关于电梯液压缓冲器的设计及参数研究第21卷第5期2008年9月机电产品开发与新Development&InnovationofMachinery&ElectricalProducts VOI,21,NO.5关于电梯液压缓冲器的设计及参数研究蔡平安.一.张珂(1.沈阳建筑大学交通与机械工程学院,辽宁沈阳110168;2.沈阳博林特电梯有限公司,辽宁沈阳110161)摘要:新型电梯液压缓冲器,能使质量大,速度高的电梯以合理减速在设定的距离内安全制动.本文推导出液压缓冲器在最佳受力状态时节流孔变化函数和复位弹簧的计算方法,并分析其它参数对缓冲器性能的影响.关键词:电梯缓冲器;节流孔;复位弹簧中图分类号:TP27文献标识码:A文章编号:1002—6673(2008)05—065—030引言人们生存空间的不断拓展,使高层,超高层建筑日益增多.电梯的应用越来越普遍,对电梯的要求也越来越高,电梯的速度变得越来越快,电梯坑道的建筑空间也要改变.电梯用缓冲器的行程随着电梯速度的增加要成平方的增加.这样电梯底坑就要随之加深,造成了建筑空间的很大浪费川.一般电梯缓冲器采用弹簧或者柱塞复位,其复位弹簧的高度将占用缓冲器总体高度中相当大的一部分.为了节约空间,降低缓冲器的有效高度,我们研究一种利用活塞式蓄能器复位的适用于高速冲击的缓冲器.缓冲器主要实现缓冲和复位两个功能过程,所设计的新型缓冲器是采用蓄能器在缓冲过程中储存的能量来实现柱塞复位的.在相同的制停条件下,这种缓冲器缓冲作用的时间短,大部分的动能通过蓄能器转化为油液的内能储存,另一部分通过节流作用转化为热能消耗掉.在理论上.最好的节流方式是梯形凸台和多孔式.在此必须考虑结构,功能,成本等各方面因素,从理论设计上确定缓冲性能最优方案,采用径向分布节流小孔来实现缓冲过程的节流.尽管活塞式蓄能器反应不像皮囊式灵敏,缸体加工和活塞密封性能要求较高,但通过设计,可以实现缓冲器结构上的一体化,使成本降低,结构紧凑.因此,最终选用活塞式蓄能器.1液压缓冲器的结构型式和工作原理由于电梯缓冲器制动力预先难以精确调整,调定后受环境因素影响较大,不能实现平稳可靠的减速制动.收稿日期:2008—06—20I作者简介:蔡平安(1972一),男,硕士研究生,工程师.现工作l于沈阳博林特电梯有限公司,从事电梯相关配件的研究与开发.I 而且事故发生后缓冲器难以恢复.利用流体小孔阻尼效应.可实现机械效果的减振缓冲作用.由于薄壁小孔在缓冲节流过程中有较好的特性,同时考虑到加工的工艺,采用薄壁孔来实现节流.图1为一种节流小孔式液压缓冲器,它的节流缓冲作用是通过设置在缸套6上的一系列特殊设计排列的节流小孔而实现的.设计时使参加节流的小孔数目随缓冲位移加大而减少,从而达到匀速缓冲.由于缓冲油压力很高,可达10MPa以上,必要时可用多个缓冲器.并将其压力油腔连通,以使压力均衡,缓冲效果平稳.图2所示为一种环形节流式液压缓冲器结构,当轿厢撞击活撞头活塞杆弹簧缸盖活塞缸套缸体底板图1小孔节流式缓冲器Fig.1Bufferwithsmall2电梯液压缓冲器的设计根据流体学原理,对应一定的负载速度及节流孔面65?产品与市场?积,必定有一定的流体压力.因此选择节流面积的某种线性变化特性,就使系统有一定的运动形式.由于任一端面节流孔面积的不变性以及节流孔面积沿轴向变化的连续性,使缓冲器在起动状态或工作过程中外界干扰作用下,系统经过瞬时冲击后能够迅速稳定在新的平衡状态,以尽可能小的减速度运行至设定的缓冲距离终点,从而实现安全平稳的制动.(1)缓冲器设计的原始数据.运动部件的系统质量m:系统质量主要包括轿厢质量P(kg)和载荷质量Q (kg),缓冲前的撞击速度U0.撞击速度在正常运行时取轿厢下降额定速度1J.但应考虑在超速115%额定速度时的情形:1.15”0(1)最大缓冲减速度a一:根据GB7588—2003中10-4.3.3 条规定轿厢作用在缓冲器上时平均减速度应不大于1g, 且2.5g以上的减速度作用时间不得0.04s.