移动的同时减少驱动机构的数量，简化结构，降低成本。

8、第二门导轨倾斜布置，坡度在1-1.5％，可让第二推拉门通过自身重力实现门的闭合，同时减少门联动关闭时的阻力。

9、电动插销的销杆穿过纵向条形孔与滑块的插销联动滑孔插接配合，允许电动插销拥有一定的上下自由度以满足第二推拉门联动开关时，相对第一推拉门的上下移动；同时纵向条形孔左右较稍宽于插销，允许电动插销拥有一定的左右自由度以满足第二推拉门关闭时，第一推拉门与第二推拉门能够一前一后切离重球，减少阻力。

10、重球的外表面设有自润滑层；自润滑层为聚四氟乙烷外包膜，大幅降低重球流动摩擦阻力；同时大幅缩小配载系统的体量，使全新的轻量化快速配载平能电梯与现有的梯井设施高度适配。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为微重力差对重系统的使用状态原理图；

图2为微重力差对重系统的原理图；

图3为配载对重架和对重架导轨的俯视图；

图4为配载对重架和对重架导轨的主视图；

图5为配载对重架和配载箱体的左视图；

图6为配载对重架的侧视图；

图7为电梯对重配载控制图；

图8为自润滑重球快速配载对接结构的工作过程俯视剖视图；

图9为配载箱体的俯视图；

图10为配载箱体的配载层俯视剖视图；

图11为配载箱体的设备层俯视剖视图；

图12为配载箱体的主视剖视图；

图13为配载箱体的左视图；

图14为配载箱体的的主视图；

图15为灌载储球箱的俯视图；

图16为灌载储球箱的右视图；

图17为纵向条形孔与滑块的插销联动滑孔的放大图；

图18为灌载储球箱的主视剖视图；

图19为灌载储球箱的俯视剖视图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例。

实施例

本发明的具体实施方式如图1至图19所示，一种微重力差对重系统，包括轿厢总成8，轿厢总成8通过对重板带21与配载对重架22连接，对重板带21中部绕过板带固定滑轮211。该微重力差对重系统还包括配载箱体1、灌载储球箱7和若干重球6。配载箱体1设置在配载对重架22上，灌载储球箱7为多个且沿电梯井高度间隔布置。配载箱体1一侧设有第一推拉门2，第一推拉门2联动有门推拉器4。配载箱体1内设有配载层15，配载箱体1上还设有用于将位于配载层15中的重球6推向灌载储球箱7的推球机构5。

对重板带21通过对重板带支座85连接在轿厢总成8顶部的四个角上。机房18设置在电梯井顶部，机房18中设有小功率曳引动力机构19，小功率曳引动力机构19与小拉力运行控制索10相联动，小拉力运行控制索10与轿厢总成8连接。小拉力运行控制索10的两端分别与轿厢总成8的上下两端连接。小拉力运行控制索10与设置在电梯井和机房18两者中的导向轮197相适配。

小功率曳引动力机构19包括依次联动的电动发电一体机、联动轴、变速器和曳引轮。曳引轮与小拉力运行控制索10相适配，电动发电一体机带动曳引轮旋转，即可拉动小拉力运行控制索10，给轿厢总成8提供升降的动力。

轿厢总成8一侧设有轿厢轨道滑动支座122，轿厢轨道滑动支座122滑动连接有安保钢轨121。轿厢总成8与安保钢轨121之间还设有刹车机构。取消小拉力运行控制索的刹车功能，刹车机构设置在轿厢总成8与安保钢轨121之间，使整个动力系统功能更单一，耐久性更好且易于维护。

配载对重架22与轿厢总成8两者底部之间通过平衡对重索及电缆26连接。轿厢总成8还连接有伸出至电梯井外的电缆27。

配载对重架22上还连接有压重块25。配载对重架22上设有对重轨道滑动支座24，对重轨道滑动支座24与对重架导轨23滑动配合，对重架导轨23通过导轨支架231安装在电梯井内。对重架导轨23对称布置在配载对重架22的左右两侧。

本实施例中，配载对重架22包括倒U型槽板框221、倒U型槽板梁222和U型槽板梁223，U型槽板梁223两端通过螺栓分别与U型槽板框221两侧下端连接，倒U型槽板梁222两端通过螺栓分别与U型槽板框221下部两侧的边框连接，倒U型槽板梁222位于U型槽板梁223的上方。倒U型槽板梁222的槽口朝下，U型槽板梁223的槽口朝上。配载箱体1安装在倒U型槽板梁222的顶面，压重块25安装在U型槽板梁223的顶面。U型槽板梁223的底部还设有用于与平衡对重索及电缆26连接的钢吊环224。

