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CN103663007B - 一种节能型曳引式电梯及其节能方法 - Google Patents

一种节能型曳引式电梯及其节能方法 Download PDF

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Abstract

一种节能型曳引式电梯及其节能方法，所述电梯包括至少一个配重单元，每个配重单元包括设置在机房内的曳引机、自动变速器、卷扬式提升机构、发电电动机、控制器以及设置在电梯井道内的轿厢、定对重和平衡配重；一种节能型曳引式电梯的节能方法是采用力矩平衡原理，通过增加独立的电梯平衡配重，用以实现电梯的智能配重，使得电梯达到相对平衡，从而减小曳引机曳引力矩和功率；当电梯平衡配重的势能累积到较高位置时，可以通过发电电动机集中发电，有助于能量的回收利用；通过势能存储、释放、回收达到有效的节能和延长曳引机使用寿命的效果。

Description

一种节能型曳引式电梯及其节能方法
技术领域
本发明涉及一种节能型曳引式电梯及其节能方法，属于电梯节能领域。
背景技术
众所周知，电梯是一种垂直运输工具，不管是轿厢（负载），还是对重，都具有势能特性。电梯工作时，向上运送与向下运送的质量大致相同，从能量守恒角度来看，电梯功耗只需满足摩擦发热等损失。从机械位能角度来看，如果电梯轿厢（负载）与对重重量相等时，电梯处于理想状态。通常情况下，对重与轿厢重量比为1.5:1，而负载又经常变化，故电梯很难处于理想状态。
电梯重量平衡系统的作用是使对重平衡块与轿厢（负载）达到相对平衡，在电梯工作时，即使载重发生变化，仍能够保证两者重量差保持较小值，使得电梯处于相对理想状态。相反，若两者存在重量差，电梯工作必然导致机械势能的积累与释放，从而造成能量的浪费。
目前，已经出现多种节能电梯，例如变配重节能电梯以及利用势能回收辅助配重装置的节能电梯等。在这些电梯中，配重质量都是变化的，也就是都有配重块的装卸动作。
现有技术至少存在以下问题：现有技术变配重的电梯，能够有效减小曳引机的驱动力矩与功率，达到节能以及提高曳引机使用寿命的目的；但配重块的装卸，不可避免存在功率损耗问题；同时，如果负载变化比较大时，装卸的配重块会较多，不可避免的出现时间成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构简单合理，利用力矩平衡原理，能够有效实现电梯节能和势能存储、释放、回收的节能型曳引式电梯及其节能方法。
为解决现有技术存在在不足，本发明提供了一种节能型曳引式电梯，所述电梯包括至少一个配重单元，每个配重单元包括设置在机房内的曳引机、自动变速器、卷扬式提升机构、发电电动机、控制器以及设置在电梯井道内的轿厢、定对重和平衡配重；
所述曳引机的输出轴通过第二联轴器与自动变速器的输入轴连接，自动变速器的输出轴通过第一联轴器与卷扬式提升机构的转轴一端连接，卷扬式提升机构的转轴另一端通过离合器与所述发电电动机的电机轴连接；
所述轿厢和定对重通过钢丝绳悬挂在曳引机上，轿厢内设有称重装置；所述平衡配重通过钢丝绳悬挂在所述卷扬式提升机构上，平衡配重安装在竖直布置的导轨内，平衡配重的上侧和下侧分别设有位置传感器；
所述曳引机、自动变速器、离合器、发电电动机、称重装置、位置传感器均通过电缆与所述控制器连接并受控制器控制。
所述电梯包括两个配重单元，两个配重单元之间共用一个平衡配重，该平衡配重悬挂在一动滑轮上，动滑轮通过钢丝绳悬挂在两个配重单元的卷扬式提升机构之间。
所述位置传感器从上至下依序为上极限位置传感器、上预警位置传感器、下预警位置传感器、下极限位置传感器，其中，上极限位置传感器、上预警位置传感器位于平衡配重上侧的井道内，下极限位置传感器、下预警位置传感器位于平衡配重下侧的井道内；所述上极限位置传感器和上预警位置传感器之间、下预警位置传感器和下极限位置传感器之间均设置有一段安全距离。
所述卷扬式提升机构包括一个安装在所述转轴上的滚筒，平衡配重的钢丝绳或者动滑轮的钢丝绳安装在滚筒上。
