电梯工作原理PPT课件.ppt

1 曳引电梯工作原理 1 曳引原理2 曳引能力设计3 驱动调速 运行调度4 门机系统 2 曳引原理 3 曳引能力计算 T1 T2 exp f 含动态力计算 03版公式 T1 T2 C1 C2 exp f 4 钢丝绳曳引应满足的三个条件a 轿厢装载至125 8 2 1或8 2 2规定额定载荷的情况下应保持平层状态不打滑 b 必须保证在任何紧急制动的状态下 不管轿厢内是空载还是满载 其减速度的值不能超过缓冲器 包括减行程的缓冲器 作用时减速度的值 c 当对重压在缓冲器上而曳引机按电梯上行方向旋转时 应不可能提升空载轿厢 5 曳引能力设计的三种工况 参见附录M 1 轿厢装载工况T1 T2 exp f 轿厢装载125 额定载荷 且轿厢在井道不同位置的最不利情况不打滑2 紧急制停工况T1 T2 exp f 轿厢空载或轿厢载有额定载荷 在井道不同位置的最不利工况 是动态比值 要考虑各个部件的减速度 在设计减速度条件下不打滑3 轿厢滞留工况T1 T2 exp f 对重压在缓冲器上 曳引机向上方向旋转应打滑 6 保证适度的曳引能力 要改变曳引能力 比值 就必须改变当量摩擦系数和包角的乘积 具体措施 1 改变槽型及绳槽材料 2 改用复合绳或非金属绳 3 改变包角 4 降低曳引力需求 减小极限张力比 7 减小极限张力比的措施 增加轿厢自重 增大轿重系数 加大补偿绳张紧装置重量设计最佳平衡系数减小设计加减速度 8 复绕方式 9 长绕方式 10 钢丝绳在绳槽中的摩擦系数 11 依据安全规范的规定 当槽没有进行附加的硬化处理时 为了限制由于磨损而导致曳引条件的恶化 下部切口是必要的 V形槽使用下面公式 12 电梯安全规范规定 下部切口角 的数值最大不应超过106 1 83弧度 相当于槽的下部80 被切除 对电梯而言 任何情况下 V形槽 值不应小于35 该规定目的在于防止曳引钢丝绳在曳引轮槽内发生卡阻现象 从上述安全规范的V形槽曳引能力设计原则可知 对曳引摩擦系数应该按照最不利情况考虑 因此未经硬化处理的V形槽 装载和紧急制停的工况的当量摩擦系数应按半圆切口槽的无槽口角状态最小值计算 而对于轿厢滞留的工况 对于硬化和未硬化处理的V形槽 均应按未磨损状态的最大当量摩擦系数计算式校核 安全规范中对半圆与半圆带切口槽使用的计算式存在问题 在轿厢滞留的工况下 也应充分考虑轮槽磨损后的最不利状况 不考虑槽口角的存在 采用与未硬化处理的V形槽装有载荷和紧急制停的工况相同的计算式 由此获得轿厢滞留工况当量摩擦系数的计算式 13 曳引能力设计 曳引能力的设计安全系数是防止曳引绳在轮槽内滑移的唯一措施 从安全规范规定的计算方法的变化中 我们可发现其不但考虑了极限工况时曳引轮端曳引绳断面上因悬挂载荷产生的张力及因加减速产生的惯性力 同时考虑了各返绳轮与曳引绳因加减速实际产生的当量惯性力对曳引轮端曳引绳张力的影响 14 加速度系数 GB7588 2003 在取消加速系数C1的同时 使原来根据电梯额定速度分段选定最小加速度系数 改变为完全按实际设计加减速度确定的系数计算 并为加减速度的选择规定了两个最小值 0 5m s2对应的原加速度系数C1为1 1074 接近老规范中最小值1 10 对未采用减行程缓冲器的电梯曳引系统设计是一大解放 0 8m s2对应的原加速度系数C1为1 1775 这一规定对额定速度 2 5m s且采用了减行程缓冲器的电梯 减小了加速度系数的限制 GB T10058规定了当乘客电梯额定速度为2 0m s V 6 0m s时 A95加 减速度不应小于0 