推球机构5包括依次联动的进退板驱动电机51、第一传动组件52、进退板传动螺杆53和动力进退板54。进退板传动螺杆53与动力进退板54螺纹配合，动力进退板54位于配载层15中且两者滑动配合。本实施例中，第一传动组件52为齿轮组结构，齿轮组结构包括相啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮与进退板驱动电机51的输出轴连接，从动齿轮与进退板传动螺杆53连接。进退板传动螺杆53两端均与配载箱体1转动连接。进退板驱动电机51固定在配载箱体1上。

门推拉器4包括依次联动的门推拉电机41、第二传动组件45、螺纹套筒42、门推拉螺杆44，配载箱体1上设有推拉器轴承支座43，螺纹套筒42与推拉器轴承支座43通过轴承转动配合。门推拉螺杆44与第一推拉门2连接。本实施例中，第二传动组件45采用齿轮组结构。配载箱体1上设有第一门导轨11，第一推拉门2与第一门导轨11相适配。门推拉电机41和第二传动组件45均位于在配载箱体1中的设备层14中，门推拉电机41与设备层14固定连接。本实施例中，第一推拉门2为两扇且左右对称，每扇第一推拉门2均各自连接有门推拉螺杆44，左、右两侧的门推拉螺杆44其螺纹旋向相反。当螺纹套筒42相对推拉器轴承支座43旋转时，可让左、右两侧的门推拉螺杆44相互远离或相互靠近，从而实现两扇第一推拉门2开门或关门的动作。本实施例中，每扇第一推拉门2的第一门导轨11有三条且由上往下依次布置，第一推拉门2上设有与第一门导轨11之间滚动配合的第一门滚珠20，减小阻力。

配载箱体1内设有至少两层配载层15，各配载层15上下排列。配载层15的层数越多，配载箱体1和灌载储球箱7两者的宽度就能设计得越窄，同时两者的厚度也可以越小，有利于缩小重球6进出所需的行程，缩短每次配载箱体1调节重量所需的时间，提高效率。

灌载储球箱7包括储球箱体71，储球箱体71上朝向配载箱体1的一侧通过第二门导轨73滑动连接有第二推拉门72。储球箱体71内设有底面朝配载箱体1所在方向倾斜的微坡储球层741。本实施例中，第二推拉门72为两扇且左右对称。每扇第二推拉门72对应有三条第二门导轨73，各第二门导轨73由上往下依次布置，第二推拉门72上设有与第二门导轨73滚动配合的第二门滚珠75，减小阻力。

第一推拉门2上设有电动插销3，电动插销3具体为电磁插销，其朝向第二推拉门72的一侧设有可伸缩的销杆。电动插销3与灌载储球箱7的第二推拉门72相适配。第二推拉门72上设有插销联动滑孔721，电动插销3与插销联动滑孔721插接配合。

本实施例中，第二门导轨73倾斜布置。插销联动滑孔721设置在与第二推拉门72滑动配合的滑块上。第二推拉门72上还设有纵向条形孔722，电动插销3的销杆穿过纵向条形孔722与滑块的插销联动滑孔721插接配合，纵向条形孔722的宽度大于电动插销3的销杆宽度。允许电动插销3拥有一定的上下自由度以满足第二推拉门72联动开关时，相对第一推拉门2的上下移动；同时纵向条形孔722左右较稍宽于插销的销杆，允许电动插销的销杆拥有一定的左右自由度以满足第二推拉门72关闭时，第一推拉门2与第二推拉门72能够一前一后切离重球6，减少阻力。倾斜的第二门导轨73让两扇第二推拉门72在无外力作用下能有相互靠近关门的趋势。第二门导轨73的坡度为1～1.5％。

灌载储球箱7内至少两个上下排列的微坡储球层741，上下相邻微坡储球层741之间通过微坡度承板74分隔。当第一推拉门2与第二推拉门72开启时，微坡储球层741的坡度无需太大，能确保让灌载储球箱7内的重球6在自重作用下朝配载层15的方向滚动即可，有效实现配载箱体1的增重。本实施例中，微坡储球层741的层数与配载层15的层数一一相同。

