本實(shí)用新型屬于電梯技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有曳引電梯曳引機(jī)兩端分別連接轎廂和對(duì)重，曳引驅(qū)動(dòng)依靠曳引輪與鋼絲繩產(chǎn)生的曳引力（摩擦力）進(jìn)行傳動(dòng)，電梯運(yùn)行需滿足以下要求；

1、電梯需滿足驅(qū)動(dòng)要求

曳引電梯滿足滿載時(shí)加速運(yùn)動(dòng)的要求，忽略轎廂、對(duì)重與外部的摩擦力，忽略鋼絲繩彈性作用，在曳引輪兩邊建立靜力方程，可表示為：

　　　　　　 （１）

其中F_f為曳引力；ｍ_ｂ為轎廂質(zhì)量；式中m為實(shí)時(shí)隨機(jī)負(fù)載 ，0 ≤m≤m_q，ｍ_ｑ為額定載重量；k為固定平衡系數(shù)，取值0.45；ｍ_ｂ＋kｍ_ｑa為電梯運(yùn)行最大加速度，取值1.5；g為重力加速度。(ｍ_ｂ+kｍ_ｑ)×(g+a)與(ｍ_ｂ+m)×(g+a)分別為曳引輪兩端的負(fù)載，平衡系數(shù)k起一定的平衡作用，負(fù)載差值與實(shí)時(shí)負(fù)載m成固定關(guān)系，理想工況為半載，此時(shí)曳引輪兩端負(fù)載近似相等，曳引機(jī)負(fù)載最小。

根據(jù)式1得到式2

　 （2）

式2表明，曳引電梯的曳引力要滿足曳引輪兩端的負(fù)載差，與實(shí)時(shí)負(fù)載m成固定關(guān)系。其方向?yàn)檎龝r(shí)，表明曳引機(jī)工作在第一象限。方向?yàn)樨?fù)時(shí)，表明曳引機(jī)工作在第三象限，使電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)饋電，但目前來說，饋電電壓及頻率達(dá)不到電網(wǎng)要求，只能利用大功率電阻對(duì)反饋電流進(jìn)行消耗。

2、電梯需滿足安全要求

當(dāng)曳引電梯對(duì)重完全落在緩沖上時(shí)，曳引力應(yīng)不能繼續(xù)提升空載轎廂,可表示為：

（3）

當(dāng)滿足以上兩個(gè)要求時(shí)，聯(lián)合式2、式3有

（4）

通過式4可知，在固定平衡系數(shù)下，轎廂的質(zhì)量m_b與額定載重量m_q存在一個(gè)固定的比例關(guān)系，額定載重量越大，轎廂的質(zhì)量就越大。

行業(yè)前沿有以下幾種技術(shù)嘗試解決曳引平衡問題：對(duì)重重量現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)式，根據(jù)轎廂實(shí)時(shí)載重，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)對(duì)重重量，主要用于貨梯等時(shí)效要求不高的場(chǎng)合；流體可調(diào)式，在電梯機(jī)房和對(duì)重架中各安置一水箱，兩箱之間以柔韌水密性管路連通，同時(shí)在水路中配以電磁閥和水泵，以曳引系統(tǒng)平衡信號(hào)自動(dòng)控制水流來實(shí)現(xiàn)電梯平衡狀態(tài)節(jié)能拖動(dòng)；附加阻力式，利用轎廂、對(duì)重和安裝橡膠的墻體之間產(chǎn)生轎廂運(yùn)行阻力，改變正壓力大小，從而改變摩擦力的大小，實(shí)現(xiàn)兩端負(fù)載平衡；附加扭矩式，對(duì)重由靜態(tài)對(duì)重和動(dòng)態(tài)對(duì)重兩部分組成，靜態(tài)對(duì)重由對(duì)重支架和對(duì)重塊組成，動(dòng)態(tài)對(duì)重由重量發(fā)生器和重量控制器所組成，靜態(tài)對(duì)重重量為對(duì)重裝置自重，它等于轎廂自重，動(dòng)態(tài)對(duì)重的重量是重量發(fā)生器在重量控制器的控制下所產(chǎn)生等效的重量，它等于轎廂中的載荷重量。以上技術(shù)都能有效地實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡，減少電梯的起、制動(dòng)沖擊，但均需要增加額外的能量輸入，無法同時(shí)進(jìn)行能量回收利用。

