CN110436282A - 用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电梯安全系统技术领域，公开了一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，包括电梯控制系统主机、阻尼限速装置主控单元和阻尼限速装置；阻尼限速装置主控单元与电梯控制系统主机电性连接；阻尼限速装置包括变速箱以及与变速箱从动轴连接的上升减速装置和下降减速装置；阻尼限速装置还包括液压油箱；上升减速装置和下降减速装置分别与阻尼限速装置主控单元电性连接。电梯减速时，阻尼限速装置介入，减少电机再生电流的产生，从而减少发热电阻发热。阻尼限速装置可以在电梯出现故障时降低轿厢坠落速度，保证乘坐人员的安全，还可以根据轿厢载重降低电梯能耗，起到节能作用。

Description

用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统

技术领域

本发明涉及一种电梯安全系统，特别涉及一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统。

背景技术

电梯的变频调速系统中，电机在降速过程中会产生再生电流，目前处理再生电流的方式主要是将再生电流通过制动电阻转化为热能。该方法发热量大，提高了周围环境温度，使得附近元器件无法正常散热，提高了元器件损坏的几率。现有电梯常出现制动器抱闸时间滞后或者制动器下闸但制动力矩不足，常出现电梯“溜梯”现象，目前还没有很好地解决措施；现有的电梯在轿厢轻载上升和重载下降时平衡落差较大，使得电梯运行耗电增加。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，可以减少电梯减速和停机过程中电机产生的再生电流，从而减少制动电阻产生的热量；还可以防止电梯出现坠落、冲顶和开门溜梯，并在电梯运行过程中动态节约电梯能耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，包括电梯控制系统、阻尼限速装置主控单元和阻尼限速装置；所述阻尼限速装置主控单元与电梯控制系统电性连接；所述阻尼限速装置包括变速箱以及与变速箱从动轴连接的上升减速装置和下降减速装置；所述阻尼限速装置还包括液压油箱；所述上升减速装置和下降减速装置分别与阻尼限速装置主控单元电性连接。在电梯即将到达指定楼层时需要将运行速度逐渐降至零，阻尼限速装置介入，从而减少电机再生电流的产生，减少发热电阻需要处理的能量，减少发热。阻尼限速装置还可以在电梯出现故障时降低轿厢坠落速度，保证乘坐人员的安全。

进一步的是：所述变速箱主动轴与电梯曳引机的转轴通过联轴器连接。将阻尼限速装置安装在电梯顶楼，变速箱直接与电梯曳引机转轴连接，通过对电梯曳引机提供反向作用力，降低电梯曳引机主轴的转速。

进一步的是：所述变速箱主动轴上设置有减速齿轮，减速齿轮与电梯齿条啮合。将阻尼限速装置安装在轿厢顶部或者底部，变速箱主轴通过降低减速齿轮的转速，降低轿厢运行速度，达到限速的功能。阻尼限速装置安装在轿厢顶部或者底部时，阻尼限速装置通过随行电缆与阻尼限速装置主控单元电性连接。

进一步的是：所述上升减速装置包括电磁离合器、液压泵、节流阀和电磁阀；所述电磁离合器一端与变速箱的从动轴连接，另一端与液压泵连接；所述液压泵、液压油箱、节流阀和电磁阀组成一个液压回路；所述液压回路上还设置有两个压力传感器；所述节流阀并联有油压调节装置；所述电磁离合器、压力传感器、电磁阀和油压调节装置均与阻尼限速装置主控单元电性连接。液压回路中的电磁阀通电导通，电梯需要减速时，电磁离合器吸合，油压调节装置用于控制液压回路的液压，使液压泵对变速箱的从动轴施加反向作用力，降低变速箱从动轴的转速。两个压力传感器的检测结果互相比较，通过比较两个压力传感器的误差大小可以判断压力传感器是否损坏。当电梯门开启时，电磁离合器吸合，电磁阀关闭，油压调节装置也关闭，此时液压回路堵死，液压回路中压力最大，可以防止电梯出现溜梯和坠落的现象。

