基于AMEsim的电梯变液阻液压缓冲器研究分析

引言

在工业机械发展过程中,为避免机械设备间刚性连接或碰撞,液压缓冲器作为安全保护装置被广泛运用。液压缓冲器利用机械能通过液阻的作用转化为热能,将能量进行转化、消耗,起到缓冲作用。在电梯使用过程中,为防止电梯因故障而坠落,对乘客的人身安全造成伤害,液压缓冲器起到了关键作用。

1液压缓冲器技术要求

液压缓冲器主要依靠缓冲器内部设计的阻尼小孔形成一系列节流小孔实现缓冲,其机构紧凑且能量转化率高,缓冲器基本要求是使机构按既定目标减速并停止,对设备或人员起到保护作用,因此在电梯中设计合理的缓冲器液阻结构、几何分布达到最佳效果显得尤为重要。

根据电梯机构原理,若发生电梯坠落,限速器动作速度为115,0,当运行速度大于限速器值时,限速器-安全钳联动,使空轿厢制停时,其减速度不得大于1gn。因此,假设限速器的最大初始速度为115,0,乘客电梯启动加速度和制动减速度最大值均不应该大于15 m/s2。根据《电梯制造与安装安全规范》GB/T7588一2003）要求,液压缓冲器!能的总行程应

至少等于相应于115%额定速度的重力制停距离,≈

0067 ,EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(m。当载有额定载重量的轿厢自由下落并以115%额定速度撞击缓冲器时,应满足:(1）缓冲器作用期间的平均减 速度不应大于1gn :(2）2 5gn 以上减速时间不应大于0 04 s。

规定计算的缓冲器行程,!采用轿厢（对重）与缓冲器刚接触的速度取代公式中115%规定速度。但行程不应小于: （1）当额定速度≤40m/s时,按上式计算行程的50% 。 在任何 情况下 ,行程不应小于042m:（2）当额定速度大于4 0 m/s时,按上式计算行程的1/3。但在任何情况下,行程不应小于054 m。

2阻尼装置设计

首先根据预定的最优减速度-活塞行程曲线,确定活塞运动速度与活塞行程的关系。

式中 ,α（L）为预定优先速度:v（L）为活塞速度:v0为与缓冲器接触时速度:L为活塞行程。

根据活塞速度、减速度与行程之间的关系就可以确定缸筒上阻尼小孔的有效通流面积与活塞行程的关系:

式中,A（L）为阻尼小孔有效通流面积:D为活塞直径:p为液体密度:Cd为阻尼小孔的流量系数:MC为电梯的质量。

式中,M为电梯质量:F为电梯在运行中所受到的外力:s为活塞的冲程。

根据式(1）～(3）所示,影响液压缓冲器机构的设计关键元素是液压缓冲器的通流面积,其取决于节流小孔的结构形状和分布。

2.1阻尼小孔形状对缓冲器性能的影响

液压缓冲器是通过受压使得压力升高的液压腔液压油通过阻尼小孔流到油箱,使得能量消耗在阻尼小孔中,因此阻尼小孔的设计是液压缓冲器的关键。不同的阻尼小孔(如矩形、圆形或者三角形等）通流面积对位置的积分计算不一致,有效的通流面积不同,对液阻形成有很大影响:同时,不同阻尼小孔中的流体流射角度不同（Cd值不同）,根据不同的工作状态,!以选择需要的阻尼小孔。

2.2阻尼小孔排布对缓冲器性能的影响

根据式（2）通流面积的计算公式可得,影响液压缓冲器性能的除了阻尼小孔的形状,还包括阻尼小孔的排布状态,可以采用连续分布或者间接式分布,或采用恒比例减小时的液阻变化,或采用指数方式变化,合理的阻尼小孔位置分布可获得理想的缓冲性能。

3AMESim虚拟样机的建立

根据液压缓冲器的机械结构和实际使用情况,构建和设置AMEsim虚拟样机 ,如图1所示。设置与电梯轿厢一致的电梯质量模块,作用于液压缓冲器上,基于电梯下坠情况,液压腔1连接油箱,液压腔2的液压油通过阻尼小孔流到液压腔1,利用阻尼小孔的作用把机械能转化为热能,实现缓冲作用。其中 ,设置电梯质量的属性在重力作用下运动,质量为3000kg,初始速度175m/s,模仿电梯下坠的实际情况。为了更好地研究分析液压缓冲器结构对电梯缓冲的性能印象,主要分析阻尼小孔和液压缓冲腔2腔室（死区）的影响。

3. 1阻尼小孔对缓冲性能的影响

设置阻尼小孔随位置的变化按线性比例减小,阻尼小孔为矩形长型孔,当矩形小孔的孔径大小变化和孔径深度变化时,阻尼小孔的通流面积随之变化,设置阻尼小孔的深度分别为2mm、3mm和4mm ,研究阻尼小孔的变化对缓冲力的影响。电梯质量在缓冲器阻尼小孔的作用下,先减速后匀速下降直至停止,缓冲器的力与电梯质量在重力作用下一致。阻尼小孔变化对缓冲力的影响如图2所示,从图2可知,随着阻尼小孔的变化 ,在一定范围中 ,阻尼小孔深度越小,液压缓冲器的作用力越快达到最大缓冲力,缓冲作用越大,因此表明液压缓冲器中阻尼小孔之间的压差越大,机械能转化为热能的效果越快,阻尼小孔越小,缓冲效果好。但是当阻尼小孔过小时,缓冲器的阻尼作用减小,引起液压系统震荡,即瞬时作用力较大,电梯质量撞击缓冲器后瞬时反作用力较大,减速度较大,会引起电梯内的人员不适或者造成二次伤害:同时液压缓冲器阻尼小孔过大时,液压系统的缓冲力过小,无法满足电梯坠落缓冲的要求。

3.2液压缓冲器缓冲腔对缓冲器性能的影响

液压缓冲器除了阻尼小孔的影响,缓冲器机构中影响缓冲作用的因素还有液压器死区,缓冲器死区的变化是液压腔液压油体积的变化。液压缓冲器死区对缓冲力的影响如图3所示,由于电梯质量和阻尼小孔一致,缓冲器的减速度和液压缓冲器的作用力基本一致,主要区别在于在一定范围中,死区越大,系统的阻尼性越小,系统震荡越大,与系统的流量系数相关,原因在于缓冲腔液压油越多,电梯质量的动能要转化,机械能转化到液压系统中的液压能,然后液压能通过阻尼小孔转化为热能过程中,液压能释放引起震荡。因此,缓冲器设计过程中需要选择合理的死区,即液压缓冲腔的体积大小,液压缓冲腔过大,会引起系统阻尼过大,引起液压系统震荡,导致电梯内人员不适。

4结论

本文首先介绍了液压缓冲器在电梯安全保护中起到的关键作用,同时根据电梯承载乘客的特殊使命,相关国家标准提出了具体的要求,根据相关理论和AMESim虚拟样机的分析得到以下结论:

(1）液压缓冲器关键影响因素是阻尼小孔的设计,其中包括阻尼小孔的形状和分布,决定了液压缓冲器系统中的液阻,应根据所需要的缓冲力,设计符合要求的阻尼小孔。

(2）液压缓冲器的影响因素还包括缓冲器缓冲腔的(死区）体积,液压缓冲腔过大会引起液压系统的震荡,导致液压系统阻尼过大,应设计合理的液压器缓冲腔。