有以下幾種技術(shù)嘗試節(jié)能：將制動(dòng)電阻設(shè)于保溫箱內(nèi)，其發(fā)出的熱量集聚在保溫箱內(nèi)，再利用斯特林發(fā)電機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為電能回收利用；曳引機(jī)處于發(fā)電工況時(shí)，回收所產(chǎn)生的電能，然后通過控制器輸送至蓄電池，曳引機(jī)處于電動(dòng)工況時(shí)，調(diào)節(jié)并輸送通過控制器輸出的電能，至電梯的變頻器；曳引機(jī)處于發(fā)電工況時(shí)，回收所產(chǎn)生的電能，然后通過控制器輸送至超級(jí)電容，曳引機(jī)處于電動(dòng)工況時(shí)，調(diào)節(jié)并輸送通過控制器輸出的電能，至電梯的變頻器，但超級(jí)電容使用壽命較短，且回饋的電壓將污染電網(wǎng)，目前未得到大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種通過重力勢(shì)能與流體能相互轉(zhuǎn)化，并在過程中控制能量轉(zhuǎn)化的速度和方向，優(yōu)化電梯的運(yùn)行性能的實(shí)現(xiàn)曳引電梯曳引動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求（對(duì)重和轎廂自重）的方法及裝置。

本實(shí)用新型的理論依據(jù)為：

1、曳引動(dòng)態(tài)平衡

在本實(shí)用新型專利中，曳引電梯隨機(jī)負(fù)載m時(shí)，根據(jù)電梯載荷與運(yùn)行信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)整泵馬達(dá)對(duì)轎廂的作用力F=xm_q(g+a)的大小與方向，則最小曳引力為：

（式6）

本實(shí)用新型其特征在于對(duì)重與轎廂的重量差與滿載重量比值作為固定平衡系數(shù)k，泵馬達(dá)作用力與滿載載荷的比值作為可變平衡系數(shù)k+x，根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)載m的大小實(shí)時(shí)調(diào)整泵馬達(dá)作用力的大小和方向，盡可能減少曳引輪兩端的負(fù)載差，從而減少曳引機(jī)的曳引力需求，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的曳引動(dòng)態(tài)平衡。

2、節(jié)能

當(dāng)轎廂乘客較少，上行時(shí)，對(duì)重負(fù)載大于轎廂負(fù)載；或當(dāng)轎廂乘客較多，下行時(shí)，對(duì)重負(fù)載小于轎廂負(fù)載。在上述兩種工況下，曳引輪兩端負(fù)載合力方向與運(yùn)行方向一致，曳引電機(jī)做負(fù)功。在本實(shí)用新型方法中，合力產(chǎn)生的重力勢(shì)能通過驅(qū)動(dòng)泵馬達(dá)轉(zhuǎn)化為壓力能在蓄能器儲(chǔ)存。

當(dāng)轎廂乘客較少，下行時(shí)，對(duì)重負(fù)載大于轎廂負(fù)載；或當(dāng)轎廂乘客較多，上行時(shí)，對(duì)重負(fù)載小于轎廂負(fù)載。曳引電梯兩端負(fù)載合力矩與運(yùn)行方向相反，曳引電機(jī)負(fù)荷較大。在本實(shí)用新型方法中，蓄能器內(nèi)的壓力能驅(qū)動(dòng)泵馬達(dá)帶動(dòng)轎廂運(yùn)動(dòng)做功，減少曳引電機(jī)的能量需求。

3、降低自重要求

當(dāng)平衡系數(shù)從固定值變?yōu)閯?dòng)態(tài)值時(shí)，電梯滿載時(shí)滿足驅(qū)動(dòng)要求公式如下：

（式7）

同時(shí)也要滿足（式3）安全要求，結(jié)合式3、式7，如下式：

（式8）

對(duì)比式4和式8表明，通過加入輔助驅(qū)動(dòng)力F，可以降低曳引輪兩端對(duì)重和轎廂自重需求。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的裝置，包括輔助曳引裝置、液壓儲(chǔ)能裝置及電氣控制裝置；所述的輔助曳引裝置包括鏈條、上鏈輪、泵馬達(dá)及下鏈輪，鏈條裝于上鏈輪與下鏈輪上，上鏈輪與泵馬達(dá)連接，下鏈輪設(shè)有張緊裝置；鏈條與轎廂連接；

