磁懸浮式電梯緩沖器的設計

章佳佳張云鹍

(中國石油大學(華東)，山東 青島 266555)

摘要：隨著國家經(jīng)濟建設事業(yè)的日益繁榮，電梯使用越來越普及，因此其安全防護顯得至關重要?，F(xiàn)根據(jù)磁懸浮列車技術對機車的起步和制動原理提出一種新型的電梯緩沖器，能連續(xù)有效降低電梯失控時的速度和能量，使電梯安全駐止，保障轎廂內(nèi)人員生命財產(chǎn)安全。

關鍵詞：磁懸?。浑娞?；緩沖器；設計

收稿日期:2015-04-17

作者簡介：章佳佳(1992—)，男，安徽望江人，研究方向：工業(yè)設計。

0引言

1852年，美國紐約楊可斯(Yonkers)的機械工程師奧的斯先生(Elisa Graves Otis)在一次展覽會上向公眾展示了他的發(fā)明，從此宣告了電梯的產(chǎn)生。

電梯從問世到今天已經(jīng)有100多年了，由最早的簡陋、不安全、不舒適的升降機到今天，經(jīng)歷了無數(shù)次的改進提高，其技術的發(fā)展是永無止境的。面對有限的城市土地資源，城市建設將會大力發(fā)展多用途、全功能的高層塔式建筑。因此，電梯安全成為人們關注的焦點，特別是井道部件擠壓安全事故及其防護。磁懸浮技術是一門涉及多種學科的綜合性技術，它由傳感器、控制器、電磁鐵和功率放大器等部分組成。隨著電子技術、控制工程、信號處理元器件、電磁理論及新型電磁材料和轉子動力學的發(fā)展，磁懸浮技術得到了長足的發(fā)展，其已被廣泛應用于航空、航天、精密儀器、儀表、機械制造和交通運輸?shù)阮I域。

1電梯的結構

電梯根據(jù)驅動的方式可分為曳引驅動、強制(卷筒)驅動、液壓驅動，其中曳引驅動以運行安全可靠、提升高度基本不受限制等優(yōu)點成為主要的電梯驅動方式。整個電梯包含八大系統(tǒng)：轎廂系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、曳引系統(tǒng)、門系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)。其中，安全保護系統(tǒng)是電梯至關重要的部分，它能保護人們的生命財產(chǎn)安全，是電梯最后一道保護線。

2電梯安全系統(tǒng)分析

電梯安全系統(tǒng)包括限速器、安全鉗、夾繩器和緩沖器。限速器的作用是隨時監(jiān)測控制轎廂的速度，當電梯速度超過額定速的115%時，限速器能及時發(fā)出信號，進而產(chǎn)生機械動作切斷供電電路，由曳引機制動。如果電梯仍然無法制動，則安裝在轎廂底部的安全鉗動作將轎廂強制制停。兩者的共同作用才能使電梯安全運行。夾繩器是直接將制動力作用在曳引鋼絲繩上，夾繩器一般安裝在機房內(nèi)曳引輪和導向輪之間的曳引機架上，也有的安裝在導向輪下部，但必須保證安裝牢固可靠。電梯緩沖器主要有兩種形式：蓄能型緩沖器和耗能型緩沖器。蓄能型緩沖器指的是彈簧緩沖器，主要部件是由圓形或方形鋼絲制成的螺旋彈簧，錐形彈簧目前已經(jīng)很少使用。蓄能型緩沖器只能用于額定速度不超過1.0m/s的電梯。耗能型緩沖器適用于任何速度的電梯，當載有額定載荷的轎廂自由下落，并以設計緩沖器時所取的沖擊速度作用到緩沖器上時平均減速度不應大于1g，減速度超過2.5g以上時間不應大于0.04 s。

3磁懸浮式電梯緩沖器設計

近年來，隨著電梯的普及，電梯安全事故也逐漸增多，其安全保護顯得更加重要?，F(xiàn)有緩沖器已經(jīng)不能更好地滿足人們對電梯安全的需求。磁懸浮列車的成功標志著磁懸浮技術的成熟運用，根據(jù)其原理同樣可以設計出一種新型的電梯緩沖器。磁懸浮最根本的原理是“同性相斥，異性相吸”，其系統(tǒng)由轉子、傳感器、控制器、執(zhí)行器四部分組成，其中執(zhí)行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。假設在參考位置上，轉子受到一個向下的擾動，就會偏離其參考位置，這時傳感器檢測出轉子偏離參考點的位移，作為控制器的微處理器將檢測的位移變換成控制信號，然后功率放大器將這一控制信號轉換成控制電流，控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，就能驅動轉子返回到原來的平衡位置。因此，不論轉子是受到向下還是向上的擾動，它始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