进一步的是：所述电磁离合器通电吸合或者断电吸合。断电吸合式离合器成本高，可单独使用；通电吸合式电磁离合器成本相对较低，但是需要外接UPS电源配合使用。

进一步的是：所述下降减速装置结构与上升减速装置相同。轿厢上升过程中减速则上升减速装置介入；轿厢下降过程中减速则下降减速装置介入，上升减速和下降减速分开控制，提高电梯运行的可控性。

进一步的是：所述电磁离合器采用通电吸合方式时，变速箱从动轴上还连接有紧急制动装置；所述紧急制动装置包括紧急制动离合器、液压泵和节流阀；所述紧急制动离合器一端与变速箱的从动轴连接，另一端与液压泵连接；所述液压泵、液压油箱和节流阀组成一个液压回路；所述节流阀并联有液压缓冲器；所述紧急制动离合器与阻尼限速装置主控单元电性连接。当电梯发生故障如断电、坠落或者超速时，紧急制动离合器吸合，紧急制动装置介入，短时间内将轿厢速度降至10cm/s以下。所述液压缓冲器用于缓冲液压回路中瞬间增大的压力，避免输液管道因为瞬间的压力破损。

进一步的是：所述紧急制动离合器通电断开，断电吸合。电梯正常运行时紧急制动离合器保持通电断开，电梯断电或者失控时，紧急制动离合器断电吸合，紧急制动装置介入，防止电梯坠落，提高了电梯的安全性。

进一步的是：所述上升减速装置、下降减速装置和紧急制动装置公用一个液压油箱。将液压油集中地一个油箱中，可减少维护成本。

进一步的是：所述阻尼限速装置还包括温度传感器和用于检测变速箱主轴转速和转向的转速传感器；所述温度传感器和转速传感器均与阻尼限速装置主控单元电性连接。温度传感器用于检测油箱中液压油的温度；转速传感器用于检测轿厢的运行速度和运行方向，并将测得的信号传输至阻尼限速装置主控单元中，阻尼限速装置主控单元将该信号与电梯控制系统提供的电梯运行速度信号比较，避免信号错误。

附图说明

图1为阻尼限速装置安装方式一结构示意图；

图2为阻尼限速装置安装方式二结构示意图；

图3为上升减速装置液压回路示意图；

图4为紧急制动装置液压回路示意图；

图5为采用比例阀时上升减速装置或下降减速装置的油压与曳引机转速的函数关系图；

图6为采用多个电磁阀并联时上升减速装置或下降减速装置的油压与曳引机转速的函数关系图；

图7为紧急制动装置工作时油压与时间函数关系图；

图8为轿厢载重轻上升时油压和载重的函数关系图；

图9为轿厢载重大下降时油压和载重的函数关系图；

图10为电梯控制系统发出信号图；

图11为阻尼限速装置主控单元元器件连接示意图。

图中标记为：100、电梯控制系统；110、电梯曳引机；120、电梯齿条；200、阻尼限速装置主控单元；300、变速箱；302、减速齿轮；310、上升减速装置；311、电磁离合器；312、液压泵；313、压力传感器；314、节流阀；315、电磁阀；316、液压油箱；317、油压调节装置；320、下降减速装置；330、紧急制动装置；331、紧急制动离合器；332、液压缓冲器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，包括电梯控制系统100、阻尼限速装置主控单元200和阻尼限速装置；所述阻尼限速装置主控单元200与电梯控制系统100电性连接；所述阻尼限速装置包括变速箱300以及与变速箱300从动轴连接的上升减速装置310和下降减速装置320；所述阻尼限速装置还包括液压油箱316；所述上升减速装置310和下降减速装置320分别与阻尼限速装置主控单元200电性连接。变速箱300可选用伞齿轮变速箱或者斜齿锥齿轮变速箱等变速装置，具体可采用T系列螺旋锥伞齿换向器、VS/HD螺旋锥齿轮换向器、ARA螺旋锥齿轮转向箱等众多系列的变速换向器。