液壓儲(chǔ)能裝置包括電比例減壓閥、蓄能器、壓力繼電器、三位四通電磁換向閥、兩位兩通電磁換向閥、梭閥、安全閥、油箱、選擇閥及行程閥，泵馬達(dá)的兩端口分別通過第一壓力油管和第二壓力油管與行程閥的進(jìn)口和出口相連；所述的第一壓力油管通過多根支油管分別與三位四通電磁換向閥的A口、兩位兩通電磁換向閥進(jìn)口、梭閥及選擇閥的A口相連，所述的第二壓力油管通過多根支油管分別與三位四通電磁換向閥的B口、兩位兩通電磁換向閥出口、梭閥及選擇閥的B口相連；蓄能器通過第一油管與油箱連接，第一油管上設(shè)有繼電器，蓄能器與電比例減壓閥進(jìn)口相連，電比例減壓閥出口與三位四通電磁換向閥的P口相連；三位四通電磁換向閥的T口與油箱相連；第一油管通過第二油管與梭閥的C口相連；選擇閥通過吸油管與油箱相連；

電氣部分包括控制器、稱重傳感器及運(yùn)行信號(hào)發(fā)生器；控制器分別與稱重傳感器、運(yùn)行信號(hào)發(fā)生器、兩位兩通電磁換向閥、電比例減壓閥接線端子相連。

上述的曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的裝置中，所述的第一油管上還設(shè)有安全閥。

上述的曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的裝置中，所述的鏈條通過固定節(jié)與轎廂連接，鏈條上設(shè)有擋鐵。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型的曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的裝置的蓄能器將運(yùn)行中多余的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為液壓能儲(chǔ)存，將儲(chǔ)存的液壓能釋放并轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用；液壓能釋放的大小可控并與實(shí)時(shí)與負(fù)載匹配，實(shí)現(xiàn)負(fù)載與對(duì)重動(dòng)態(tài)平衡；減少曳引輪的正壓力，實(shí)現(xiàn)降低曳引輪兩端（對(duì)重和轎廂）自重要求；減小曳引機(jī)對(duì)啟動(dòng)扭矩的要求；減小曳引機(jī)對(duì)制動(dòng)力矩的要求。有利于曳引電梯、特別是高速、大載重量曳引電梯啟、制動(dòng)及平穩(wěn)運(yùn)行，是電梯綠色節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向之一。

本實(shí)用新型的曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的裝置將運(yùn)行中多余的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為液壓能儲(chǔ)存，將儲(chǔ)存的液壓能釋放并轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用，以現(xiàn)有電梯保有量700萬臺(tái)計(jì)算，可以有效減少碳排放量，降低電梯用戶運(yùn)行成本。

本實(shí)用新型的曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的裝置可以平衡曳引機(jī)兩端負(fù)載，與傳統(tǒng)曳引電梯相比，在曳引能力相同的前提下，可以提高電梯的額定載重量；在額定載重量相同的前提下，可以降低曳引驅(qū)動(dòng)單元容量以降低生產(chǎn)成本，減少曳引力需求，減小曳引機(jī)對(duì)啟動(dòng)扭矩的要求，減小曳引機(jī)對(duì)制動(dòng)力矩的要求，降低電梯生產(chǎn)廠家采購成本。

本實(shí)用新型的曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的裝置降低了轎廂自重和對(duì)重質(zhì)量要求，可以降低生產(chǎn)成本，提高電梯轎廂固有頻率，避免了其與人體器官共振的問題。有利于曳引電梯、特別是高速、大載重量曳引電梯啟、制動(dòng)及平穩(wěn)運(yùn)行，提高了電梯乘坐舒適度。