70m s2 15 摩擦系数 从固定值0 09改为静态装载工况时为0 10 考虑到运行中曳引绳与轮槽间 蠕动 及动静摩擦系数差异等影响 对紧急制动工况时的摩擦系数 值定为0 10 1 V 10 式中V为额定速度时对应的曳引绳速度 由于紧急制动工况时的摩擦系数 值从固定值改为随额定曳引绳速度而改变 对不同曳引设计中曳引比值的选择带来明显的影响 在同一额定速度的情况下 采用2 1曳引时 曳引绳速度的增加将使 设计值减小 16 载荷工况 125 额定载荷状态只需单独在静态工况满足曳引条件 在考虑加速度力时只需满足额定载荷状态正常运行 在考虑加速度力时 标准要求曳引能力计算依据的设计载荷最大只需满足110 额定载荷状态正常启停 17 轿厢自重的定义 有关电梯轿厢自重的表述 在GB7588中仅于3 13条中提到 在附录F和附录M中均有 P 空轿厢和由轿厢支承的零部件的质量 如部分随行电缆 补偿绳或链 若有 等的质量和 kg 的代号表述 由于P在安全钳额定载荷计算和曳引能力计算 校核时经常采用 通常电梯业界都以P来代表电梯轿厢自重 18 安全钳额定载荷 在计算安全钳额定载荷时 P Q 是最常见的表述方式 Q所代表的额定载荷是不存在异议的 但在轿厢自重P的代表量值上 在GB7588标准附录F3 2 4 1中表述为 空轿厢和由轿厢支承的零部件的质量 如部分随行电缆 补偿绳或链 若有 等的质量和 其中 由轿厢支承的零部件的质量 表述明确 对 如部分随行电缆 补偿绳或链 若有 等的质量和 的表述中没有明确的说明 19 按照满足最不利情况时安全要求的原则 必须考虑到最不利情况是满载轿厢在顶层附近安全钳动作 对此工况 部分随行电缆 补偿绳或链 若有 等的质量和 应该是绝大 或全部 部分随行电缆 补偿绳或链 若有 等的质量和 因此计算安全钳额定载荷中应该将 P Q 中的P表达为空轿厢与所悬挂全部随行电缆 补偿绳或链 若有 等的质量和 20 附录M曳引能力计算 在GB7588附录M3实例计算中 在公式中列出了轿厢自重P的同时 轿厢侧钢丝绳拉力计算式中同时列入了轿厢侧补偿绳 链 的实际重量MCRcar和随行电缆的实际重量MTrav 如按照前面轿厢自重P的释义 轿厢自重P中已经包括全部补偿绳 链 的实际重量MCRcar和随行电缆的实际重量MTrav 式中显然是将轿厢自重P作为空轿厢质量来看待的 其释义与计算安全钳额定载荷时的P是明显不同的 21 轿厢自重的曳引计算定义 考虑到附录M3实例计算公式中轿厢自重的解释 其中 部分随行电缆 补偿绳或链 若有 等的质量和 也可解释为 不随提升行程变化而固定由轿厢支承的部分随行电缆 补偿绳或链 若有 的质量 如随行电缆 补偿绳或链 若有 的轿底弯曲部分 则这部分质量是固定而且极小的 尽管如此 其含义与附录F3 2 4 1中的释义还是截然不同的 因此有必要对轿厢自重P的定义进行明确的界定 使得电梯安全钳和曳引条件设计计算有准确的依据 22 空轿厢重量 鉴于GB7588中有关电梯轿厢自重P的定义不明确 从对标准改动最小和电梯业界常规认识的实际出发 应将GB7588附录M3实例计算公式中的空轿厢重量定义为Pcar 以区别于附录F安全钳额定载荷计算中涉及的轿厢自重P 由此可避免设计 校核计算中由于定义模糊可能产生的错误 同时将轿厢空重Pcar的注释改为 空轿厢和由轿厢支承的零部件的质量 如部分不随提升行程变化的随行电缆 补偿绳或链 若有 等的质量和 kg 23 平衡系数测量时的Pcar 在平衡系数测量时的读数点是轿厢处于行程中部时 