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二次調(diào)節(jié)靜液壓傳動(dòng)技術(shù)在液壓電梯中的應(yīng)用分析
發(fā)布時(shí)間：2017-09-01
前言
眾所周知，液壓電梯，尤其是傳統(tǒng)上采用節(jié)流調(diào)速的液壓電梯，由于節(jié)流和溢流能量損失大，長(zhǎng)期以來(lái)被人們認(rèn)為是高能耗電梯。 隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)及元?dú)饧圃旒夹g(shù)的發(fā)展，液壓電梯采用新的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，有效提高了能源利用率，大大降低了驅(qū)動(dòng)功率。
1 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的概念
二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)是對(duì)將液壓能與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的液壓元件所進(jìn)行的調(diào)節(jié)。 其主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面:
（1）位能回收：如液壓驅(qū)動(dòng)的卷?yè)P(yáng)起重機(jī)械。 由于卷?yè)P(yáng)機(jī)械中有位能變化， 采用二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)可以回收其位能。
（2）慣性能回收 ：如液壓驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)機(jī)械和實(shí)驗(yàn)裝置。 應(yīng)用二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)可對(duì)擺動(dòng)機(jī)械在頻繁的啟動(dòng)、 制動(dòng)過程中產(chǎn)生的慣性能， 進(jìn)行回收和再利用；
（3）群控節(jié)能：如群控作業(yè)機(jī)械。 對(duì)多臺(tái)周期性工作設(shè)備共用一個(gè)動(dòng)力源， 這樣既節(jié)省費(fèi)用又節(jié)約了能源。
2 系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)
本文所研究的液壓電梯二次調(diào)節(jié)靜液壓系統(tǒng)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(dòng)液壓泵系統(tǒng)組成。
2.1主油路
主油路是一種與普通閉式液壓系統(tǒng)不同的閉式回路，主要由變頻電動(dòng)機(jī)、液壓泵/馬達(dá) 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(dá)和蓄能器組成的閉環(huán)油路中循環(huán)流動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)轎箱的上升和下降動(dòng)作， 采用微機(jī)控制和變頻調(diào)速技術(shù)控制電梯運(yùn)行，保證運(yùn)行平穩(wěn)，平層定位準(zhǔn)確。
轎箱上升時(shí)，變頻器接收到上升指令后使電動(dòng)機(jī) 2正轉(zhuǎn)，同時(shí)，閥 1.2 得電，使液控單向閥 3.2 反向開啟，液壓泵/馬達(dá)向活塞缸供油，此時(shí)蓄能器具有壓力油，推動(dòng)主液壓泵向活塞缸供油， 使活塞桿克服轎箱的自重和負(fù)重使其上升， 當(dāng)?shù)竭_(dá)指定樓高平層后， 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，閥 1.2 失電，液控單向閥 3.2 關(guān)閉，活塞桿運(yùn)動(dòng)停止，使電梯保持不動(dòng)。
轎箱下降時(shí)，主要是利用轎箱的自重及載重實(shí)現(xiàn)，變頻器接收到下降指令后使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)，閥 1.1得電，使液控單向閥 3.1 反向開啟，此時(shí)在轎箱重量的作用下， 工作活塞缸側(cè)的油液壓力高于蓄能器的油液壓力， 因此工作活塞缸側(cè)的油液推動(dòng)液壓泵/馬達(dá)向蓄能器充油，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定樓高平層后，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，閥 1.1失電，液控單向閥 3.1 關(guān)閉，活塞桿運(yùn)動(dòng)停止，使電梯保持不動(dòng)。
2.2補(bǔ)油路
如圖 2 所示，閉式系統(tǒng)由于液壓元器件的泄漏，油液會(huì)越來(lái)越少，造成系統(tǒng)的油液不足，必須及時(shí)補(bǔ)充才能保證系統(tǒng)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(shí)從油箱吸油，避免泵的吸空。
當(dāng)系統(tǒng)的油液減少時(shí)， 蓄能器的最高充油壓力將會(huì)降低，當(dāng)降到一定值時(shí)，將無(wú)法保證轎箱上升到足夠的高度，影響電梯的正常運(yùn)行，必須保證蓄能器側(cè)具有足夠的油液。 因此，設(shè)計(jì)有輔助補(bǔ)油回路，由輔助電動(dòng)機(jī) 7、 輔助液壓泵 9、 電磁換向閥 10 和補(bǔ)油溢流閥 11等組成。
