【導(dǎo)讀】芆蚃螞膆膂艿螅罿肈莈袇膄莆莈薇羇節(jié)莇蠆膂羋莆袁肅膄蒞羃袈蒃莄蚃肄荿莃螅袆芅莂袈肂膁蒂薇裊肇蒁蝕肀莆蒀螂袃莂葿羄膈羋蒈蚄羈膄蕆螆膇肀蒆衿罿莈蒆薈膅芄薅蟻羈膀薄螃膃肆薃裊羆蒅薂蚅蝿莁薁螇肄芇薁衿袇膃薀蕿肅聿蕿蟻裊莇蚈螄肁芃蚇袆襖腿蚆薆聿膅蚅螈袂蒄蚅袀膈莀蚄羃羀芆蚃螞膆膂艿螅罿肈莈袇膄莆莈薇羇節(jié)莇蠆膂羋莆袁肅膄蒞羃袈蒃莄蚃肄荿莃螅袆芅莂袈肂膁蒂薇裊肇蒁蝕肀莆蒀螂袃莂葿羄膈羋蒈蚄羈膄蕆螆膇肀蒆衿罿莈蒆薈膅芄薅蟻羈膀薄螃膃肆薃裊羆蒅薂蚅蝿莁薁螇肄芇薁衿袇膃薀蕿肅聿蕿蟻裊莇蚈螄肁芃蚇袆襖腿蚆薆聿膅蚅螈袂蒄蚅袀膈莀蚄羃羀芆蚃螞膆膂艿螅罿肈莈袇膄莆莈薇羇節(jié)莇蠆膂羋莆袁肅膄蒞羃袈蒃莄蚃肄荿莃螅袆芅莂袈肂膁蒂薇裊肇蒁蝕肀莆蒀螂袃莂葿羄膈羋蒈蚄羈膄蕆螆膇肀蒆衿罿莈蒆薈膅芄薅蟻羈膀薄螃膃肆薃裊羆蒅薂蚅蝿莁薁螇肄芇薁衿袇膃薀蕿肅聿蕿蟻裊莇蚈螄肁芃蚇袆襖腿蚆薆聿膅蚅螈袂蒄蚅袀膈莀蚄羃羀芆蚃螞膆膂艿螅罿肈莈袇膄莆莈薇羇

　　

【正文】 我國(guó)液壓電梯的研制開(kāi)發(fā)工作始于 1977 年，在當(dāng)時(shí)的第一機(jī)械部起重機(jī)械研究所主持下，試制了兩臺(tái)采用通用液壓元件的液壓電梯，但由于經(jīng)驗(yàn)不足，一些技術(shù)指標(biāo)未能達(dá)到預(yù)期的性能要求 [9]。 1984 年浙江大學(xué)流體與控制研究所與天津電梯研究所合作，成功研制出兩臺(tái)采用流量反饋電液比例控制的液壓電梯，性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并于 1985 年通過(guò)了浙江省鑒定。近年來(lái)，我國(guó)液壓電梯的研究、開(kāi)發(fā)和使用發(fā)展很快，國(guó)產(chǎn)液壓電梯新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，相繼投放市場(chǎng)。目前，許多電梯廠(chǎng)家都已能生產(chǎn)各種液壓 電梯，并正努力提高液壓電梯的國(guó)產(chǎn)化水平，產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質(zhì)量都得到了進(jìn)一步的提高 [6]。 液壓電梯不僅具有運(yùn)行平穩(wěn)、舒適性好、故障率低、安裝靈活等特點(diǎn)，而且能達(dá)到整體協(xié)調(diào)、豪華和重載的要求，因此，液壓電梯首先可以用做商場(chǎng)、賓館、高級(jí)飯店、體育場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)等豪華建筑和古典建筑中的觀(guān)光電梯與重載電梯。隨著人們居住條件的不斷改善，在一些舊房改建中需增設(shè)電梯的場(chǎng)合，不需頂層機(jī)房的液壓電梯將具有很大優(yōu)勢(shì)，特別是一些需要保證外觀(guān)及內(nèi)在建筑風(fēng)格的古典建筑中安裝電梯，液壓電梯更是由于安裝方便、性能良好及較低的故障率成為用戶(hù)的最 佳的通常也是唯一的選擇。另外是一些特殊使用場(chǎng)合，如車(chē)用電梯、船用平臺(tái)等，由于液壓電梯具有功率重量比大、安裝靈活等特點(diǎn)，將會(huì)使液壓電梯壟斷這一領(lǐng)域 [10]。對(duì)于辦公樓、圖書(shū)館、醫(yī)院、實(shí)驗(yàn)樓、地下工程等建筑中使用的電梯，這類(lèi)電梯雖然己有少量定貨，但還有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。這些液壓電梯市場(chǎng)的啟動(dòng)，將推動(dòng)液壓電梯生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，成本進(jìn)一步降低。促使更多的資金投入研究，從而提高其性能，形成一種良性循環(huán)。 液壓電梯工作原理概述 液壓電梯作為除電動(dòng)電梯之外的另外一個(gè)電梯種類(lèi)，其工作原理和曳引電梯有很大的不同。液 壓電梯是通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)的泵傳遞液壓油到油缸，柱塞 (或者活塞 )通過(guò)直接或間接的方式作用于轎廂，實(shí)現(xiàn)轎廂上行 :通過(guò)載荷和轎廂重力的作用使油缸中的液壓油流回到油箱，實(shí)現(xiàn)轎廂下行 [13]。 