此时空轿厢质量Pcar应是空轿厢质量与四分之一的随行电缆质量之和 对重质量并非空轿厢质量 额定载重量与平衡系数乘积之和 24 补偿装置的影响 当电梯无补偿绳或链时 提升高度引起的曳引绳的附加重力对曳引绳张力比影响大 有补偿绳或链时 对计算安全钳额定载荷时轿厢自重P定义应包含轿厢下部悬挂物最大质量 有补偿绳张紧装置时应考虑二分之一张紧装置质量 底坑地面缓冲器承载的轿厢自重可定义Pcar 25 补偿装置参数的设计原理 电梯悬挂系统的曳引绳 带 是承载的重要部件 在电梯运行过程中 曳引轮两侧的曳引绳 带 在带动轿厢 对重运行时 其自身的重量将对曳引轮两侧的曳引绳 带 张力差产生显著的影响 一般在较大提升高度的电梯曳引系统中 均采用补偿装置来减小和消除曳引绳 带 自身运行重量对曳引系统的不利影响 26 曳引系统补偿装置的作用 电梯曳引系统内悬挂曳引绳 带 在电梯运行过程中 曳引绳 带 在曳引轮两侧的重力变化 对曳引绳 带 产生的张力变化将直接影响曳引条件 为此在电梯曳引系统设计中 当系统曳引能力难以适应曳引绳 带 重力变化的影响时 必须采用补偿链 绳 来消除或减小曳引绳 带 重力变化的影响 在电梯驱动系统中 为保证运行时恒力矩控制 也需要采用补偿链 绳 来减消曳引绳 带 在曳引轮两侧重力变化的不利影响 补偿装置在维持电梯运行时恒力矩的同时还能起到节能降耗的作用 27 补偿单位质量的设计计算 在曳引电梯补偿装置的设计计算中 主要的问题来自于电梯的随行电缆 如果没有随行电缆 则补偿链 绳 的单位长度总质量只需等于曳引绳 带 的单位长度总质量 就能保证运行中曳引轮两侧重力不变 曳引电梯补偿装置的设计目的 首先是保持运行时曳引轮两侧的张力差不变 关键在消除或减小随行电缆的重力对曳引轮两侧张力差的影响 28 29 补偿参数计算任意曳引绕绳比的补偿链 绳 全补偿单位质量计算式应该如图1考虑 设轿厢与对重均处于行程的中部位点时 曳引轮两侧曳引绳张力相等 此时与有无补偿装置无关 当轿厢向上移动0 5个单位距离时 对重侧增加了0 5个单位长度曳引绳合计重力 轿厢侧减少0 5个单位长度曳引绳合计重力 同时增加了0 25个单位长度随行电缆合计重力 30 曳引轮两侧曳引绳中由轿厢位置变化产生的张力差 对重侧增量 为 31 轿厢与对重均处于行程的中部位点时 当轿厢向下移动0 5个单位距离时 对重侧减少了0 5个单位长度曳引绳合计重力 轿厢侧增加0 5个单位长度曳引绳合计重力 同时减小了0 25个单位长度随行电缆合计重力 32 曳引轮两侧曳引绳中需补偿的张力差 由式 1 式 2 可知 当轿厢上 下移动0 5个单位距离时 曳引轮两侧曳引绳中由轿厢位置变化产生的张力差值完全相等 此张力差 P即为需由补偿链 绳 补偿的补偿链 绳 单位长度总重量 33 由式 1 式 2 可得下式 式中 Gb 各根补偿链 绳 总和单位长度质量 kg m 由式 3 可知补偿链 绳 完全能对曳引绳重力在曳引轮两侧的运行变化实施全补偿 同时简化式 3 可知对任何曳引绕绳比的全补偿计算式应为 34 完整补偿的计算 大家应注意的是式 4 确定的曳引绳 带 理论全补偿值 只能保证任意工况轿厢匀速运行时曳引轮两侧的曳引绳张力差不变 由于随行电缆重力的影响 轿厢匀速运行时曳引轮两侧的曳引绳张力比还是会发生变化 如需同时维持轿厢匀速运行时曳引绳张力差和张力比均不变 还需在对重下部悬挂单位长度质量与随行电缆相等的附加补偿 35 同理依据式 1 4 的推导方式 可得到电梯曳引系统完整补偿的计算式 按式 5 设计的曳引系统补偿装置 当Gd 等于Gz 时 