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二次调节静液压传动技术在液压电梯中的应用分析
发布时间：2017-09-01
前言
众所周知，液压电梯，尤其是传统上采用节流调速的液压电梯，由于节流和溢流能量损失大，长期以来被人们认为是高能耗电梯。 随着液压传动技术及元气件制造技术的发展，液压电梯采用新的液压传动系统，有效提高了能源利用率，大大降低了驱动功率。
1 二次调节技术的概念
二次调节静液传动技术是对将液压能与机械能互相转换的液压元件所进行的调节。 其主要应用在以下几个方面:
（1）位能回收：如液压驱动的卷扬起重机械。 由于卷扬机械中有位能变化， 采用二次调节静液传动技术可以回收其位能。
（2）惯性能回收 ：如液压驱动摆动机械和实验装置。 应用二次调节静液传动技术可对摆动机械在频繁的启动、 制动过程中产生的惯性能， 进行回收和再利用；
（3）群控节能：如群控作业机械。 对多台周期性工作设备共用一个动力源， 这样既节省费用又节约了能源。
2 系统的组成及结构
本文所研究的液压电梯二次调节静液压系统如图1 所示，为满足电梯的工况要求，主要由主工作油路、辅助油路和手动液压泵系统组成。
2.1主油路
主油路是一种与普通闭式液压系统不同的闭式回路，主要由变频电动机、液压泵/马达 6、蓄能器 12 和单作用活塞缸组成，油液在单作用活塞缸、主液压泵/马达和蓄能器组成的闭环油路中循环流动， 实现轿箱的上升和下降动作， 采用微机控制和变频调速技术控制电梯运行，保证运行平稳，平层定位准确。
轿箱上升时，变频器接收到上升指令后使电动机 2正转，同时，阀 1.2 得电，使液控单向阀 3.2 反向开启，液压泵/马达向活塞缸供油，此时蓄能器具有压力油，推动主液压泵向活塞缸供油， 使活塞杆克服轿箱的自重和负重使其上升， 当到达指定楼高平层后， 电动机停转，阀 1.2 失电，液控单向阀 3.2 关闭，活塞杆运动停止，使电梯保持不动。
轿箱下降时，主要是利用轿箱的自重及载重实现，变频器接收到下降指令后使电动机反转，同时，阀 1.1得电，使液控单向阀 3.1 反向开启，此时在轿箱重量的作用下， 工作活塞缸侧的油液压力高于蓄能器的油液压力， 因此工作活塞缸侧的油液推动液压泵/马达向蓄能器充油，当到达指定楼高平层后，电动机停转，阀 1.1失电，液控单向阀 3.1 关闭，活塞杆运动停止，使电梯保持不动。
2.2补油路
如图 2 所示，闭式系统由于液压元器件的泄漏，油液会越来越少，造成系统的油液不足，必须及时补充才能保证系统的正常工作。 主油路上的单向阀 4.1 和 4.2能够在主要泵吸油不足时从油箱吸油，避免泵的吸空。
当系统的油液减少时， 蓄能器的最高充油压力将会降低，当降到一定值时，将无法保证轿箱上升到足够的高度，影响电梯的正常运行，必须保证蓄能器侧具有足够的油液。 因此，设计有辅助补油回路，由辅助电动机 7、 辅助液压泵 9、 电磁换向阀 10 和补油溢流阀 11等组成。
只有当轿箱上升，由于泄漏油液不足时，才需要向蓄能器侧油路补油，因此，在轿箱下降或停层时，辅助油泵处于泄荷状态，轿箱上升时，如果检测到蓄能器的压降到最低规定值，则换向阀 10 得电，补油泵向蓄能器侧油路供油， 保证系统有足够的压力推动轿箱运动。
2.3手动泵系统
如图 3 所示，如果发生意外情况，电梯应能够进行无电时的升降， 手动泵系统在停电或是主液压系统无法正常运行等意外情况发生时可以实现电梯临时的应急操作。
3 液压电梯二次调节的节能原理
系统所采用的闭式回路二次调节方式， 充分利用了电梯的重力势能， 使能量在电梯的重力势能和蓄能器的压力能之间来回转换，有效提高了能量的利用率。
系统利用主液压泵作为二次调节元件， 根据工作情况，轿箱上升时电动机正转，空载和具有负载时，主油泵将处于不同的工作状态。
空载上升时， 轿箱作用在活塞杆上形成的阻力矩小于蓄能器作用在主液压泵上形成的驱动力矩， 所以主液压泵处于马达工况，使电动机处于再生制动状态，回馈电流， 轿箱一阻力矩和电动机的制动力矩一起平衡蓄能器的驱动力矩；当电梯满载上升时，轿箱作用在活塞杆上形成的阻力矩大于蓄能器作用在主液压泵上形成的驱动力矩，所以主液压泵此时处于泵工况，蓄能器和电动机一起驱动泵转，从而向工作油缸供油，使轿箱上升。
即上升时，
空载：T1=T2+T3
满载：T1+T2'=T3
式中 T1、T2、T3、 和 T3―――蓄能器形成的驱动力矩、电动机的制动力矩、 电动机的驱动力矩以及工作活塞缸形成的阻力矩。
轿箱下降时，主电动机反转，主液压泵也有两种不同的工作状态， 当轿箱形成的驱动力矩小于蓄能器形成的阻力矩时，主液压泵处于泵工况，即电动机和液压缸一起推动泵转，向蓄能器充油；当轿箱形成的驱动力矩大于蓄能器形成的阻力矩时， 主液压泵处于马达工况，电机处于再生制动状态，形成的阴力矩与蓄能器形成的阻力矩与轿箱的驱动力矩平衡。
即下降时，
空载：T1=T2+T3
满载：T1+T2'=T3
式中 T1、T2、T3、和 T3―――蓄能器形成的阻力矩 、电动机的驱动力矩、 电动机的制动力矩以及工作活塞缸形成的驱动力矩。
电梯下行时的部分势能可以在蓄能器中以压力能的形式储存起来， 电梯上行时再从蓄能器中释放推动轿箱上升，利用蓄能器压力来平衡部分负载重量，可以降低液压动力系统的装机功率；采用微机控制系统，即时检测系统的压力变化情况， 利用变频器驱动主电动机，实现液压动力系统的变转速容积调速，系统的输入功率与负载所需功率完全匹配， 无节流损失和溢流损失，有效提高了能量的利用率。
4 小结
根据电梯的工作特性以及闭式液压传动系统原理，液压电梯采用二次调节静液压传动技术，通过二次元件的调节作用，利用蓄能器储存电梯的重力势能，并重新利用， 能大大降低驱动功率， 起到良好的节能作用，改变了传统的液压电梯高耗能的状况，为液压电梯新技术的应用研究提供一定的理论基础。
摘自：中国计量测控网