只有當(dāng)轎箱上升，由于泄漏油液不足時(shí)，才需要向蓄能器側(cè)油路補(bǔ)油，因此，在轎箱下降或停層時(shí)，輔助油泵處于泄荷狀態(tài)，轎箱上升時(shí)，如果檢測(cè)到蓄能器的壓降到最低規(guī)定值，則換向閥 10 得電，補(bǔ)油泵向蓄能器側(cè)油路供油， 保證系統(tǒng)有足夠的壓力推動(dòng)轎箱運(yùn)動(dòng)。
2.3手動(dòng)泵系統(tǒng)
如圖 3 所示，如果發(fā)生意外情況，電梯應(yīng)能夠進(jìn)行無(wú)電時(shí)的升降， 手動(dòng)泵系統(tǒng)在停電或是主液壓系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行等意外情況發(fā)生時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電梯臨時(shí)的應(yīng)急操作。
3 液壓電梯二次調(diào)節(jié)的節(jié)能原理
系統(tǒng)所采用的閉式回路二次調(diào)節(jié)方式， 充分利用了電梯的重力勢(shì)能， 使能量在電梯的重力勢(shì)能和蓄能器的壓力能之間來(lái)回轉(zhuǎn)換，有效提高了能量的利用率。
系統(tǒng)利用主液壓泵作為二次調(diào)節(jié)元件， 根據(jù)工作情況，轎箱上升時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，空載和具有負(fù)載時(shí)，主油泵將處于不同的工作狀態(tài)。
空載上升時(shí)， 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(qū)動(dòng)力矩， 所以主液壓泵處于馬達(dá)工況，使電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，回饋電流， 轎箱一阻力矩和電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力矩一起平衡蓄能器的驅(qū)動(dòng)力矩；當(dāng)電梯滿載上升時(shí)，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(qū)動(dòng)力矩，所以主液壓泵此時(shí)處于泵工況，蓄能器和電動(dòng)機(jī)一起驅(qū)動(dòng)泵轉(zhuǎn)，從而向工作油缸供油，使轎箱上升。
即上升時(shí)，
空載：T1=T2+T3
滿載：T1+T2'=T3
式中 T1、T2、T3、 和 T3―――蓄能器形成的驅(qū)動(dòng)力矩、電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力矩、 電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩以及工作活塞缸形成的阻力矩。
轎箱下降時(shí)，主電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，主液壓泵也有兩種不同的工作狀態(tài)， 當(dāng)轎箱形成的驅(qū)動(dòng)力矩小于蓄能器形成的阻力矩時(shí)，主液壓泵處于泵工況，即電動(dòng)機(jī)和液壓缸一起推動(dòng)泵轉(zhuǎn)，向蓄能器充油；當(dāng)轎箱形成的驅(qū)動(dòng)力矩大于蓄能器形成的阻力矩時(shí)， 主液壓泵處于馬達(dá)工況，電機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，形成的陰力矩與蓄能器形成的阻力矩與轎箱的驅(qū)動(dòng)力矩平衡。
即下降時(shí)，
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(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩、 電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力矩以及工作活塞缸形成的驅(qū)動(dòng)力矩。
電梯下行時(shí)的部分勢(shì)能可以在蓄能器中以壓力能的形式儲(chǔ)存起來(lái)， 電梯上行時(shí)再?gòu)男钅芷髦嗅尫磐苿?dòng)轎箱上升，利用蓄能器壓力來(lái)平衡部分負(fù)載重量，可以降低液壓動(dòng)力系統(tǒng)的裝機(jī)功率；采用微機(jī)控制系統(tǒng)，即時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的壓力變化情況， 利用變頻器驅(qū)動(dòng)主電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)液壓動(dòng)力系統(tǒng)的變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速，系統(tǒng)的輸入功率與負(fù)載所需功率完全匹配， 無(wú)節(jié)流損失和溢流損失，有效提高了能量的利用率。
4 小結(jié)
根據(jù)電梯的工作特性以及閉式液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理，液壓電梯采用二次調(diào)節(jié)靜液壓傳動(dòng)技術(shù)，通過二次元件的調(diào)節(jié)作用，利用蓄能器儲(chǔ)存電梯的重力勢(shì)能，并重新利用， 能大大降低驅(qū)動(dòng)功率， 起到良好的節(jié)能作用，改變了傳統(tǒng)的液壓電梯高耗能的狀況，為液壓電梯新技術(shù)的應(yīng)用研究提供一定的理論基礎(chǔ)。
摘自：中國(guó)計(jì)量測(cè)控網(wǎng)
