CN1657392A - 一种带机械配重的变频闭式节能液压电梯系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带机械配重的变频闭式节能液压电梯系统。它包括矢量变频电机、双向液压泵、双向液压锁、液压油缸、机械配重、电梯轿厢系统和液压连接管路等组成。它通过安装在液压缸活塞杆下端的机械配重平衡电梯轿厢系统的大部分重量，在电梯下行时吸收能量，在电梯上行时释放能量，达到降低液压电梯的装机功率；采用的液压缸结构简单，成本低，利用变频闭式回路控制非对称缸，可以同时达到双向配重的效果。利用矢量变频容积控制和闭式油路相结合的液压系统可以大大降低系统的能耗和液压油的用量。
Description
技术领域
本发明涉及升降机的驱动控制系统，尤其涉及一种带机械配重的变频闭式节能液压电梯系统。
背景技术
液压电梯由于不需在井道上方设置要求和造价都很高的机房，机房布置灵活方便，占地面积小，同时利用了液压系统功率重量比大，驱动元件体积比较小，结构紧凑、无级调速和运动平稳等优点，使其与相同规格的曳引电梯相比，价格便宜，安全、可靠、故障率低，易于维护调试，维修方便。因而近几十年来，液压电梯以其独有的优势在世界电梯市场上一直保持着相当高的市场占有率。
由于液压电梯在不带配重的情况下，电梯上行时完全依靠动力系统做功，不像曳引电梯那样可以依靠配重提供一部分动力，再加上液压动力系统的效率不高，所以液压电梯的装机功率一般是曳引电梯的2～3倍。液压电梯的下行靠轿厢自身重力，一般不消耗系统能量，所以能耗对比没有装机功率那样高，但是仍然达到曳引电梯的1.5倍以上。在节能和环保已成为世界性主题的今天，液压电梯装机功率大、能量消耗严重的缺点日益显现，在此情况下液压电梯的节能技术研究成为近年来液压电梯技术发展的热点之一，使得提高液压电梯市场竞争力关键在于降低装机功率和能耗。
有关液压电梯节能控制技术的专利和研究成果主要在以下几个方面：
①.带机械配重机构的节能方案：主要有活塞缸带配重和柱塞缸带配重两种方式，可以大幅度降低装机功率和能耗。其中大行程柱塞缸是单方向作用缸，上行依靠柱塞运动做功，使轿厢向上运动，下行依靠轿厢自重做功，所以配重的质量不能够大于空载轿厢的质量，否则空载时，电梯就无法靠自重下行。因此柱塞缸带配重不能够像曳引电梯那样采用配重等于空载轿厢重+1/2额定载重的方案，虽然能够大幅降低液压电梯的装机功率，但是不可能达到曳引电梯的装机功率。
②.采用蓄能器的节能方案：主要是美国专利US4761953、US4638888和日本专利JA08165076、JA08217346分别介绍了采用蓄能器节能的液压电梯控制系统。这些方案如果蓄能器内的压力不随电梯轿厢提升高度的增加而降低，则其理论上的装机功率和能耗与带机械配重块的液压电梯相同；但是实际上，由于工程上一般选择应用最广泛的囊式蓄能器，蓄能器内压力受到气囊内气体体积变化的影响很大，因此计算电动机的装机功率时，必须考虑蓄能器内油液体积最小时能够提供的最小压力。
③.采用变频电机驱动的容积调速技术：传统的阀控液压电梯，由于节流调速的能耗大，效率低，而采用变频容积调速技术，无节流和溢流损失，大大降低了系统的能耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带机械配重的变频闭式节能液压电梯系统。它通过安装在液压缸活塞杆下端的机械配重平衡电梯轿厢系统的大部分重量，在电梯下行时吸收能量，在电梯上行时释放能量，达到降低液压电梯的装机功率。采用的液压缸结构简单，利用变频闭式回路控制非对称缸，可以同时达到双向配重的效果。利用矢量变频容积控制和闭式油路相结合的液压系统，使得液压缸活塞杆直径比较小，降低了液压泵站的流量和体积，提高了电梯液压系统的压力等级，系统效率有较大的提高。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：包括机械系统和液压控制系统，其特征在于：
1)机械系统包括：将液压缸一端固定在电梯井道的顶端，液压缸的活塞杆一端安装在液压缸的活塞上，另一端与机械配重的上端相连接，机械配重的下端与安装在导轨上的动滑轮相连接；动滑轮通过电梯钢丝绳经定滑轮与电梯轿厢系统相连接；