液壓電梯的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)主要部件 : (a)、液壓泵站，即電機(jī)、油泵、油箱。油泵是將電動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流動(dòng)油液的壓力能。油箱包括控溫元件、濾油器、消音器及油管等輔件，以保證液壓系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、持久的工作 。 (b)、控制閥，它是由多種閥組合而成的控制閥塊，控制液壓油的流向、速度及加減速度，從而使轎廂達(dá)到良好的運(yùn)行性能 。 (c)、油缸，動(dòng)力執(zhí)行元件，將油液的壓力能轉(zhuǎn)換為與其直接聯(lián)接的轎廂運(yùn)動(dòng)機(jī)械能。 (d)、牽引裝置，液壓缸的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)牽引裝置來(lái)牽引電梯轎廂的運(yùn)動(dòng)。 轎廂的運(yùn)動(dòng)是由電力驅(qū)動(dòng)的泵使具有壓力的液壓油通過(guò)控制閥和管路從油箱流入液壓缸，或從液壓缸流回油箱來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？刂崎y及油泵電機(jī)靠機(jī)房?jī)?nèi)的控制柜來(lái)控制。 液壓電梯的控制系統(tǒng)是一個(gè)速度控制系統(tǒng)。其工作過(guò)程是這樣的 :當(dāng)液壓電梯上行時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)油泵迫使一部分油液進(jìn)入油缸，推動(dòng)柱塞以一定的加速度伸出油缸 。接著油泵輸出的油液全部進(jìn)入油缸，轎廂以額定速度運(yùn)行 。當(dāng)轎廂接近所選層 站時(shí)，液壓電梯捕捉到井道中的減速信號(hào)，通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)入油缸的油液減少，使轎廂以平層速度運(yùn)行，通常在 。當(dāng)轎廂與所選層站水平時(shí)，電梯又捕捉到井道中的停止信號(hào)，控制系統(tǒng)關(guān)閉所有的上行閥，隨后油泵電機(jī)停止工作，電梯停在所選層站，同時(shí)液壓控制系統(tǒng)中的單向閥阻止油液流回油箱，轎廂保持靜止。為了使轎廂下行，電器操縱的下行閥打開(kāi)，靠轎廂重力及載荷使油液通過(guò)控制閥以一定的流量流回油箱，柱塞縮回到油缸中，從而實(shí)現(xiàn)轎廂下行，其加減速度與上行時(shí)基本相同 [22]。 液壓電梯與電動(dòng)電梯相比，由于技術(shù)實(shí)現(xiàn)上完全 不同，因此具有其本身的一些特點(diǎn)：液壓系統(tǒng)功率重量比大，而且傳送距離長(zhǎng)，因此機(jī)房面積小且設(shè)置靈活；一般不帶配重，因此減小了井道尺寸 。載重可通過(guò)油缸直接作用在地基上，因此載重量大，而且井道不受力，降低了建筑費(fèi)用。上述特點(diǎn)使得液壓電梯適合于中低層建筑 (40m)、大載重 (1t)、舊屋改造等場(chǎng)合，如倉(cāng)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等等，或者在古典建筑、舊房中增設(shè)電梯。因此，盡管液壓電梯存在著提升高度低、速度低等局限性而受到曳引電梯的巨大挑戰(zhàn)，但上述優(yōu)勢(shì)使得液壓電梯依然在市場(chǎng)中占有可觀(guān)的份額，而且技術(shù)的進(jìn)步使其依然具有很好的發(fā) 展前景。 液壓電梯的技術(shù)特點(diǎn) 液壓電梯的性能要求 電梯工業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在電梯制造與安裝安全規(guī)范、電梯技術(shù)條件、電梯試驗(yàn)方法、電梯鋼絲繩、電梯轎廂、井道、轎廂等各方面都已形成各種嚴(yán)格的技術(shù)要求和安裝規(guī)范，己形成統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) [11]。