所述曳引机和定对重之间设有钢丝绳的涨紧轮。
一种节能型曳引式电梯的节能方法，它包括以下步骤:
a.称重装置实时获取轿厢整体的重量信息，并将该重量信息转化为控制信号传递给控制器；
b.控制器将所获的重量信息与预设的设定值区间做对比，并控制自动变速器进行节能操作，该操作包括：
当重量信息低于设定值下限时，自动变速器启动，并带动从动卷扬机构提升或下降平衡配重，将平衡配重的重量转化为力矩传递给所述轿厢，使得曳引机上钢丝绳两端受力平衡；
当重量信息处于设定值的区间内时，曳引机上钢丝绳两端受力平衡,自动变速器内的离合器分离，平衡配重不参与电梯运行；
当重量信息高于设定值上限时，自动变速器启动，并带动从动卷扬机提升或下降平衡配重，将平衡配重的重量转化为力矩传递给所述定对重，使得曳引机上钢丝绳两端的重量达到平衡；
c.曳引机提升或下降所述轿厢；
d.当平衡配重运行到上预警位置传感器时，触发上预警位置传感器发出预警信号，待轿厢运行到最近平层，控制器控制发电电动机启动，将平衡配重下降到安全位置，而后重复步骤a、b、c；
当平衡配重运行到下预警位置传感器时，触发下预警位置传感器发出预警信号，待轿厢运行到最近平层，控制器控制发电电动机启动，将平衡配重提升到安全位置，而后重复步骤a、b、c；
当轿厢在运行到最近平层过程中触发上极限位置传感器或下极限位置传感器时，控制器停止电梯运行，并启动发电电动机将平衡配重运行到安全位置，而后重复步骤a、b、c；
所述轿厢空载时的重量为1个单位，满载时的重量为n个单位,其中n大于1；所述设定值区间介于1个单位和n个单位之间，所述定对重的重量处于该设定值区间内；所述平衡配重的重量至少为1个单位。
作为优选，所述轿厢空载时的重量为1个单位，满载时的重量为n个单位,其中n大于1；所述设定值介于1个单位和n个单位之间，所述定对重的重量为1个单位；所述平衡配重的重量至少为1个单位。
作为优选，所述轿厢空载时的重量为1个单位，满载时的重量为n个单位,其中n大于1；所述设定值介于1个单位和n个单位之间，所述定对重的重量为n个单位；所述平衡配重的重量至少为1个单位。
所述平衡配重在上升或下降过程中完成电梯势能的存储与释放；当平衡配重由高位主动下降时，对发电电动机做功，将势能转化为电能并反馈回电网，实现能量的回收。
本发明的有益效果为：采用力矩平衡原理，通过增加独立的电梯平衡配重，用以实现电梯的智能配重，使得电梯达到相对平衡，从而减小曳引机曳引力矩和功率；当电梯平衡配重的势能累积到较高位置时，可以通过发电电动机集中发电，有助于能量的回收利用；通过势能存储、释放、回收达到有效的节能和延长曳引机使用寿命的效果。
附图说明
图1是本发明的一种结构主视图。
图2是本发明的另一种结构示意图。
图3是本发明一种实施例的运行情况表。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：如图1、2所示，所述电梯包括至少一个配重单元，每个配重单元包括设置在机房内的曳引机12、自动变速器11、卷扬式提升机构9、发电电动机6、控制器7以及设置在电梯井道内的轿厢14、定对重13和平衡配重2；
所述曳引机的输出轴通过第二联轴器10.2与自动变速器11的输入轴连接，自动变速器11的输出轴通过第一联轴器10.1与卷扬式提升机构9的转轴一端连接，卷扬式提升机构9的转轴另一端通过离合器8与所述发电电动机6的电机轴连接；
所述轿厢14和定对重13通过钢丝绳悬挂在曳引机12上，轿厢内设有称重装置15；所述平衡配重2通过钢丝绳悬挂在所述卷扬式提升机构9上，平衡配重安装在竖直布置的导轨3内，平衡配重的上侧和下侧分别设有位置传感器；
所述曳引机12、自动变速器11、卷扬式提升机构9、离合器8、发电电动机6、称重装置15、位置传感器均通过电缆与所述控制器7连接并受控制器7控制。
所述自动变速器为现有技术，具有变速、换向和离合功能，自动变速器的内部可以通过三星轮换向机构实现正转和反转，实现换向功能，从而可以根据轿厢的运行负载情况，选择将平衡配重加载在轿厢侧或者定对重一侧；自动变速器的内部通过齿轮系进行档位的切换，选择不同的传动比，实现变速功能，从而输出不同的转矩；