实际使用时电梯控制系统100会将电梯运行信息发送至阻尼限速装置主控单元200中，包括电梯上升信号、上升减速信号、上升超速信号、下降信号、下降减速信号、下降超速信号、上升冲顶信号、电梯实时载重信号以及电梯门是否打开信号；阻尼限速装置主控单元200根据接收到的信号对阻尼限速装置发出指令，动态调整电梯运行速度。阻尼限速装置主控单元200采用可编程工控机，可选用PLC或者单片机，具体可选用西门子或者三菱PLC。

在上述基础上，如图1所示，所述变速箱300主动轴与电梯曳引机110的转轴通过联轴器连接。阻尼限速装置可按装在电梯顶层，将变速箱300直接与电梯曳引机110连接，通过变速箱300改变电梯曳引机110的转速控制轿厢运行速度。本实例中的阻尼限速装置安装在电梯顶层，与电梯曳引机110的转轴连接。

在上述基础上，如图2所示，所述变速箱300主动轴上设置有减速齿轮302，减速齿轮302与电梯齿条120啮合。将阻尼限速装置安装在轿厢顶部或者底部，通过控制变速箱300减速齿轮302的转速实现控制轿厢运行速度，当曳引钢绳断裂时，阻尼限速装置仍可对轿厢速度进行限制，提高电梯运行的安全性。

在上述基础上，如图1所示，所述上升减速装置310包括电磁离合器311、液压泵312、节流阀314和电磁阀315；所述电磁离合器311一端与变速箱300的从动轴连接，另一端与液压泵312连接；所述液压泵312、液压油箱316、节流阀314和电磁阀315组成一个液压回路；所述液压回路上还设置有两个压力传感器313；所述节流阀314并联有油压调节装置317；所述电磁离合器311、压力传感器313、电磁阀315和油压调节装置317均与阻尼限速装置主控单元200电性连接。所述油压调节装置317可以采用比例阀，还可以使用多个并联的电磁阀代替比例阀，采用比例阀时液压回路中的油压变化平顺，曳引机转速与油压函数关系示意图如图5所示，随着油压逐渐增大，曳引机转速的下降，直至轿厢完全停止到指定楼层；采用多个并联电磁阀代替比例阀时，曳引机转速与油压函数关系示意图如图6所示，电梯开始减速时，依次关闭单个并联的电磁阀，曳引机转速随之下降，直到轿厢停止在指定楼层，再将与节流阀串联的电磁阀关闭，此时液压回路完全堵死，油压最大，可防止电梯发生溜梯和坠落；比例阀价格高，采用多个电磁阀并联的方式替代比例阀可降低成本，本实例中采用比例阀控制油压，具体可选用EBG-06-H-10、EBG-06-C-10等多种规格型号的比例溢流阀，还可采用DBEM30-30B/315、DBEM30-30/315Y等型号的比例溢流阀。电磁阀可选用DSG-01-3C2-D24-N1-50/3C6/2B2等多种规格型号的电磁阀。压力传感器313用于监测液压回路中的压力大小，两个压力传感器313的测量值相差超过5％则说某个传感器故障，方便判断维修，具体的可采用具有监测液体压力功能的压力变送器，本实例中采用CYYZ11型号的压力变送器监测液压回路的压力。