液壓電梯除了要滿(mǎn)足這些要求外，在電梯性能方面，也需要滿(mǎn)足以下幾項(xiàng)指標(biāo)： 1）、安全可靠性、穩(wěn)定性 液壓電梯作為一種載人的交通工具，安全性要求十分重要，電梯要求故障率小，應(yīng)急設(shè)施齊全，在任何正常工況 (負(fù)載變化、油溫變化、電網(wǎng)擾動(dòng) )下，均能按要求的運(yùn)行曲線(xiàn)反 復(fù)保持可靠地運(yùn)行，不得有漏油現(xiàn)象。 2）、經(jīng)濟(jì)性 液壓電梯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，維護(hù)費(fèi)用低廉，是其保持強(qiáng)有力的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的根本。 3）、舒適性 特別對(duì)于乘客液壓電梯，其舒適性的好壞至關(guān)重要。人們常常將上浮感、下沉感、不穩(wěn)定感等統(tǒng)稱(chēng)為不舒適感，產(chǎn)生這種不舒適感的主要原因是人對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)往往比較敏感，尤其是在電梯的加速或者減速段。 液壓電梯的優(yōu)點(diǎn) 液壓電梯與其它驅(qū)動(dòng)方式 (如曳引電梯 )的垂直運(yùn)輸工具相比，具有以下優(yōu)點(diǎn) [12]: 1）、機(jī)房設(shè)置靈活。液壓電梯靠油管傳遞動(dòng)力，因此，機(jī)房位置可設(shè)置在離井道周?chē)?20m的范圍內(nèi)，且機(jī)房面積僅 45m，再也不需要用傳統(tǒng)方式將機(jī)房設(shè)置在井道上部，可使建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。 2）、井道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較低。因液壓電梯轎廂自重及載重等垂直負(fù)荷均通過(guò)液壓缸全部作用于地基上，對(duì)井道墻及頂部的建筑性能要求低。 3）、井道利用率高。一般液壓電梯不設(shè)置對(duì)重裝置，故可提高井道面積的利用率。相同規(guī)格的液壓電梯要比曳引電梯的井道面積少 12%。 4）、結(jié)構(gòu)緊湊。在相同主參數(shù)情況下，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)比曳引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積小、重量輕。 液壓電梯的缺點(diǎn) 由于輸入功率、控制及結(jié)構(gòu)等條件的限制，一般液壓電梯的 升程有限 (40m)，速度不高 (lm/s 以下 )。 需要輸入的功率大。因?yàn)橐簤弘娞莶辉O(shè)配重，在額定載重量、額定速度及提升高度相同的情況下，液壓電梯所需要的電機(jī)功率是曳引電梯的 ，因?yàn)橐簤弘娞菖涮椎膭?dòng)力電路容量比曳引電梯大。盡管液壓電梯電機(jī)只在上行時(shí)工作，但其能量消耗至少為同等曳引電梯的 2倍左右。 溫度及載荷變化對(duì)液壓電梯的起制動(dòng)、加減速有一定的影響。液壓電梯的動(dòng)態(tài)速度模型隨著環(huán)境的變化會(huì)有所變化，增加了控制難度。 由于溫度的變化和泄漏等因素的影響，當(dāng)轎廂較長(zhǎng)時(shí)間停在某層站時(shí)會(huì)下沉，因此必須采取措施防止 轎廂下沉 [12]。 本論文的選題意義及研究?jī)?nèi)容 本論文的選題意義 由于液壓電梯具有機(jī)房設(shè)置靈活、對(duì)井道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求低、運(yùn)行平穩(wěn)、載重量大 , 以及故障率低等優(yōu)點(diǎn) , 在國(guó)外中、低層建筑中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍 。