能够同时维持匀速运行时曳引绳张力差和张力比不变 36 电梯平衡系数的优化 电梯平衡系数是保障电梯曳引条件的重要参数 电梯曳引系统设计 安装调试时均涉及平衡系数的选取 合理设计 配置电梯平衡系数 将对优化电梯曳引系统的工作条件 轿厢轻量化设计 能耗优化设计等多方面产生影响 37 曳引条件 电梯曳引条件应满足轿厢装载工况 滞留工况 空载上行和满载下行两种紧急制动工况的设计要求 由曳引条件设计要求可知 由于轿厢装载工况和滞留工况的曳引条件在满足紧急制动工况设计条件的情况下一般均能满足 因此曳引条件设计主要取决于紧急制动工况的曳引条件设计 在制动减速度 轿厢自重 提升高度确定的条件下 电梯平衡系数是影响空载上行和满载下行两种紧急制动工况下曳引比的重要参数 38 39 40 41 42 实际工况 电梯的实际工况与设计名义工况通常是不一致的 空载工况似乎是没有疑义的 但实际满载紧急制动工况与设计工况的载荷状况是有差异的 满载制动设计工况的载荷是额定载荷 但GB7588规范14 2 5 2条又规定所谓超载是指超过额定载荷的10 并至少为75kg 同时 电梯试验也要求在110 额定载荷条件下正常运行 因此考虑到超载限制的实际情况 应将满载设计工况定为110 额定载荷 43 44 其他修正 由于设计计算是在设定条件下的结论 在实际应用中有时尚需按照实际的使用条件进行一些修正 涉及无补偿装置时轿厢质量的修正和随行电缆质量 滑轮转动惯量及曳引绳惯量影响的修正 无补偿装置时电梯的实际曳引比将加大 其实际影响相当于减小轿厢自重质量 紧急制动时滑轮转动惯量及曳引绳的影响为加大实际曳引比 相当于附加载荷综合各项因数 一般在电梯无补偿装置时轿厢自重系数计算时轿厢质量按实际质量的0 9倍选取 计算统计显示 在通常设计情况下最佳平衡系数修正总量一般不超过0 01 45 结论 通过上述分析表明 按曳引条件设计 电梯平衡系数的理想值是在两种设计动载极限工况条件下使曳引比均为最小时的平衡系数 设计电梯曳引系统时 既可按照最佳平衡系数的值对应的曳引系统最大理想曳引比选取曳引轮槽和曳引轮包角 也可按照曳引系统的最大设计曳引能力选取电梯安装时平衡系数配置的允许偏差范围 安装检验曳引条件时实际平衡系数大于最佳平衡系数时 只需校验空载工况 反之只需校验满载工况 46 平衡系数测量不确定度分析 平衡系数的定义对于电梯平衡系数的定义 在各类技术标准规范中表述有一定的差异 最为详细的定义在GB7588附录G2 4条中 表述为 平衡系数 即额定载重量及轿厢质量由对重或平衡重平衡的量 此定义涉及对重和平衡重 对于对重 平衡系数即额定载重量由对重平衡的量 47 平衡系数的作用 平衡系数反映了维持曳引力的对重质量表达了可由对重平衡的最大额定载重量比值 标定轿厢空 满载时相对额定载重量的理论不平衡量 在电梯拖动设计时涉及电动机的额定功率需求 平衡系数测量与对重重量的定义相关 48 二 对重的表达式结合GB7588中5 3 2 3条的表述 对重的表达式为 49 上式 1 的表述中 额定载重量的定义是毫无疑问的 但对于轿厢自重P的定义有着前述中不同的表述 一般计算对重缓冲器额定载荷中的轿厢自重P表达为空轿厢的质量 平衡系数测量中轿厢自重P应表达为空轿厢质量Pcar与部分 四分之一提升高度 随行电缆质量的和 50 在GB7588附录M中对曳引能力计算时 电梯对重的质量定义也是不包含曳引绳和补偿绳或链 若有 等质量的 但在GB7588 2003正文中5 3 2 2 5 3 2 3条底坑冲击载荷计算均涉及轿厢自重P 5 3 2 