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二次調節靜液壓傳動技術在液壓電梯中的應用分析
發布時間：2017-09-01
前言
眾所周知，液壓電梯，尤其是傳統上采用節流調速的液壓電梯，由于節流和溢流能量損失大，長期以來被人們認為是高能耗電梯。 隨著液壓傳動技術及元氣件制造技術的發展，液壓電梯采用新的液壓傳動系統，有效提高了能源利用率，大大降低了驅動功率。
1 二次調節技術的概念
二次調節靜液傳動技術是對將液壓能與機械能互相轉換的液壓元件所進行的調節。 其主要應用在以下幾個方面:
（1）位能回收：如液壓驅動的卷揚起重機械。 由于卷揚機械中有位能變化， 采用二次調節靜液傳動技術可以回收其位能。
（2）慣性能回收 ：如液壓驅動擺動機械和實驗裝置。 應用二次調節靜液傳動技術可對擺動機械在頻繁的啟動、 制動過程中產生的慣性能， 進行回收和再利用；
（3）群控節能：如群控作業機械。 對多臺周期性工作設備共用一個動力源， 這樣既節省費用又節約了能源。
2 系統的組成及結構
本文所研究的液壓電梯二次調節靜液壓系統如圖1 所示，為滿足電梯的工況要求，主要由主工作油路、輔助油路和手動液壓泵系統組成。
2.1主油路
主油路是一種與普通閉式液壓系統不同的閉式回路，主要由變頻電動機、液壓泵/馬達 6、蓄能器 12 和單作用活塞缸組成，油液在單作用活塞缸、主液壓泵/馬達和蓄能器組成的閉環油路中循環流動， 實現轎箱的上升和下降動作， 采用微機控制和變頻調速技術控制電梯運行，保證運行平穩，平層定位準確。
轎箱上升時，變頻器接收到上升指令后使電動機 2正轉，同時，閥 1.2 得電，使液控單向閥 3.2 反向開啟，液壓泵/馬達向活塞缸供油，此時蓄能器具有壓力油，推動主液壓泵向活塞缸供油， 使活塞桿克服轎箱的自重和負重使其上升， 當到達指定樓高平層后， 電動機停轉，閥 1.2 失電，液控單向閥 3.2 關閉，活塞桿運動停止，使電梯保持不動。
轎箱下降時，主要是利用轎箱的自重及載重實現，變頻器接收到下降指令后使電動機反轉，同時，閥 1.1得電，使液控單向閥 3.1 反向開啟，此時在轎箱重量的作用下， 工作活塞缸側的油液壓力高于蓄能器的油液壓力， 因此工作活塞缸側的油液推動液壓泵/馬達向蓄能器充油，當到達指定樓高平層后，電動機停轉，閥 1.1失電，液控單向閥 3.1 關閉，活塞桿運動停止，使電梯保持不動。
2.2補油路
如圖 2 所示，閉式系統由于液壓元器件的泄漏，油液會越來越少，造成系統的油液不足，必須及時補充才能保證系統的正常工作。 主油路上的單向閥 4.1 和 4.2能夠在主要泵吸油不足時從油箱吸油，避免泵的吸空。
當系統的油液減少時， 蓄能器的最高充油壓力將會降低，當降到一定值時，將無法保證轎箱上升到足夠的高度，影響電梯的正常運行，必須保證蓄能器側具有足夠的油液。 因此，設計有輔助補油回路，由輔助電動機 7、 輔助液壓泵 9、 電磁換向閥 10 和補油溢流閥 11等組成。
只有當轎箱上升，由于泄漏油液不足時，才需要向蓄能器側油路補油，因此，在轎箱下降或停層時，輔助油泵處于泄荷狀態，轎箱上升時，如果檢測到蓄能器的壓降到最低規定值，則換向閥 10 得電，補油泵向蓄能器側油路供油， 保證系統有足夠的壓力推動轎箱運動。
2.3手動泵系統
如圖 3 所示，如果發生意外情況，電梯應能夠進行無電時的升降， 手動泵系統在停電或是主液壓系統無法正常運行等意外情況發生時可以實現電梯臨時的應急操作。
3 液壓電梯二次調節的節能原理
系統所采用的閉式回路二次調節方式， 充分利用了電梯的重力勢能， 使能量在電梯的重力勢能和蓄能器的壓力能之間來回轉換，有效提高了能量的利用率。
系統利用主液壓泵作為二次調節元件， 根據工作情況，轎箱上升時電動機正轉，空載和具有負載時，主油泵將處于不同的工作狀態。
空載上升時， 轎箱作用在活塞桿上形成的阻力矩小于蓄能器作用在主液壓泵上形成的驅動力矩， 所以主液壓泵處于馬達工況，使電動機處于再生制動狀態，回饋電流， 轎箱一阻力矩和電動機的制動力矩一起平衡蓄能器的驅動力矩；當電梯滿載上升時，轎箱作用在活塞桿上形成的阻力矩大于蓄能器作用在主液壓泵上形成的驅動力矩，所以主液壓泵此時處于泵工況，蓄能器和電動機一起驅動泵轉，從而向工作油缸供油，使轎箱上升。
即上升時，
空載：T1=T2+T3
滿載：T1+T2'=T3
式中 T1、T2、T3、 和 T3―――蓄能器形成的驅動力矩、電動機的制動力矩、 電動機的驅動力矩以及工作活塞缸形成的阻力矩。
轎箱下降時，主電動機反轉，主液壓泵也有兩種不同的工作狀態， 當轎箱形成的驅動力矩小于蓄能器形成的阻力矩時，主液壓泵處于泵工況，即電動機和液壓缸一起推動泵轉，向蓄能器充油；當轎箱形成的驅動力矩大于蓄能器形成的阻力矩時， 主液壓泵處于馬達工況，電機處于再生制動狀態，形成的陰力矩與蓄能器形成的阻力矩與轎箱的驅動力矩平衡。
即下降時，
空載：T1=T2+T3
滿載：T1+T2'=T3
式中 T1、T2、T3、和 T3―――蓄能器形成的阻力矩 、電動機的驅動力矩、 電動機的制動力矩以及工作活塞缸形成的驅動力矩。
電梯下行時的部分勢能可以在蓄能器中以壓力能的形式儲存起來， 電梯上行時再從蓄能器中釋放推動轎箱上升，利用蓄能器壓力來平衡部分負載重量，可以降低液壓動力系統的裝機功率；采用微機控制系統，即時檢測系統的壓力變化情況， 利用變頻器驅動主電動機，實現液壓動力系統的變轉速容積調速，系統的輸入功率與負載所需功率完全匹配， 無節流損失和溢流損失，有效提高了能量的利用率。
4 小結
根據電梯的工作特性以及閉式液壓傳動系統原理，液壓電梯采用二次調節靜液壓傳動技術，通過二次元件的調節作用，利用蓄能器儲存電梯的重力勢能，并重新利用， 能大大降低驅動功率， 起到良好的節能作用，改變了傳統的液壓電梯高耗能的狀況，為液壓電梯新技術的應用研究提供一定的理論基礎。
摘自：中國計量測控網