由于 我國(guó)對(duì)液壓電梯的研制、開(kāi)發(fā)起步較晚 , 雖已有一些單位開(kāi)展研究、生產(chǎn) , 但國(guó)產(chǎn)化程度不高 , 主要依靠進(jìn)口。隨著今后人民生活水平的日益提高 , 多層建筑也將安裝電梯 , 而液壓電梯則是最適宜的機(jī)種。另外 , 舊房改造對(duì)液壓電梯也將會(huì)有大量而迫切的需要。在一些特殊的使用場(chǎng)合 , 如汽車(chē)梯、船用平臺(tái)等 , 由于液壓電梯具有功率重量比大、設(shè)置安裝靈活的優(yōu)點(diǎn) , 尤其適用。對(duì)于這些大載重量電梯 , 宜采用對(duì)稱(chēng)布置的雙缸直頂支承方式 , 可使轎廂處于相當(dāng)平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)此類(lèi)液壓電梯的研制還比較少，而且研究水平還處在一個(gè)較低的水平。 為適應(yīng)國(guó)內(nèi)這種形勢(shì)，最重要的是利用現(xiàn)有技術(shù)力量，投入必要的資金，開(kāi)展液壓電梯的研發(fā)，選擇適用的控制策略，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理方法來(lái)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。為徹底解決國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題，并將液壓電梯迅速推向市場(chǎng)，必須優(yōu)化液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng)，使得電梯的運(yùn)行性能達(dá)到國(guó)際水平的前提下，大 幅度降低造價(jià)，以促進(jìn)液壓電梯在國(guó)內(nèi)大規(guī)模的廣泛使用。 本論文在對(duì)液壓電梯的具體工作情況做了詳細(xì)分析后，設(shè)計(jì)了一個(gè)較優(yōu)化的電梯 液壓系統(tǒng)，然后根據(jù)轎廂的載重和計(jì)劃運(yùn)行速度，對(duì)各個(gè)液壓元件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，最后結(jié)合實(shí)際情況對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真，得出系統(tǒng)運(yùn)行的曲線(xiàn)。這樣更直觀(guān)的模擬出了電梯在運(yùn)行過(guò)程中的速度、壓力和位移的曲線(xiàn)的變化。針對(duì)電梯在啟動(dòng)和平穩(wěn)運(yùn)行過(guò)程中速度的振動(dòng)較大的情況，本文中在液壓系統(tǒng)中加入了 PID 控制算法，從而有效降低了系統(tǒng)的誤差，減少了電梯運(yùn)行的速度振動(dòng)，增強(qiáng)了電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性和舒適性。 本論文的研究?jī)?nèi)容 1）、電梯液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在以前的液壓電梯系統(tǒng)中，很多都采用單缸支承， 由于重載液壓電梯的轎廂尺寸一般較大 , 綜合結(jié)構(gòu)剛度較差， 這種支承方式 偏載較大時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響電梯的運(yùn)行平衡性 , 加劇導(dǎo)軌的磨損。本論文中采用雙缸支承電梯轎廂如圖 11，這種方式在電梯運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)液壓缸同時(shí)對(duì)轎廂提供牽引力，這樣不僅節(jié)約了在電梯運(yùn)行時(shí)液壓缸的行程，降低了液壓缸的制造成本和安裝空間，而且保證了電梯運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性和安全性。 1為電梯轎廂 2為支承液壓缸 圖 11 液壓電梯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