3条中把对重的质量表述为 P qQ q为平衡系数 Q为额定载重量 此时理解其中的轿厢自重P应该是空轿厢的质量Pcar 其中不包括补偿装置计算质量 但在对重安全钳的动作质量计算中 则应考虑补偿装置计算质量 51 测量不确定度的基本来源 轿厢自重P从无论有无补偿装置的电梯平衡系数电流法测量考虑 在轿厢与对重在井道中均处于行程中间位置时测量 曳引轮两侧的曳引绳和补偿装置 如有 的质量相等对测量无影响 此时轿厢计算空重Pcar应该包括行程高度四分之一长度的随行电缆重量 相对准确的对重设计质量中的轿厢计算空重Pcar 应该是空轿厢重量与行程高度四分之一长度的随行电缆重量之和 由于在平衡系数测量 计算中 随行电缆对轿厢计算空重Pcar的影响单纯依靠常规的补偿装置也难以消除 因此平衡系数测量时的不确定度就不可避免 52 间接测量偏差因数 在对平衡系数的测量中 直接测量轿厢与对重的重量或重量差的测量方法对安装就位后的电梯难以实现 间接测量时的被测部件的形状偏差 物理性能偏差以及测量施加的外来影响等因素都将影响测量的结果 不确定度 53 测量不确定度分析 1 目前最为流行的平衡系数测量方法是载荷电流曲线测量法 关键在于准确标定上下行电流曲线的交叉点 这样要首先考虑测量数据的读取点 测量读数点应是轿厢与对重处于行程中部时记录测量值 即使在补偿装置达到理论全补偿的精度时 也因补偿装置只能保持曳引轮两侧的张力差不变 而整个电梯运行系统总质量随着随行电缆质量在轿厢侧悬挂长度的变化而改变 从而导致测量电流值持续变化 变化曲线也不同 以轿厢通过行程中部点的电流值为测量基准 还会由于读表数值的反应滞后而产生较大的不确定度 54 2 目前有一种轿厢空载时 测量曳引轮两侧钢丝绳张力差来计算平衡系数的方法 此种测量的基本原理是在基准长度的受载钢丝绳上施加径向力 测量相同径向位移时的反作用力 通过计算来确定两侧钢丝绳张力及差值 从而计算出平衡系数 这种方法需在轿顶直接测量对重与轿厢两侧曳引绳张力 测量点一般在轿厢与对重基本等高位置 此时轿厢下部悬挂的随行电缆为行程高度四分之一长度 如在其他位置测量则轿厢自重的质量就不同 这种方法的准确性特别受到钢丝绳形状偏差的影响 测量时受测段钢丝绳的直径偏差 圆度偏差 径向刚性偏差均会对测量结果造成不确定度 在钢丝绳数量较多时 受测各绳间的张力不匀以及外加测量力对曳引绳静态张力分布的改变作用 都会使测量结果产生很大的不确定度 如对多根绳中的少数绳测量 由于曳引条件不同的影响 还可能直接改变各根绳的张力分布而使测量结果完全不能真实反映实际状态 55 3 有一种对轿厢 对重压在缓冲器座上的压力进行直接测量 以测定轿厢 对重的质量来计算确定平衡系数的方法 这种方法的明显缺陷是由于轿厢压缩缓冲器时未能计入随行电缆质量 与实际的运行情况差异较大 还由于需稳定测量缓冲器座上的压力时 受测侧曳引绳中残余张力值难以把握 而使测量结果的准确性将因电梯 制动器 提升高度 导靴接触状况等 差异而存在较大的不确定度 56 结论 经过上述分析 可见平衡系数的测量不确定度影响因数较多 精确测量平衡系数的关键首先还在于准确定义平衡系数测量中轿厢质量的表述 依据定义确定测量点 其次在于减小间接受测部件的自身形状 性能偏差的影响 还应将测量方法对曳引绳张力分布的直接影响降低到最小 57 曳引能力设计 防止曳引绳在轮槽中打滑 在现代曳引电梯设计中还是主要依赖于曳引能力的设计安全裕度 曳引绳在轮槽中的滑移可能产生的剪切 挤压危险 还未有有效的预防措施 对此安全规范也未规定必须采取的具体技术措施 