自动变速器的轴可以传递平衡配重的扭矩，此扭矩可以抵消曳引机两侧由于重量不同而引起的阻力矩，从而减少曳引机做功。
结合图2所示，本发明的应用具有多种方式，所述电梯还可以包括两个配重单元，两个配重单元之间共用一个平衡配重2，该平衡配重2悬挂在一动滑轮16上，动滑轮通过钢丝绳悬挂在两个配重单元的卷扬式提升机构9之间。
所述位置传感器从上至下依序为上极限位置传感器1.4、上预警位置传感器1.3、下预警位置传感器1.2、下极限位置传感器1.1，其中，上极限位置传感器1.4、上预警位置传感器1.3位于平衡配重上侧的井道内，下极限位置传感器1.2、下预警位置传感器1.1位于平衡配重下侧的井道内；所述上极限位置传感器1.4和上预警位置传感器1.3之间、下预警位置传感器1.2和下极限位置传感器1.1之间均设置有一段安全距离。
所述卷扬式提升机构9包括一个安装在所述转轴上的滚筒，平衡配重2的钢丝绳或者动滑轮34的钢丝绳安装在滚筒上；卷扬式提升机构本身并不具备动力输出机构，实现其运动的动力来自曳引机或者发电电动机。
所述曳引机12和定对重13之间设有钢丝绳的涨紧轮，提高钢丝绳与曳引机之间的摩擦力。
所述节能型曳引式电梯的节能方法，它包括以下步骤:
a.称重装置实时获取轿厢整体的重量信息，并将该重量信息转化为控制信号传递给控制器；
b.控制器将所获的重量信息与预设的设定值区间做对比，并控制自动变速器进行节能操作，该操作包括：
当重量信息低于设定值下限时，自动变速器启动，并带动从动卷扬机构提升或下降平衡配重，将平衡配重的重量转化为力矩传递给所述轿厢，使得曳引机上钢丝绳两端受力平衡；
当重量信息处于设定值的区间内时，曳引机上钢丝绳两端受力平衡,自动变速器内的离合器分离，平衡配重不参与电梯运行；
当重量信息高于设定值上限时，自动变速器启动，并带动从动卷扬机提升或下降平衡配重，将平衡配重的重量转化为力矩传递给所述定对重，使得曳引机上钢丝绳两端的重量达到平衡；
c.曳引机提升或下降所述轿厢；
d.当平衡配重运行到上预警位置传感器时，触发上预警位置传感器发出预警信号，待轿厢运行到最近平层，控制器控制发电电动机启动，将平衡配重下降到安全位置，而后重复步骤a、b、c；
当平衡配重运行到下预警位置传感器时，触发下预警位置传感器发出预警信号，待轿厢运行到最近平层，控制器控制发电电动机启动，将平衡配重提升到安全位置，而后重复步骤a、b、c；
当轿厢在运行到最近平层过程中触发上极限位置传感器或下极限位置传感器时，控制器停止电梯运行，并启动发电电动机将平衡配重运行到安全位置，而后重复步骤a、b、c；
所述轿厢空载时的重量为1个单位，满载时的重量为n个单位,其中n大于1；所述设定值区间介于1个单位和n个单位之间，设定值区间符合国家安全标准，所述定对重的重量处于该设定值区间内；所述平衡配重的重量至少为1个单位。
因电梯的实际运用过程中的情况较繁杂，在不同地方，电梯轿厢运行的负载量有所不同，以下选取空载运行和满载运行两种极端，对定对重、平衡配重及设定值作详细说明：
居民小区内，电梯常常空载运行，为达到节能目的，设定轿厢空载时的重量为1个单位，满载时的重量为n个单位,其中n大于1；所述设定值介于1个单位和n个单位之间，所述定对重的重量为1个单位；所述平衡配重的重量至少为1个单位；定对重与轿厢空载时的重量相同，所以在电梯运行过程中，只要有人在电梯内，则轿厢的重量大于定对重的重量，为达到曳引机两侧的力矩平衡，自动变速器将平衡配重的重量转化为力矩施加到定对重上，此时，曳引机两侧的力矩平衡，曳引机提升或下降轿厢，达到节能目的。
医院病房楼里，电梯常常满载运行，为达到节能目的，设定轿厢空载时的重量为1个单位，满载时的重量为n个单位,其中n大于1；所述设定值介于1个单位和n个单位之间，所述定对重的重量为n个单位；所述平衡配重的重量至少为1个单位；定对重与轿厢满载时的重量相同，因此在电梯运行过程中，只要电梯内不满载，轿厢的重量将小于定对重的重量，为达到曳引机两侧的力矩平衡，自动变速器将平衡配重的重量转化为力矩施加到轿厢上，此时，曳引机两侧的力矩平衡，曳引机提升或下降轿厢，达到节能目的。