有关实验表明,一般取最大允许减速度a～:2g为宜,否则冲击太大,可能对人体产生伤害.此取:【a嗍】=g(2)(2)缓冲器基本性能参数的确定.液压缓冲器一般尽量设计成恒力缓冲器,这既可保证其良好的缓冲效果, 又可使其结构紧凑.轿厢的动能E:E1nq3Oo2(3)缓冲作用力F:F=(4)缓冲行程s,根据:I/IU02=F?S=m?a一?s(5)可得:S=≥0.0674v(6)二amax(3)缓冲器的设计计算.缓冲活塞面积A:A=上(7)n.PH式中:n一缓冲活塞数;p缓冲压力(Pa).缓冲过程中活塞速度:缓冲活塞行程为X时,速度翻:vx---Oo.,/寺(8)根据参考文献[4】,缓冲间隙随缓冲位移变化的关系8为:8x=8.I/1一X(9)V,以上情况均说明,只要合理设计缓冲节流孔面积随缓冲行程变化关系,即可保证缓冲力近似恒定.3节流孔曲线函数(1)节流孔参数设计.理论上,要实现缓冲器的匀减速制停.节流孔的面积变化应是位移的连续函数关系.节流面积随着位移的增加而减小,而在工程应用中只能采用有限个小孔排布的方式来近似地实现其面积. 为了尽可能减小实际节流面积与理论值之间的误差.节流孔的直径和孔间距离要尽可能地小.以减小节流面积突变带来的冲击振动.在推导节流孔曲线函数之前.首先需要确定最佳节流孔曲线的目标函数.图4所表示的是缓冲器的缓冲力一行程函数.显然,该曲线与横坐标所包围的面积就是缓冲能量.曲线越接近于矩形时,在相同缓冲能量下所受到的缓冲力就越小.节流孔设计成在该工作状态时,缓冲能量与缓冲器的重量比值最大.缓冲效果最好,为使推导过程简化且可行,将矩形的缓冲力一行程线定为最佳节流孔曲线的目标函数.图3液压缓冲器结构原理图Fig.3Structureandprincipaldrawingofoilbuffer设:A一节流孔过滤面积;A=dL隔离活塞面积;A2:4d一调节杆截面积;=}d,L柱塞横截面积;p一油液密度;C广流量系数.根据节流孔流量方程可得:缓冲行程图4缓冲器的缓冲力一行程曲线Fig.4Bufferforcetostrokechartofbuffer(A3-A2)=CdA,/’P1-P2)合并(8),(10)两式消除中间变量vY得:A)(=rp(,s-.x)又设v一隔离活塞相对于柱塞的位移,压缩性.从油液连续性方程可得:A1y与弹簧力相比忽略活塞质量力和阻力,塞受力平衡方程:(1O)(11)忽略油的可(12)可得隔离活P2A1=K(yo+y)(13)式中:y『-复位弹簧预压缩量;K一复位弹簧刚度. 脱离柱塞.并列出柱塞受力平衡方程:E—A2P2=(ArA2)P(14)将式(13),(14),(3)代人式(11)中,消除P,P2?产品与市场?与Y等中间变量,即可求得节流孔过流面积与缓冲距离的函数关系:3,Ax==半(15)其中:Cd,p一已知常数(可通过设计手册);100,E根据缓冲负载已知参数;A,A,A,一各部分面积截面积与要求吸收的能量成比例,在满足个部分结构强度和刚度的条件下,其可尽量小,当然还需要符合密封件标准系列尺寸.S的大小由缓冲器的结构需要确定.S越大平均缓冲力越小,但是增加了轴向尺寸,反之亦然.设计者可适当选择.(2)复位弹簧设计.复位弹簧采用螺旋弹簧,因为其维护方便,成本低,故适合在一般场合使用.复位弹簧刚度的设计原则需要考虑在弹簧预压缩状态时,其力足以克服各种摩擦力之和,在最大压缩状态时储备足够的复位能.一般设计复位能为缓冲能的10%.设为弹簧预压缩量,有:1K(S—S)2--o.1E(16)在预压缩状态时:KS=CFf(17)其中:C一可靠系数1.2～1.5;Fr一总摩擦力,取Fr= 3%F.联立式(16),(17)方程即可求出弹簧刚度系数:K=(0.1E—C0+,/0.01E2_O.2C0ESo(18)将式(18)代人式(19)中可求得S.其余部分参数的设计:①吸收容量和油缸截面积同时增加;②想要增加复位,应该增加弹簧的冲气压力;③平均缓冲力和缓冲行程成反比;④其它参数不变时, 缓冲行程s与V02成正比;⑤电梯的质量越大,节流孔的断面积尺寸应该相应的减小.4结束语新型液压缓冲器是一种高响应性,高平稳性,大容量.