为了减小储球箱体71的厚度，同时增加储球箱体71的容量，需要增加储球箱体71的宽度，而储球箱体71的重球进出口为了配合配载箱体1的配载层15宽度，储球箱体71的重球进出口宽度小于储球箱体71的宽度。为了确保微坡储球层741中的所有重球6都能从重球进出口滚出，微坡度承板74的左右两端高于其中部，让位于微坡度承板74左右两端上的重球6也能在自身作用下向其中部滚动，从而从重球进出口滚出。

重球6的外表面设有自润滑层。自润滑层为聚四氟乙烷外包膜，可大幅降低重球流动摩擦阻力。

灌载储球箱7除了采用无动力的微坡储球层741，也可以选择采用与配载箱体1的推球机构5相类似的结构，但不仅会增加制造成本，而且能耗会上升。同理，灌载储球箱7的第二推拉门72也可以选择采用与配载箱体1的门推拉器4类似的结构，但也存在结构会变复杂的问题，同时为了确保第一推拉门2和第二推拉门72能同时启闭，还需要有增加额外的检测传感器。

具体说明如下：

配载箱体1最大容量为1Q(Q是电梯额定载重量),设n₁个配载层15，每个配载层15最大配载q₁＝1Q/n₁。

配载箱体1的每个配载层15设n₂排重球6，每排n₃个重球6，每个重球6重量q₃，则最小配载单位q₂＝n₃*q₃。

电动插销3的销杆弹出时实现第一推拉门2和第二推拉门72的联动,销杆缩回时实现第一推拉门2和第二推拉门72的分离。

通过动力进退板54推出或缩回完成配载箱体1的快速配载。

标准楼层的灌载储球箱7的最大容量为M(M＝4Q,Q是电梯额定载重量),灌载储球箱7设n₁个微坡储球层741，每个微坡储球层741最大储球重量m₁＝M/n₁。标准楼层的灌载储球箱7的运行正常储球重量m₂应控制在0.25m₁<m₂<0.75m₁范围内。

最顶楼层灌载储球箱7最大容量为M_d(M_d＝10Q,Q是电梯额定载重量),灌载储球箱7设n₁个微坡储球层741，每个微坡储球层741最大储球重量m_d1＝M_d/n₁。最顶楼层灌载储球箱7的运行正常储球重量m_d2应控制在0.25m_d1<m_d2<0.75m_d1范围内。

灌载储球箱7的重球进出口宽度与配载箱体1匹配，通过每层底板设置0.5～1％的坡度，使重球6对储球箱的重球进出口形成灌载压力，且该灌载压力应控制在3～5kg以内。

配载箱体1与灌载储球箱7配合快速完成配载过程(由启动配载到配载完成时间控制在5s以内)：

1)电梯驻停；

2)配载箱体1与楼层灌载储球箱7对接就位；

3)电动插销的销杆弹出实现第一推拉门和第二推拉门的联动；

4)第一推拉门和第二推拉门打开；

5)电梯门开始关闭并启动配载；

6)按电脑计算结果启动配载箱体1各层动力进退板54快速完成重球6的推出或灌入，从而快速完成配载；

7)第一推拉门和第二推拉门；

8)电动插销的销杆缩回，配载完成。

一、设计的重点说明：

(1)配载箱体1与灌载储球箱7的具体设计涉及因素众多，相互关联、相互制约。可以通过下文的“电梯配载系统计算表”进行试算，并选取综合性能满足各项特定要求的优秀方案作为具体设计依据。

(2)配载箱体1的门推拉电机的推力控制在5_～8kg范围以内，各层进退板驱动电机推力控制在3_～5kg范围以内。

(3)配载箱体1两个电机设计功率W₀的确定：通过设计确定的最大推力Fz*设计速度V作为基础功率，取电能转化为动能的能量转换率为85％，设计保险系数C取1.1-1.3，则：