附圖說明

圖1實(shí)用新型的曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的裝置原理圖。

圖2 實(shí)用新型的曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的方法的流程圖。

圖中：1-對(duì)重，2-控制器，3-轎廂，4-稱重傳感器，6-定向輪，7-曳引輪，8-鏈條，10-擋鐵，11-上鏈輪，12-泵馬達(dá)，13-電比例減壓閥，16-蓄能器，17-壓力繼電器，18-三位四通電磁換向閥，19-兩位兩通電磁換向閥，20-梭閥，21-安全閥，22-油箱，23-選擇閥，24-行程閥，25-下鏈輪，26-固定節(jié)，27-第二壓力油管，28-第一壓力油管，30-第一油管，31-支油管，32 -支油管，33-支油管，34-支油管，35-支油管，36-第二油管，37-支油管，38-吸油管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型的曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的裝置，包括輔助曳引裝置、液壓儲(chǔ)能裝置及電氣控制裝置；所述的輔助曳引裝置包括固定節(jié)26、鏈條8、上鏈輪11、泵馬達(dá)12、下鏈輪25及擋鐵10，鏈條8裝于上鏈輪11與下鏈輪25上，上鏈輪11與泵馬達(dá)12連接，下鏈輪25設(shè)有張緊裝置；鏈條8通過固定節(jié)26與轎廂3連接，擋鐵10裝于鏈條8上。

液壓儲(chǔ)能裝置包括電比例減壓閥13、蓄能器16、壓力繼電器17、三位四通電磁換向閥18、兩位兩通電磁換向閥19、梭閥20、安全閥21、油箱22、選擇閥23及行程閥24，泵馬達(dá)12的兩端口分別通過第一壓力油管28和第二壓力油管27與行程閥24的進(jìn)口和出口相連；所述的第一壓力油管28通過支油管31、支油管33及、支油管37分別與三位四通電磁換向閥18的A口、兩位兩通電磁換向閥19進(jìn)口、梭閥20及選擇閥23的A口相連。所述的第二壓力油管27通過支油管32、支油管35、支油管34分別與三位四通電磁換向閥18的B口、兩位兩通電磁換向閥19出口、梭閥20及選擇閥23的B口相連。蓄能器16通過第一油管與油箱連接，第一油管上設(shè)有繼電器，蓄能器16與電比例減壓閥13進(jìn)口相連，電比例減壓閥13出口與三位四通電磁換向閥18的P口相連；三位四通電磁換向閥18的T口與油箱22相連；第一油管35通過第二油管36與梭閥20的C口相連；選擇閥23通過吸油管38與油箱22相連；泵馬達(dá)與上鏈輪連接；

電氣部分包括控制器2、稱重傳感器4及運(yùn)行信號(hào)發(fā)生器27；控制器2分別與稱重傳感器4、運(yùn)行信號(hào)發(fā)生器、兩位兩通電磁換向閥19、電比例減壓閥13接線端子相連。

如圖2所示，一種利用上述的曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的裝置的曳引電梯動(dòng)態(tài)平衡、節(jié)能與降低自重要求的方法，包括如下步驟：

1)控制器2掃描電梯廳門、層門按鍵，若無按鍵則延時(shí)后循環(huán)掃描，若有召梯則根據(jù)傳統(tǒng)方式控制電梯運(yùn)行直到負(fù)載檢測(cè)環(huán)節(jié)。

2)載重傳感器4檢測(cè)轎廂3負(fù)載，若負(fù)載超重則按傳統(tǒng)方式報(bào)警并打開層門、廳門，若無超重則采集轎廂負(fù)載至控制器2并開始運(yùn)行信號(hào)檢測(cè)環(huán)節(jié)。

3)控制器2接收運(yùn)行信號(hào)，并根據(jù)運(yùn)行信號(hào)，判斷上行狀態(tài)或下行狀態(tài)。若轎廂達(dá)到極限位置，擋鐵10壓下行程控制閥24，切斷油路以保護(hù)系統(tǒng)安全。