结构简单,易实现系列化,标准化的液压缓冲装置.特别是一种能够使质量大且以高速度作直线运行的物体以合理减速度在设定距离内安全制动,在各种复杂条件下具有随遇平衡性质的液压缓冲装置.在高速电梯中采用此设计方案,可以减小底坑的高度.提高空间的利用率.采用活塞式缓冲器可以实现缓冲器结构上的一体化,具体的缓冲器结构需自行设计.本文系统地探讨了电梯液压缓冲器的结构形式,推导了电梯液压缓冲器的设计计算方法,和在最佳受力状态时节流孔变化函数和复位弹簧的计算方法,并分析了其它参数对电梯缓冲器性能的影响,针对电梯液压缓冲器的结构特点和设计方法做了比较详细的分析.证实了电梯液压缓冲器的合理性和实用性.参考文献:[1]GB7588—2003.电梯制造与安装安全规范[P1.f2J马培忠.电梯用油压缓冲器原理与性能分析[J].中国电梯,1995. [3]章一明.液压缓冲器设计参数研究【J】.华东冶金学院,1994,7 【4】吴国栋.施工升降机液压缓冲器的设计[z]’2000,5. AboutElevatorStudyontheDesigningParametersofHydraulicBuffer CAIPiAn,ZHANGKe(1.TrafficandMechanicalEngineeringSchoolShenyangJianzhuUniversity,S henyangLiaoning110168,China;2.ShenyangBrilliantElevatorCo.,Ltd,ShenyangLiaoning110161,China) Abstract:Newelevatorhydraulicbuffer,makequ~ity,high—speedelevatorsto setareasonableslowdowninthesafebrakingdistance.Inthispaper.thevaristonfuncrionofthrottleorificeandthemethodofcalculatingthere setspringareestablishedonthebasisofthebestforcedcondition.Thispaperalsoanalysestheonfluenceoftheotherparametersonperf ormanceofthebuffer.Keywords:hydraulicbuffer;throttleorifice;resetspring(上接第59页)TheApplicationofQualityManagementforDesignandDevelopmentofProdu ct0e(ChinaUnitedCertificationCenter,BeOing100044,China)Abstract:Alongwithdevelopmentofscienceandtechnology,therequiremento fproductqualityishigherandhigherforclient.Theproduct etolight,ifdesignof productoccurfailure,theproductofgoodqualitycouldntbeproduced.Qualitymanagementismoreandmoreimportantfordesignofprod uct.Itisonlyapproachandmethodtoimprovequalityof designanddevelopmentforproductthroughapplicationofmethodandideaofq ualitymanagementfordesignanddevelopmentofproduct.Keywords:qualitymanagement;designofproduct;developmentandappficati on67。