液压泵312可选用齿轮泵或者叶片泵，具体可选用CBFG系列、CBFA系列、CBFC系列或者CBNF系列齿轮泵或其他能够起到相同作用的泵均可；

在上述基础上，所述电磁离合器311通电吸合或者断电吸合。电梯上升时，上升减速装置310对应的电磁离合器311吸合，下降减速装置320对应的电磁离合器311断开；电梯下降时，下降减速装置320对应的电磁离合器311吸合，上升减速装置310对应的电磁离合器311断开；断电吸合式离合器成本高，可单独使用；通电吸合式电磁离合器成本相对较低，但是需要外接UPS电源配合使用。实际使用时可根据成本选用合适的电磁离合器的种类。电磁离合器311可选用湿式多片电磁离合器，可选用DLM系列或者DDL系列，还可以选用牙嵌式电磁离合器DLY系列、DLYH系列等其他型号的离合器或其他分离合装置。

在上述基础上，如图1所示，所述下降减速装置320结构与上升减速装置310相同。

在上述基础上，如图1所示，所述电磁离合器311采用通电吸合方式时，变速箱300从动轴上还连接有紧急制动装置330；所述紧急制动装置330包括紧急制动离合器331、液压泵312和节流阀314；所述紧急制动离合器331一端与变速箱300的从动轴连接，另一端与液压泵312连接；所述液压泵312、液压油箱316和节流阀314组成一个液压回路；所述节流阀314并联有液压缓冲器332；所述紧急制动离合器331与阻尼限速装置主控单元200电性连接。

实际使用时，若上升减速装置310和下降减速装置320对应的电磁离合器311均选用断电吸合式离合器，当电梯发生断电情况时，两个电磁离合器311断电吸合，油压控制装置317和电磁阀315都断电闭合，液压回路堵死，油压达到最大，变速箱300从动轴提供的反作用力最大，此时上升减速装置310和下降减速装置320起到了防止电梯坠落的作用，则可以免去紧急制动装置330，占用更少的设备空间。为降低液压回路中瞬间升高的油压对输油管的压力，电磁阀315外接延时断电电路，通过继电器控制，电梯正常运行时继电器将延时断电电路断开，电磁阀315由阻尼限速装置主控单元200供电；当电梯断电或者失控时，继电器将延时断电电路导通，电磁阀315由延时断电电路供电；延时供电电路包括电源和延时继电器，延时继电器通电几秒后自动断开，使得电磁阀315延时几秒关闭，减少液压回路中瞬间升高的油压对输油管壁的压力。

若上升减速装置310和下降减速装置320的电磁离合器311均采用通电吸合方式时，当电梯发生故障如断电、坠落或超速时，紧急制动离合器331吸合，紧急制动装置330介入，短时间内将轿厢速度降至10cm/s以下。所述液压缓冲器332用于缓冲液压回路中瞬间增大的压力，避免输液管道因为瞬间的压力破损，紧急制动装置330的油压和时间的函数关系如图7所示，由于液压缓冲器332的作用，油压在2s内升至最大值，避免了瞬间高压对输油管壁的破坏。

在上述基础上，如图1所示，所述紧急制动离合器331通电断开，断电吸合。

在上述基础上，如图1所示，所述上升减速装置310、下降减速装置320和紧急制动装置330共用一个液压油箱316。

在上述基础上，如图1所示，所述阻尼限速装置还包括温度传感器和用于检测变速箱300主轴转速和转向的转速传感器；所述温度传感器和转速传感器均与阻尼限速装置主控单元200电性连接。可采用霍尔式转速传感器或者转速编码器测量转速，本实例中采用欧姆龙E6B2-CWZ6C 100P/R编码控制器作为转速传感器；温度传感器可选用WZPK/E系列热电偶或者pt100等温度传感器，本实例中采用pt100温度传感器。

电梯实际使用时，当轿厢载重轻上升或者轿厢载重大下降时，电梯曳引机110的能耗很大，本系统在轿厢载重轻上升和轿厢载重大下降时可利用阻尼限速系统的限速实现节能的功能。

电梯的平衡系数通常为0.4-0.5之间，本例中电梯平衡系数取0.5轿厢自重3t，最大载重5t，根据对重块+对重架＝轿厢自重+平衡系数*最大载重的关系可以得到，本例中对重架和对重块的总重量为5.5t。