由矢量变频电机经联轴器接双向液压泵，双向液压泵的一端、第一液控单向阀的出油口、第一安全阀的进油口接双向液压锁中的第一液控单向阀的进油口，双向液压锁中的第一液控单向阀的出油口与液压缸中的有杆腔连接；双向液压泵的另一端、第二液控单向阀的出油口、第二安全阀的进油口接双向液压锁中的第二液控单向阀的进油口，双向液压锁中的第二液控单向阀的出油口与液压缸中的无杆腔连接；
第一液控单向阀和第二液控单向阀的进油口相连后接油箱，第一液控单向阀的控制油口与双向液压泵的一端相连，第二液控单向阀的控制油口与双向液压泵的另一端相连，第一安全阀与第二安全阀出油口相连后接油箱，辅助压力泵的进油口与油箱相连，辅助压力泵的出油口分别与双向液压锁中的第一液控单向阀和双向液压锁中的第二液控单向阀控制油口相连接。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：活塞杆存在一定的压杆稳定性要求，但不严重；液压缸结构简单，成本低；采用变频闭式回路控制非对称缸；可以达到双向配重的效果。具有的有益的效果为：采用安装在液压缸活塞杆下端的机械配重，在液压电梯轿厢下行时，配重随活塞杆上移，吸收电梯下降的势能；电梯上行时，机械配重下移，释放储存的势能，用来补充电梯上行所需的能量。因此能够大幅度地降低液压电梯地装机功率。同时液压缸通过双向液压锁与矢量变频电机驱动的双向液压泵构成矢量变频容积调速闭式系统，利用了变频容积调速节能效率高和闭式油路节省液压油的优点，可以使油箱和液压泵站的体积大大减少，节约了安装成本和安装空间，同时还可以有效地解决系统的温升问题。本发明在闭式油路中采用双向液压锁还可以电梯轿厢的停靠更加平稳迅速，增加了乘坐的舒适性和安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图是本发明的结构原理示意图。
图中：1、矢量变频电机，2、双向液压泵，6、液控单向阀，8、安全阀，9、油箱，11-1、液控单向阀，11-2、液控单向阀，16、辅助压力泵，20、单向阀，24、液控单向阀，25、安全阀，29、液压缸，30、活塞，31、活塞杆，32、机械配重，33、动滑轮，34、导轨，35、电梯轿厢系统，36、电梯钢丝绳，37、静滑轮，3、4、5、7、10、12、13、14、15、17、18、19、21、22、23、26、27、28为连接管路。
具体实施方式
如附图所示，本发明包括机械系统和液压控制系统，其中：
1)机械系统包括：将液压缸29一端固定在电梯井道的顶端，液压缸的活塞杆31一端安装在液压缸的活塞30上，另一端与机械配重32的上端相连接，机械配重32的下端与安装在导轨34上的动滑轮33相连接；动滑轮33通过电梯钢丝绳36经定滑轮37与电梯轿厢系统35相连接；
2)液压控制系统包括：
由矢量变频电机1经联轴器接双向液压泵2，双向液压泵2的一端、第一液控单向阀6的出油口、第一安全阀8的进油口分别经管路3、5、7接双向液压锁中的第一液控单向阀11-1的进油口，双向液压锁中的第一液控单向阀11-1的出油口经管路12与液压缸29中的有杆腔连接；双向液压泵2的另一端、第二液控单向阀24的出油口、第二安全阀25的进油口分别经管路21、23、26接双向液压锁中的第二液控单向阀11-2的进油口，双向液压锁中的第二液控单向阀11-2的出油口经管路28与液压缸29中的无杆腔连接；
第一液控单向阀6和第二液控单向阀24的进油口经管路14、19相连后接油箱9，第一液控单向阀6的控制油口经管路22、21与双向液压泵2的另一端相连，第二液控单向阀24的控制油口经管路4、3与双向液压泵2的另一端相连，第一安全阀8与第二安全阀25出油口经管路15、18相连后接油箱9，辅助压力泵16的进油口经管路17与油箱9相连，辅助压力泵16的出油口管路10、27分别与双向液压锁中的第一液控单向阀11-1和双向液压锁中的第二液控单向阀11-2控制油口相连接。
下面分液压电梯轿厢上行和下行两个工况来说明该系统的工作原理。
上行工况：
