蓄能器在液压电梯中的应用研究.pdf

第 2期 总第 1 7 7 期 2 0 1 3年 4月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL E NGI NEE RI NG ＆ AUT0MATK N NO ．2 Apr ． 文章 编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 3 0 2 0 1 8 6 0 2 蓄能器在液压 电梯 中的应用研 究 韩向青 陕西省特种设备质量安全监 督检测 中心．陕西 西安7 1 0 0 4 8 摘 要介绍 了蓄能器 的结构特 点，举例说 明蓄能器在液压 电梯 中的应用 ，该应用可 以减少 能耗 ，取得 明显 的 节能效果。 关 键词蓄能器 ；液压 电梯 ；应用研 究 中图分 类号 TH1 3 7 ． 8 1 文献标识 码 B 0 引言 液压电梯的历史比较悠久， 早在 2 O世纪 5 O年代 ， 欧美国家已经开始使用液压 电梯。经 过几 十年 的发 展 ， 液压电梯产品逐渐成熟 ， 并且 已经标准化系列化 。 液压电梯具有机房 布置灵 活方便 、 建筑物井道结构不 承受负载力 、 井道 占用面积小 、 液压传动承载能力 大、 无级调速和运动平稳等优点 ， 在欧美等发达 国家得到 了广泛应 用 ， 那 里 l O层 以下建 筑 物所 用 到 的 电梯 7 O 为液压电梯 。在我国， 液压电梯的数量相对较少， 但 最 近几 年液压 电梯 的数量 逐渐 增多 ， 发展 突 飞猛 进 ， 特别是在汽车电梯和病床电梯中， 其应用越来越广泛。 目前在用的液压电梯基本上都不带配重。轿厢 的 上升过程是利用液压泵给油缸打压， 将活塞逐渐顶升； 轿厢的下降过程则利用轿厢 的自重将活塞压下 。在轿 厢下降过程中， 液压系统只起到阻尼和调控作用 ， 这样 就使得液压电梯能耗较大， 装机 功率低 。在 强调节能 环保的现代社会 中， 降低能耗是我们必须考虑的问题 ， 蓄能器就很好地解决 了这个问题 。液压电梯中使用蓄 能器的原理是在轿厢的下降过程中， 将 一部 分油压存 入 蓄 能器 中 ； 而 在 轿 厢 上 升 过 程 中 ， 蓄 能 器 会 释 放 油 压 ， 从而顶升活塞， 为轿厢的上升提供一部分动力 。 1 蓄能器结构及原理 1 ． 1蓄 能 器的结构 类型 目前蓄能器主要有活塞式 、 胶囊式和隔膜式 3种 ， 如 图 l 所 示 。 3 种蓄能器的特点如表 l 所示。 1 ． 2蓄 能器 的工作原 理 蓄能器是液压系统中很重要的安全辅件 。其工作 原理为 正常情况下将液压油储存在蓄能器内， 必要时 蓄能器将储存的液压油释放出来。蓄能器可以应用在 很多场合 ①在间隙工作的设备中储存能量 ， 节省泵 的 驱动功率 ； ②作为应急动力源 ， 例如在液压泵失效的情 况下作为动力源 ； ③作为泄漏损失的补偿 ； ④在周期工 作状态时可减少冲击和振动 ； ⑤在温度和压力变化情 况下进行体积补偿； ⑥在机械撞击情况下吸收冲击 ； ⑦ 在车辆 中作为悬挂元件等。 囵●囊 a 活塞 式蓄 能器 b 胶囊 式蓄能器 c 隔膜式蓄 能器 图 l 蓄能器结构示意图 表 l 3种蓄能器的特点 型式 活塞式 胶囊式 隔膜式 重量 较重 较轻 较轻 压缩比 无 限制 ≤ 41 ≤ 8{ I 响应时间 较慢 较快 较快 流量 L ／ mi n 1 2 0 0 1 2 0 0 1 2 0 位置控制 容易 难 难 产品成本 较高 较低 较低 容积范 围 L 1 ～1 5 0 0 0 ． 1 3 ～5 7 5 0 ． 0 7 5 ～3 ． 5 应用领域 广泛 广泛 车辆 囊式蓄能器外部壳体一般为合金钢， 内部为胶囊 ， 收稿 日期 2 0 1 2 一 l 0 2 4 ；修 回日期 2 0 1 2 - 1 1 1 5 作者 简介 ；韩 向青 1 9 8 6 一 ，男 ，陕西渭南人 ，助理工程师 ，在读工程硕士 ，主要从事电梯 、起重机械的监督检验 及定期检验工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 2期 韩向青 蓄能器在液压电梯中的应用研究 l 8 7 胶囊内部填充惰性气体， 一般为氮气。由于气体 的可 压缩性 ， 囊式蓄能器可 以储存或放 出压力油 。囊式蓄 能 器 的工作 原理 如 图 2所示 。图 2中 ， 为 蓄能器 的 气体容积 ， 为系统最低压力时的气体容积， 。为系 统最高压力时的气体容积， 为预充压力， P 为系统最 低压力时的气体压力 ， 为系统最高压力时 的气体压 力， △、 ， r 为气体压力在 P 和 P 之间变化时的容积变化。 ∞毒 图 2 曩 式 霄 能 器 工 作 原 理 状态 A 蓄能器处于预充压力下 ， 不承受液压系统 的压力 ， 此时蓄能器的油阀处于关闭状态 ， 切断蓄能器 和液压系统的连接 ， 同时也保护胶囊不受损坏。 