W₀＝(Fz*V/0.85)*C

(4)自润滑重球直径d，完全开门状态下配载箱与储球箱的缝隙b之间应满足：d>6b的条件，以确保自润滑重球跨缝移动平顺。

(5)最小配载单位q₂越小，节能效果越佳，但受自润滑重球直径d等多项因素制约，q₂的取值一般在15_～30kg之间。

二、案例

以一个梯速2m/s,额定荷载1T，梯总高100m的电梯为例，设计确定配载箱及储球箱的关键参数。计算出配载箱电机的设计功率，并测算比较配载系统能耗状况。

电梯配载系统计算表

依据以上“电梯配载系统计算表”进行试算，选取“案3”作为配载系统关键参数设计依据。

由上表可以看出，配载箱共需要5w.h电机16个，60w.h电机1个，配载箱电机功率共计仅为0.15kw.h。

下面以一个完整行程平均进行6次最大功耗配载来具体体现比较配载系统耗能在整个电梯耗能中的占比情况。

配载箱耗能计算表

配载系统耗能占比表

由以上对比可以看出,配载系统的耗能在整个电梯的耗能里占比很低。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (10)

1.一种微重力差对重系统，包括轿厢总成(8)，其特征在于，轿厢总成(8)通过对重板带(21)与配载对重架(22)连接，对重板带(21)中部绕过板带固定滑轮(211)；还包括配载箱体(1)、灌载储球箱(7)和若干重球(6)；配载箱体(1)设置在配载对重架(22)上，灌载储球箱(7)为多个且沿电梯井高度间隔布置；配载箱体(1)一侧设有第一推拉门(2)，第一推拉门(2)联动有门推拉器(4)；配载箱体(1)内设有配载层(15)，配载箱体(1)上还设有用于将位于配载层(15)中的重球(6)推向灌载储球箱(7)的推球机构(5)。

2.根据权利要求1所述的一种微重力差对重系统，其特征在于，所述配载对重架(22)与轿厢总成(8)两者底部之间通过平衡对重索及电缆(26)连接；轿厢总成(8)还连接有伸出至电梯井外的电缆(27)。

3.根据权利要求1所述的一种微重力差对重系统，其特征在于，所述配载对重架(22)上还连接有压重块(25)；配载对重架(22)上设有对重轨道滑动支座(24)，对重轨道滑动支座(24)与对重架导轨(23)滑动配合，对重架导轨(23)通过导轨支架(231)安装在电梯井内；对重架导轨(23)对称布置在配载对重架(22)的左右两侧。

4.根据权利要求1所述的一种微重力差对重系统，其特征在于，所述配载箱体(1)内设有至少两层配载层(15)，各配载层(15)上下排列；所述推球机构(5)包括依次联动的进退板驱动电机(51)、第一传动组件(52)、进退板传动螺杆(53)和动力进退板(54)；进退板传动螺杆(53)与动力进退板(54)螺纹配合，动力进退板(54)位于配载层(15)中且两者滑动配合。

5.根据权利要求1所述的一种微重力差对重系统，其特征在于，所述门推拉器(4)包括依次联动的门推拉电机(41)、第二传动组件(45)、螺纹套筒(42)、门推拉螺杆(44)，门推拉螺杆(44)与第一推拉门(2)连接；配载箱体(1)上设有第一门导轨(11)，第一推拉门(2)与第一门导轨(11)相适配。

6.根据权利要求1所述的一种微重力差对重系统，其特征在于，所述灌载储球箱(7)包括储球箱体(71)，储球箱体(71)上朝向配载箱体(1)的一侧通过第二门导轨(73)滑动连接有第二推拉门(72)；储球箱体(71)内设有底面朝配载箱体(1)所在方向倾斜的微坡储球层(741)。

7.根据权利要求6所述的一种微重力差对重系统，其特征在于，所述第一推拉门(2)上设有电动插销(3)，电动插销(3)与所述灌载储球箱(7)的第二推拉门(72)相适配；所述第二推拉门(72)上设有插销联动滑孔(721)，电动插销(3)与插销联动滑孔(721)插接配合。

8.根据权利要求7所述的一种微重力差对重系统，其特征在于，所述第二门导轨(73)倾斜布置；所述插销联动滑孔(721)设置在与第二推拉门(72)滑动配合的滑块上；所述第二推拉门(72)上还设有纵向条形孔(722)，电动插销(3)的销杆穿过纵向条形孔(722)与滑块的插销联动滑孔(721)插接配合，纵向条形孔(722)的宽度大于电动插销(3)的销杆宽度。

9.根据权利要求6所述的一种微重力差对重系统，其特征在于，所述灌载储球箱(7)内至少两个上下排列的微坡储球层(741)，上下相邻微坡储球层(741)之间通过微坡度承板(74)分隔。

10.根据权利要求1所述的一种微重力差对重系统，其特征在于，所述重球(6)的外表面设有自润滑层；自润滑层为聚四氟乙烷外包膜。