当矢量变频电机1驱动双向液压泵2通过管路21及双向液压锁中的第二液控单向阀11-2一端和管路28向液压缸21的无杆腔供油时，压力升高，此时双向液压锁中的第一液控单向阀11-1打开，液压缸29有杆腔中的油液通过管路12和双向液压锁中的第一液控单向阀11-1及管路3流回双向液压泵2的吸油口；由于液压缸为非对称油缸，油液不足的部分通过第一液控单向阀6和管路19从油箱9中吸入。同时机械配重32随同活塞杆31和动滑轮33在轨道34中下行，动滑轮33通过通过钢丝绳36带动电梯轿厢系统上行，在这个过程中，机械配重释放势能补充电梯上行所需要的能量，以减少系统所需的装机功率。在电梯运行过程中，矢量变频电机1可根据系统中所需要的流量调节电机的转速，进而调节双向液压泵2的转速，以达到节省能耗的目的。
下行工况：
当电梯下行时，矢量变频电机1的转向与上行时相反，双向液压泵2通过管路3和双向液压锁中的第一液控单向阀11-1及管路12液压缸29的有杆腔供油，压力升高，使与控制油路10相连的双向液压锁中的第二液控单向阀12-2打开，液压缸29无杆腔内的油液通过管路28，双向液压锁中的第二液控单向阀11-2及管路21流到双向液压泵2的吸油口；多余的油液通过管路23，第二液控单向阀24、管路19流回油箱9；此时机械配重32上升吸收电梯轿厢系统35下降所释放的重力势能。
在该发明电梯系统中，由于机械配重32的特殊安装关系，可以起到双向配重的作用。机械配重在电梯上行时提供能量，在电梯下行时回收能量。
系统中第一安全阀8和第二安全阀25的作用为防止系统的压力过高，起到安全保护作用；辅助压力泵16的作用为双向液压锁中的第一液控单向阀11-1和双向液压锁中的第二液控单向阀11-2控制油路提供辅助控制压力，保证系统的安全、顺利工作。
配重值的选择可由电梯的具体情况决定。下面以能够平衡轿厢自重加上有效载重的一半来说明配重值的选择方法和系统的节能原理。假设电梯轿厢系统的自重为Q，电梯的有效载重为M，活塞杆和动滑轮的重量为S；机械配重的配重值为G，则由机械配重与电梯轿厢系统的连接及受力关系，忽略摩擦力的影响有：
G+S＝2(Q+M/2) (1)
可得到系统的配重值为：
G＝2Q+M-S (2)
设液压电梯轿厢的运行速度为v则：
电梯液压系统的驱动电机所需的理论装机功率W1为：
W1＝(Q+M)·v (3)
电梯轿厢上行时活塞杆和动滑轮以及机械配重提供的功率W2为：
W2＝(G+S)·v/2＝(2Q+M-S+S)·v/2＝(2Q+M)·v/2 (4)
因此实际所需的电机的装机功率W3为：
W3＝W1-W2＝Mv/2 (5)
由上述原理可以看出，本发明可以大幅度降低液压电梯的装机功率，同时由于采用了变频液压驱动的全局功率调节方式，能够大大降低液压电梯的能耗。
Claims (1)
1、一种带机械配重的变频闭式节能液压电梯系统，包括机械系统和液压控制系统，其特征在于：
1)机械系统包括：将液压缸(29)一端固定在电梯井道的顶端，液压缸的活塞杆(31)一端安装在液压缸的活塞(30)上，另一端与机械配重(32)的上端相连接，机械配重(32)的下端与安装在导轨(34)上的动滑轮(33)相连接；动滑轮(33)通过电梯钢丝绳(36)经定滑轮(37)与电梯轿厢系统(35)相连接；
2)液压控制系统包括：
由矢量变频电机(1)经联轴器接双向液压泵(2)，双向液压泵(2)的一端、第一液控单向阀(6)的出油口、第一安全阀(8)的进油口接双向液压锁中的第一液控单向阀(11-1)的进油口，双向液压锁中的第一液控单向阀(11-1)的出油口与液压缸(29)中的有杆腔连接；双向液压泵(2)的另一端、第二液控单向阀(24)的出油口、第二安全阀(25)的进油口接双向液压锁中的第二液控单向阀(11-2)的进油口，双向液压锁中的第二液控单向阀(11-2)的出油口与液压缸(29)中的无杆腔连接；
第一液控单向阀(6)和第二液控单向阀(24)的进油口相连后接油箱(9)，第一液控单向阀(6)的控制油口与双向液压泵(2)的一端相连，第二液控单向阀(24)的控制油口与双向液压泵(2)的另一端相连，第一安全阀(8)与第二安全阀(25)出油口相连后接油箱(9)，辅助压力泵(16)的进油口与油箱(9)相连，辅助压力泵(16)的出油口分别与双向液压锁中的第一液控单向阀(11-1)和双向液压锁中的第二液控单向阀(11-2)控制油口相连接。
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