4)控制器2根據(jù)運(yùn)行信號(hào)及負(fù)載信號(hào)，判斷并控制液壓系統(tǒng)蓄能或是輔助驅(qū)動(dòng)。

5)當(dāng)滿足蓄能要求并轎廂上行時(shí)，控制器2輸出控制信號(hào)使三位四通電磁換向閥18處于中位，轎廂3通過固定節(jié)26隨鏈條8順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，鏈條8帶動(dòng)上鏈輪11、下鏈輪25順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，上鏈輪11驅(qū)動(dòng)泵馬達(dá)12順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，泵馬達(dá)12通過第二壓力油管27、支油管32、支油管35、選擇閥23、吸油管38在油箱22內(nèi)吸油。泵馬達(dá)12通過第一壓力油管28、支油管37、梭閥20、第二油管36、第一油管30向蓄能器16泵油，蓄能器16儲(chǔ)存液壓能。

當(dāng)滿足蓄能要求并轎廂下行時(shí)，控制器2輸出控制信號(hào)使電磁換向閥18處于中位，轎廂3通過固定節(jié)26隨鏈條8逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，鏈條8帶動(dòng)上鏈輪11、下鏈輪25逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，上鏈輪11驅(qū)動(dòng)泵馬達(dá)12逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，泵馬達(dá)12通過第一壓力油管28、支油管37、選擇閥23、吸油管38在油箱22內(nèi)吸油。泵馬達(dá)12通過第二壓力油管27、支油管32、支油管35、梭閥20、第二油管36、第一油管30向蓄能器16泵油，蓄能器16儲(chǔ)存液壓能。

蓄能壓力超過設(shè)定值時(shí)，控制器2接收壓力繼電器17發(fā)出的開關(guān)信號(hào)，并輸出控制信號(hào)使兩位兩通電磁換向閥19得電處于下位，泵馬達(dá)12的兩端通過第一壓力油管28、支油管33、兩位兩通電磁換向閥19下位、支油管35、支油管32和第二壓力油管27直接連通，泵馬達(dá)12空轉(zhuǎn)，液壓系統(tǒng)不起作用。

若控制器2電控系統(tǒng)失效，蓄能器16及油路壓力由安全閥21限定，以保護(hù)系統(tǒng)安全。蓄能器16內(nèi)的壓力油經(jīng)第一油管30、安全閥21溢流流回油箱22。

當(dāng)滿足輔助驅(qū)動(dòng)要求并轎廂上行時(shí)，控制器2輸出控制信號(hào)使三維四通電磁換向閥18處于右位，并根據(jù)運(yùn)行信號(hào)及負(fù)載信號(hào)計(jì)算控制電比例減壓閥13輸出壓力。蓄能器16內(nèi)的壓力油經(jīng)電比例減壓閥13、三位四通電磁換向閥18右位、支油管35、支油管32、第二壓力油管27輸入泵馬達(dá)12下腔，泵馬達(dá)12上腔的油經(jīng)第一壓力油管28、支油管31、三位四通電磁換向閥18右位流回油箱22，泵馬達(dá)12在壓力能作用下驅(qū)動(dòng)上鏈輪11順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，上鏈輪11驅(qū)動(dòng)鏈條8順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，輔助驅(qū)動(dòng)轎廂3向上運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)滿足輔助驅(qū)動(dòng)要求并轎廂下行時(shí)，控制器2輸出控制信號(hào)使三位四通電磁換向閥18處于左位，并根據(jù)運(yùn)行信號(hào)及負(fù)載信號(hào)計(jì)算控制電比例減壓閥輸出壓力，蓄能器16內(nèi)的壓力油經(jīng)電比例減壓閥13、三位四通電磁換向閥18左位、支油管31、第一壓力油管28輸入泵馬達(dá)12上腔，泵馬達(dá)12下腔的油經(jīng)第二壓力油管27、支油管32、三位四通電磁換向閥18左位流回油箱22，泵馬達(dá)12在壓力作用下驅(qū)動(dòng)上鏈輪11逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，上鏈輪11驅(qū)動(dòng)鏈條8逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，輔助驅(qū)動(dòng)轎廂3向下運(yùn)動(dòng)。

6）當(dāng)轎廂到達(dá)指令層站時(shí)，控制器輸出并控制三位四通電磁換向閥處于中位，起輔助制動(dòng)作用。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而非限制本實(shí)用新型所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參考上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍中。