有必要说明，所述设定值区间为预设的数量区间，区别于固定的设定值，在本发明的实施例中将设定值设置成区间值，其目的是考虑到电梯实际运行过程中，轿厢内由于人数不同且每个人重量各不相同，很难与固定的设定值一致，因此将设定值设置成一个区间值，更人性化；例如，上述医院病房楼里，设定值的区间可能为0.9n-n个单位，小区里，设定值区间可能是1-1.1个单位；设定值区间的范围不会太大，满足定对重属于设定值区间内即可。
所述平衡配重在上升或下降过程中完成电梯势能的存储与释放；当平衡配重触动上极限位置传感器或上预警位置传感器而下降时，对发电电动机做功，将势能转化为电能并反馈回电网，实现能量的回收。
本发明的工作原理：利用称重装置15对电梯轿厢14的载荷变化进行测量，并在轿厢闭合启动前，将所测量结果通过模拟量信号传送给控制器7；控制器7根据所存储的算法程序，确定是否启用平衡配重2，若需要启用，则控制自动变速器11进行传动比变换动作，使得电梯定对重侧与轿厢侧重量达到相对平衡，从而减小曳引机曳引力矩及功率；当平衡配重2在下预警位置与上预警位置之间运行时，平衡配重2起到势能存储、释放作用；当平衡配重2在触发下预警位置传感器1.2时，轿厢14在运行方向最近平层，发电电动机6启动，提升平衡配重2至合理位置；当平衡配重2在触发上预警位置传感器1.3时，轿厢14在运行方向最近平层，发电电动机6启动，并在平衡配重2下降到合理位置过程中进行发电，此时平衡配重2起到势能的回收作用。
根据本发明一种结构的应用举例如下：
结合图1，对普通电梯进行以下结构改进，原曳引机旋转轴增加伸出轴，该伸出轴通过联轴器10.2与自动变速器11相联接，自动变速器11固定在地面上，其另一端通过联轴器10.1与卷扬式提升机构9相联接，后者悬挂有平衡配重2，卷扬式提升机构9另一端通过离合器8与发电电动机6相连，为反馈平衡配重2的位置，在井道上安装有4个位置传感器。
为了更简单清楚地说明本发明第一实施例的应用，现假设某小区电梯轿厢净重1吨，定对重1吨，载客1吨（10人，每人重100公斤），平衡配重4吨，不计钢丝绳重量；楼高11层，层高3M，卷扬式提升机构9的可缠绕25M；下极限位置传感器1.1安装高度0.5M，下预警位置传感器1.2安装高度3.51M，上预警位置传感器1.3安装高度26.4M，上极限位置传感器1.4安装高度29.5M，即平衡配重2正常运行高度区间为3.51M～26.4M。在不考虑摩擦损失的情况下，本发明之节能电梯的运行情况如表1。
参见图3，考虑到载荷变化有11种，即0～10人，所以自动变速器传动比有11种，这是理想情况，实际应用可以考虑缩减传动比变换种类，使得轿厢侧与定对重侧的质量大体相同即可。另外，能量的单位是吨.米。
从上面的说明来看，本发明所述的节能电梯有3个运行状态，分别是平衡配重正常运行状态、平衡配重高位下降发电状态、平衡配重低位上升耗电状态。
此外，本发明实施例还具有的优点，解决了普通电梯固定对重问题，确保电梯定对重侧与轿厢侧重量达到相对平衡；采用力矩平衡原理，设计合理，结构紧凑，减少电梯曳引机做功，在完成势能存储、释放、回收的同时额外功耗较低；当电梯平衡配重势能积累到较高位置时，可以集中发电，有利于电能的回收利用。
本发明不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本发明所提供的结构设计，都是本发明的一种变形，均应认为在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种节能型曳引式电梯，其特征在于：所述电梯包括至少一个配重单元，每个配重单元包括设置在机房内的曳引机（12）、自动变速器（11）、卷扬式提升机构（9）、发电电动机（6）、控制器（7）以及设置在电梯井道内的轿厢（14）、定对重（13）和平衡配重（2）；
所述曳引机的输出轴通过第二联轴器（10.2）与自动变速器（11）的输入轴连接，自动变速器（11）的输出轴通过第一联轴器（10.1）与卷扬式提升机构（9）的转轴一端连接，卷扬式提升机构（9）的转轴另一端通过离合器（8）与所述发电电动机（6）的电机轴连接；