状态 B 蓄能器处于最低工作压力下， 这时会有少 量的油液处于胶囊和油 阀之间， 使得油 阀处于打开状 态 ， 因此， P 必须是大于 P 。的。 状态 C 蓄能器处于最高工作压力下， 变化的容积 △ 代表了蓄能器在最低工作压力和最高工作压力之 间能够储存的油液的容积。 2 蓄能器应用在液压电梯 中的可行性研究 采用蓄能器为压力油源的液压电梯系统工作原理 见图 3 。当电梯上行 时， 电动机 7带动主油泵 8输出 液压油， 这些液压油同时由蓄能器 6排 出。一部分液 压油经过单 向阀 9 、 比例节流阀 1 O返 回泵的吸油 口。 另外大部分则通过方 向阀 1 1进入柱塞缸 1 3 ， 推动柱 塞杆向上移动 ， 通过钢丝绳 l 4 、 滑轮组 1 5带动轿厢 1 6 向上移动 。当电梯下行时， 主油泵不工作 ， 轿厢在 自重 作用下通过滑轮组 1 5 、 钢丝绳 1 4向下压缩柱塞杆 ， 柱 塞缸内排出的液压油经过方 向阀 1 1 、 比例节 流阀 1 O 被压人蓄能器 6内。比例节流阀 1 O的流量 由电子控 制器控制 ， 速度传感器 1 7 将 电梯轿厢的运行速度信号 传 回电子控制器 内构成闭环反馈。 该设计方案的节能原理是 当电梯上行时， 主油泵 8完全从蓄能器 6内吸油 ， 蓄能器 6 此时也在主动地 向外排油 ， 这样蓄能器就提供了一定的附加功率， 减少 了驱动主油泵的电动机 7所需的功率 ； 电梯下行时 ， 柱 塞缸 1 3 输 出的液压油在压力作用下被压入蓄能器 6 内， 部分电梯的势能转化为压力能储存在蓄能器内， 等 待电梯下次上行时再排出。该方案利用了蓄能器储存 压力油的特点 ， 将电梯下行的势能转化为压力能， 在电 梯上行时予以释放。该方案可以大大减少电动机的功 率 ， 具有很好的节能效果和应用前景。 1 一 油 箱 2 一 补 油 泵 I 3 9 一单 向闽 } 4 一 溢 流 阀 l 5 ， 1 2 一 压力 传 感 器 ； 6 一蓄能器 l 7 一电动机 ， 8 --主油泵 I 1 0 一比例节流阀 ， 1 1 一方 向阀I 1 3 一柱塞 缸} 1 4 一钢丝绳 ， 1 5 一滑轮组 ； 1 6 一电梯轿厢 ； 1 7 一速度传感器 图 3 采用蓄能器为压力油源 的液压 电梯系统工作原 理图 3结束 语 本文主要介绍 了蓄能器 在液压 电梯 中的一种应 用 ， 但只是从工作原理方面进行说明， 并未进行定量的 研究 ； 此外还介绍了蓄能器的主要结构特点。带有蓄 能器的液压电梯可以极大地提高电梯的工作效率 ， 减 少能耗 。有研究表明， 使用蓄能器 的液压电梯的有效 率为 6 O 左右， 不使用蓄能器的液压电梯的有效率为 3 6 左右。研究表明， 通过合理地设计压力油源及 蓄 能器的充气压力 ， 在不影响电梯的运行速度的前题下， 可保证电梯运行平稳 ， 舒适度高， 平层准确度 高， 并且 取得 明显 的节 能效果 。 参考文献 [ 1 ] 林建杰 ， 徐兵 。 杨华勇． 蓄能器作为压力油源的液压 电梯 节 能系统研究 [ J ] ． 中国机械工程 ， 2 0 0 3 ， 1 4 2 4 2 0 8 1 2 0 8 4 ． [ 2 ] 杜阳坚． 蓄能器在液压电梯 中应用[ J ] ． 江西科学， 2 0 0 6 ， 2 4 5 3 43 34 6． Ap pl i c a t i o n o f Ac c u mu l a t o r i n Hy d r a u l i c El e v a t o r HAN Xi a ng - qi n g S h a a n x i S p e c i a l Eq u i p me n t s I ns p e c t i o n Ce n t e r ，Xi ’ a n 7 1 0 0 4 8，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e s t r u c t u r a l f e a t u r e s o f a c c u mu l a t o r 。a n d i l l u s t r a t e s t h e a p p l i c a t i o n o f t h e a c c u mu l a t o r i n h y d r a u l i c e l e v a t o r wh i c h c a n r e d u c e e n e r g y c o n s u mp t i o n a n d a c h i e v e s i g n i f i c a n t e n e r g y s a v i n g ． Ke y wo r d s a c c u mu l a t o r ；h y d r a u l i c e l e v a t o r ；a p p l i c a t i o n s t u d y 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m