当轿厢空载或者轿厢载重小于2.5t时，对重的重量大于轿厢的重量，轿厢和对重之间存在平衡落差，轿厢上升时，电梯曳引机110需要做功克服平衡落差将轿厢升至指定楼层，利用上升减速装置的限速效果，对电梯曳引机110的转轴提供反向作用力，可减少电梯曳引机110的耗电量，轿厢载重低于2.5t上升时上升减速装置310的油压和载重的函数关系如图8所示，轿厢载重越少，油压越大。

当轿厢载重大于2.5t，对重的重量小于轿厢的重量，对重和轿厢之间存在平衡落差，轿厢下降时，电梯曳引机110需要做功克服平衡落差将轿厢停在指定楼层，利用下降减速装置的限速效果，对电梯曳引机110的转轴提供反向作用力，可减少电梯曳引机110的耗电量，轿厢载重大于2.5t下降时下降减速装置320的油压与载重的函数关系如图9所示，轿厢载重越大，油压越大。

本系统还可用于大型工业机械设备的停车和减速技术领域，代替原有的刹车器件。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，其特征在于：包括电梯控制系统(100)、阻尼限速装置主控单元(200)和阻尼限速装置；所述阻尼限速装置主控单元(200)与电梯控制系统(100)电性连接；所述阻尼限速装置包括变速箱(300)以及与变速箱(300)从动轴连接的上升减速装置(310)和下降减速装置(320)；所述阻尼限速装置还包括液压油箱(316)；所述上升减速装置(310)和下降减速装置(320)分别与阻尼限速装置主控单元(200)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，其特征在于：所述变速箱(300)主动轴与电梯曳引机(110)的转轴通过联轴器连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，其特征在于：所述变速箱(300)主动轴上设置有减速齿轮(302)，减速齿轮(302)与电梯齿条(120)啮合。

4.根据权利要求1所述的一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，其特征在于：所述上升减速装置(310)包括电磁离合器(311)、液压泵(312)、节流阀(314)和电磁阀(315)；所述电磁离合器(311)一端与变速箱(300)的从动轴连接，另一端与液压泵(312)连接；所述液压泵(312)、液压油箱(316)、节流阀(314)和电磁阀(315)组成一个液压回路；所述液压回路上还设置有两个压力传感器(313)；所述节流阀(314)并联有油压调节装置(317)；所述电磁离合器(311)、压力传感器(313)、电磁阀(315)和油压调节装置(317)均与阻尼限速装置主控单元(200)电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，其特征在于：所述电磁离合器(311)通电吸合或者断电吸合。

6.根据权利要求4所述的一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，其特征在于：所述下降减速装置(320)结构与上升减速装置(310)相同。

7.根据权利要求5所述的一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，其特征在于：所述电磁离合器(311)采用通电吸合方式时，变速箱(300)从动轴上还连接有紧急制动装置(330)；所述紧急制动装置(330)包括紧急制动离合器(331)、液压泵(312)和节流阀(314)；所述紧急制动离合器(331)一端与变速箱(300)的从动轴连接，另一端与液压泵(312)连接；所述液压泵(312)、液压油箱(316)和节流阀(314)组成一个液压回路；所述节流阀(314)并联有液压缓冲器(332)；所述紧急制动离合器(331)与阻尼限速装置主控单元(200)电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，其特征在于：所述紧急制动离合器(331)通电断开，断电吸合。

9.根据权利要求1所述的一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，其特征在于：所述上升减速装置(310)、下降减速装置(320)和紧急制动装置(330)共用一个液压油箱(316)。

10.根据权利要求1所述的一种用于电梯减速限速防止坠落和平衡动态调整的系统，其特征在于：所述阻尼限速装置还包括温度传感器和用于检测变速箱(300)主轴转速和转向的转速传感器；所述温度传感器和转速传感器均与阻尼限速装置主控单元(200)电性连接。