所述轿厢（14）和定对重（13）通过钢丝绳悬挂在曳引机（12）上，轿厢内设有称重装置（15）；所述平衡配重（2）通过钢丝绳悬挂在所述卷扬式提升机构（9）上，平衡配重安装在竖直布置的导轨（3）内，平衡配重的上侧和下侧分别设有位置传感器；
所述曳引机（12）、自动变速器（11）、离合器（8）、发电电动机（6）、称重装置（15）、位置传感器均通过电缆与所述控制器（7）连接并受控制器（7）控制；
所述电梯包括两个配重单元，两个配重单元之间共用一个平衡配重（2），该平衡配重（2）悬挂在一动滑轮（16）上，动滑轮通过钢丝绳悬挂在两个配重单元的卷扬式提升机构（9）之间。
2.根据权利要求1所述的一种节能型曳引式电梯，其特征在于：所述位置传感器从上至下依序为上极限位置传感器（1.4）、上预警位置传感器（1.3）、下预警位置传感器（1.2）、下极限位置传感器（1.1），其中，上极限位置传感器（1.4）、上预警位置传感器（1.3）位于平衡配重上侧的井道内，下极限位置传感器（1.2）、下预警位置传感器（1.1）位于平衡配重下侧的井道内；所述上极限位置传感器（1.4）和上预警位置传感器（1.3）之间、下预警位置传感器（1.2）和下极限位置传感器（1.1）之间均设置有一段安全距离。
3.根据权利要求2所述的一种节能型曳引式电梯，其特征在于：所述卷扬式提升机构（9）包括一个安装在所述转轴上的滚筒，平衡配重（2）的钢丝绳或者动滑轮（16）的钢丝绳安装在滚筒上。
4.一种节能型曳引式电梯的节能方法，其特征在于：它包括以下步骤:
a.称重装置实时获取轿厢整体的重量信息，并将该重量信息转化为控制信号传递给控制器；
b.控制器将所获的重量信息与预设的设定值区间做对比，并控制自动变速器进行节能操作，该操作包括：
当重量信息低于设定值下限时，自动变速器启动，并带动从动卷扬机构提升或下降平衡配重，将平衡配重的重量转化为力矩传递给所述轿厢，使得曳引机上钢丝绳两端受力平衡；
当重量信息处于设定值的区间内时，曳引机上钢丝绳两端受力平衡,自动变速器内的离合器分离，平衡配重不参与电梯运行；
当重量信息高于设定值上限时，自动变速器启动，并带动从动卷扬机提升或下降平衡配重，将平衡配重的重量转化为力矩传递给定对重，使得曳引机上钢丝绳两端的重量达到平衡；
c.曳引机提升或下降所述轿厢；
d.当平衡配重运行到上预警位置传感器时，触发上预警位置传感器发出预警信号，待轿厢运行到最近平层，控制器控制发电电机启动，将平衡配重下降到安全位置，而后重复步骤a、b、c；
当平衡配重运行到下预警位置传感器时，触发下预警位置传感器发出预警信号，待轿厢运行到最近平层，控制器控制发电电机启动，将平衡配重提升到安全位置，而后重复步骤a、b、c；
当轿厢在运行到最近平层过程中触发上极限位置传感器或下极限位置传感器时，控制器停止电梯运行，并启动发电电机将平衡配重运行到安全位置，而后重复步骤a、b、c。
5.根据权利要求4所述的节能型曳引式电梯的节能方法，其特征在于：所述轿厢空载时的重量为1个单位，满载时的重量为n个单位,其中n大于1；所述设定值区间介于1个单位和n个单位之间，所述定对重的重量处于该设定值区间内；所述平衡配重的重量至少为1个单位。
6.根据权利要求4或5所述的节能型曳引式电梯的节能方法，其特征在于：所述轿厢空载时的重量为1个单位，满载时的重量为n个单位,其中n大于1；所述设定值介于1个单位和n个单位之间，所述定对重的重量为1个单位；所述平衡配重的重量至少为1个单位。
7.根据权利要求4或5所述的节能型曳引式电梯的节能方法，其特征在于：所述轿厢空载时的重量为1个单位，满载时的重量为n个单位,其中n大于1；所述设定值介于1个单位和n个单位之间，所述定对重的重量为n个单位；所述平衡配重的重量至少为1个单位。
8.根据权利要求4所述的节能型曳引式电梯的节能方法，其特征在于：所述平衡配重在上升或下降过程中完成电梯势能的存储与释放；当平衡配重触动上极限位置传感器或上预警位置传感器而下降时，对发电电动机做功，将势能转化为电能并反馈回电网，实现能量的回收。
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