一 曳引条件分析二 曳引能力设计 58 一 曳引条件分析 对于钢丝绳曳引 安全规范中规定如下 钢丝绳曳引应满足以下三个条件 a 轿厢装载至125 8 2 1或8 2 2规定额定载荷的情况下应保持平层状态不打滑 b 必须保证在任何紧急制动的状态下 不管轿厢内是空载还是满载 其减速度的值不能超过缓冲器 包括减行程的缓冲器 作用时减速度的值 c 当对重压在缓冲器上而曳引机按电梯上行方向旋转时 应不可能提升空载轿厢 59 条件a 分析 曳引条件中a 项对于电梯曳引系统设计的影响可参见GB7588 2003附录M与GB T10058 2009 电梯技术条件 的要求 60 61 条件b 分析 首先缓冲器作用时的减速度限制值对于蓄能型 线性 缓冲器无规定 对于蓄能型 非线性 缓冲器和耗能型缓冲器均要求为 平均减速度不应大于1gn 2 5gn以上的减速度时间不应大于0 04s 由减速度峰值的不确定性可知 对于缓冲器作用时的减速度 只能依据平均减速度而不能是峰值 又从曳引原理可知 当曳引系统减速度达到1gn时 向上减速侧悬挂质量对曳引绳产生的张力将降为零 曳引条件不成立 因此无论曳引机机械制动器具有多大的制动能力 制动曳引轮依靠欧拉公式原理的摩擦力 使曳引绳悬挂质量产生的减速度不可能大于1gn 如果条件中紧急制动释义考虑到制动曳引轮以外的制动形式 则对于瞬时式安全钳因其动作减速度很大而不适用 其他紧急制动形式减速度限制均为不大于1gn 因此该条件只能理解为仅对使用平均减速度小于1gn耗能型缓冲器时的电梯适用 而采用平均减速度小于1gn耗能型缓冲器的电梯设计案例较少 且其平均减速度小于1gn的差值均不大 又鉴于曳引条件c 的限制 常规曳引能力的设计值远不足以使电梯曳引机紧急制动产生接近1gn的减速度 基于上述分析可知曳引条件b 对于曳引电梯不具有普遍意义 62 条件c 分析 在安装完成后试验滞留工况合格 还不能保证电梯后续运行阶段 或更换新曳引绳而不修正曳引轮槽 时滞留工况合格 对此可参见欧洲标准化技术委员会CEN正式公布EN81 1 1998的相关条文解释 CEN TC10解释文号165号所提的问题 钢丝绳未磨损部分的直径与曳引轮槽剖面不吻合 这部分钢丝绳的曳引比明显高于经常使用的那部分钢丝绳的曳引比 标准的9 3和附录D2h 2的意思是不是只考虑曳引轮上运行于极限开关之间的那部分钢丝绳 该问题明确显示了在经长期使用后 曳引绳正常运行段磨损将造成曳引轮槽剖面相应改变 在电梯超越正常行程范围时 其与钢丝绳未磨损部分的接触将显著增大曳引能力 此时滞留工况试验就有可能不合格 CEN TC10对此情况明确解释为 不是 9 3的要求必须始终得到满足 对滞留工况CEN TC10在138号解释中还明确了 D2h 2叙述的试验中必须表现钢丝绳和曳引轮之间的打滑 由此不但明确了安全规范对电梯使用过程中曳引摩擦力变化情况的关注 还可理解到附录M中滞留工况摩擦系数推荐值为什么高达0 2 63 二 曳引能力设计 在电梯曳引能力设计计算中 主参数额定载重量 额定速度是选定参数 由额定载重量为主参数确定的轿厢结构设计要求 将基本确定空轿厢质量Pcar 额定速度将确定最小加减速度值 由此确定运动惯性对曳引能力的要求 曳引条件分析已经证明 在满足紧急制动工况后对于装载工况已经能够满足 轿厢滞留工况可在全部设计完成后校核环节实施 在此基础上 电梯所需曳引能力就可由计算初步确定 64 65 指数设计原则 曳引能力指数值的影响因素 在1 1悬挂传动时 当轿厢尺寸和对重位置 侧置 后置 确定后 曳引轮包角最