磁懸浮式電梯緩沖器結構如圖1所示，電梯導軌1呈T字形，安裝在電梯井道內(nèi)，隔熱絕緣層2固定在電梯導軌1上，感應金屬塊3呈線型排列，固定在隔熱絕緣層2上，滑槽4有兩條，分別開在電梯導軌1上，導靴13固定在電梯轎廂上，滾輪5有4個，分別安裝在導靴13上，鐵芯支架8固定在導靴13上，鐵芯7有4個，固定在鐵芯支架8上，勵磁線圈6按“8”字形纏繞在鐵芯7上，風扇支架9對稱安裝在導靴13兩側，風扇10安裝在風扇支架9中，導線11與電梯緊急備用電源相連。感應金屬塊3由銅制成，且每個感應金屬塊之間距離小于5 mm。隔熱絕緣層2采用耐高溫玻璃纖維制成。風扇支架9采用鋁制材料制成，與風扇10共同構成散熱模塊，風扇10接在電梯緊急備用電源上。勵磁線圈6在導軌方向上的兩個勵磁線圈繞向相反。鐵芯7與感應金屬塊3之間有間隙，滾輪5在滑槽4內(nèi)滾動。

圖1　磁懸浮式電梯緩沖器結構示意圖 1—電梯導軌　2—隔熱絕緣層　3—感應金屬塊　4—滑槽　5—滾輪 6—勵磁線圈　7—鐵芯　8—鐵芯支架　9—風扇支架 10—風扇　11—導線　12—導線支架　13—導靴

電梯在運行過程中會由導向系統(tǒng)來限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只沿著各自的軌道做升降運動，不發(fā)生橫向的擺動和振動。在導向系統(tǒng)中，井道里會有專門的電梯運行導軌，導軌被導軌支架固定連接在井道壁上。導軌常用的是“T”字形，剛性強度高、可靠性高，能承受電梯超速事故時制停電梯的力。導靴與導軌相對應，導靴分為滑動導靴和滾動導靴兩類，滑動導靴一般由帶凹形槽的靴頭、靴體和靴座組成，在靴頭凹槽部分一般鑲有耐摩擦的靴襯，靴頭可以固定也可以活動；滾動導靴則用3個滾輪沿著軌道運行。根據(jù)磁懸浮原理，電梯導軌上裝上磁感應材料，同時在電梯導靴的凹形槽內(nèi)裝上電磁鐵。導軌和導靴凹形槽內(nèi)表面涂有耐高溫材料和絕緣材料，防止渦流產(chǎn)生的熱量對導軌和導靴的剛性強度產(chǎn)生影響。當電梯發(fā)生事故超速時，限速器發(fā)出相應指令，觸發(fā)安全鉗和緩沖器。在安全鉗強制停止轎廂無效的情況下，再次觸發(fā)緩沖器通電并開始工作。在電梯下降的同時，電磁鐵及時工作發(fā)出足夠強大的磁場，感應導軌上的特定磁感應材料，在磁感應材料表面產(chǎn)生渦流，進而產(chǎn)生和電梯轎廂運動方向相反的阻力，從而達到使電梯減速的目的，將電梯下降時沖擊控制在人體安全承受范圍內(nèi)。

4結語

現(xiàn)今電梯上安裝的主要是液壓型緩沖器，然而它并不能很好地保障轎廂內(nèi)人員的生命安全。本裝置是以“同性相斥，異性相吸”的基本原理為理論依據(jù)設計出來的一種新型電梯安全緩沖裝置，根據(jù)磁懸浮原理，給電磁鐵通上合適的電流，在磁感應材料的作用下，電梯就能在失控狀態(tài)下平穩(wěn)減速。限速器時刻監(jiān)測著電梯的運行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，便會發(fā)射信號給控制中心，以啟動該裝置。

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