液压电梯闭式回路节能型电液控制系统分析

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1、摘要节能与环保是当今世界多种技术发展的趋势。液压电梯虽然仍是电梯中的一种重要梯种，在整 个电梯市场上，特别是在欧美发达地区仍占有较高的市场份额，但是在“绿色产品”日益盛行的今 天，液压电梯的“非绿色化”、以及装机功率火，能耗严重的缺陷已经成为制约其发展和应用的重要 问题。因此如何减少液压电梯的装机功率和能量消耗、实现液压电梯的节能高效运营、并使液压电 梯成为一种绿色产品，是目前液压电梯技术发展的重要方向。本文顺应液压电梯的技术发展趋势，综合应用了电梯的液压配重技术、变转速容积调速技术、 轿厢活塞拉缸提高技术，研制了一种闭式同路构造的节能型电梯液压系统。论文的研究工作重要同 绕如下几种问题而展开

2、：减少液压电梯的装机功率和能量消耗、提高系统效率、减小液压电梯的用 油量、实现泵站的小型化、保证电梯的速度控制性能等。实验成果表白，最后所研制的节能型液压 电梯，其平均总效率达到7l；相对于同样规格的阀控调速液压电梯和变频驱动液压电梯，其装机 功率由29kW减少到11 kW如下，达到了曳引电梯的水平：相对于阀控调速的液压电梯，本系统的 平均节能率至少为708，相对于原则变频驱动的液压电梯，本系统的平均节能率至少为363。液 压泵站的构造尺寸略为同规格的阀控调速或变频驱动液压电梯泵站构造尺寸的一半，同步用油 最大幅度减小，系统有效用油量不不小于上述两种类型液压电梯有效用油量的三分之一。不仅为实现

3、系 统的小机房化、无机房化打下基本，并且有助于环保。通过采用必要的电梯速度控制措施，可以实 现电梯的平稳起动和停靠，保证了运营速度的稳定性、乘坐的舒服性，达到良好的速度控制性能。 各项研究工作表白，所研制的闭式回路的节能型液压电梯系统原理对的、设计方案合理，基本达到 了预期目的。论文中所提出的诸多节能方案不仅合用于液压电梯，并且对于其他电液控制系统的节能研究也 有较好的借鉴意义，论文的研究成果具有很高的工程应用价值。论文重要构造如下； 第一章，简要回忆了电梯的发展历史，综述了目前电梯技术研究中的热点问题。重点论述了液压电梯节能技术的发展趋势，分析了世界各国近些年来浮现的液压电梯新产品新技术，晟

4、后论述了 本文的重要研究内容及课题的意义。第二章，研制了液压电梯闭式回路节能型电液控制系统。该新型液压电梯系统的装机功率可以 减少到曳引电梯的水平，具有能耗低、用油少等明显特点。对整个液压电梯系统进行了总体方案设 计，并将其划分为机械升降子系统、液压动力及其控制子系统、电气子系统及电子控制子系统三大 部分。根据系统的功能规定和技术指标，对各个子系统进行了构造设计及参数设计，建立了一种完 整的电梯实验平台。第三章，分析系统各构成环节运动规律，建立了相应的电学方程、力学平衡方程、液流持续性 方程等数学模型和仿真模型。通过数字仿真研究，分析电梯轿厢速度、闭式回路中各处的压力变化 特性，研究分析了液压

5、系统的油温变化对电梯运营速度的影响方式，对提高系统静摩擦力和动摩擦 力的变化大小对电梯速度的影响也进行了仿真分析。第四章，对影响电梯速度控制性能的重要液压元件的变量参数进行了实验测试，是系统工作特 性分析以及设计改善的根据。对蓄能器气体等温状态变化和绝热状态变化F的气体压力一容积变化 特性迸行实验测试，并拟合出实际的气体多变指数。具体分析了温度对蓄能器工作压力的影响，给一l一出了其压力的正常变化范畴，提出了蓄能器溢流压力的设立措施和补L法簧略，来保证蓄能器工作压 力变化范畴的恒定。对于液压系统的闭式回路以及油箱中的油液温升，按照电梯4种不同的运营频 度分别进行了实验测试，分析油液温升的因素，给

6、出了经验公式。对电梯运营的振动和噪声进行了 实验测试，给出解决轿厢振动和噪声超标的措施。本章还研究分析了保证电梯平稳起动、停靠以及 速度稳定性的控制措施。重点针对电梯的速度控制性能和能耗特性展开实验研究。在速度性能的实 验研究中，重要分析和研究了油温和载重量变化对速度性能的影响。而在能耗特性的实验研究中， 具体分析了系统各环节的能耗特点，并给出系统节能性的评价成果。特别对于蓄能器的容量增大后， 系统速度控制性能以及系统能耗特性的变化状况也进行了具体的实验研究和分析。第五章，将工程应用对象电梯的规格参数作为给定设计参数，分别推导出电梯液压系统的 蓄能器容量、压力设立、电动机的额定功率与上述规格制

7、造参数间的函数关系。是基于本文原理的 电梯液压系统设计应遵循的措施。为了增长系统的安全冗余度，针对主控制阀的构造给出了两种改 进方案对其中一种方案进行了实验研究。并进一步提出一种具有双向截止功能，通流量大。密封 性良好，既便于集成又满足系统安全性规定的新式构造的主控制阀。第六章，对本论文所作的研究工作进行总结，给出重要的研究性结论，并对将来的研究工作进行展望。核心词t液压电梯，节能，闭式回路，蓄能器，配重。活塞缸，变频驱动，电动机，液压泵，马达 速度控制，装机功率，效率，油液温升一2一 垒塑!型AbstractHydraulic elevator is one of elevators and

8、 it has become increasingly popular in Europe However,considering environmental protection and energysaving，the hydraulic elevator with large installed power and high energy consumption can not be widely applied at present Therefore，the key interest of the hydraulic elevator is aimed at the reductio

9、n of its energyconsumption and the realization ofits high efficiencyIn this paper,the hydraulic elevator of energysaving with closed circuits is proposed using hydraulic counterweight,VVVF control and cylinder lifting technologyThe paper contents include the enhancement of system efficiency,the redu

10、ction of energy consumption and oil quantity,the realization of pumping station miniaturization and the assurance of speed control performance and SO onNot only the proposed method of energy-saving Can be applied tO the hydraulic elevator,but also to the other mechatronic systemFurthermore thearticl

11、e is of great value academically and practicallyIn chapter 1，the history and current research status of the hydraulic elevator are introduced based on a lot of the publications and conference papersThe energysaving technology of the hydraulic elevator is mainly described，and the new hydraulic elevat

12、ors athome and abroad are analyzedThe research aim and significance are describedIn chapter 2，the hydraulic elevator of energysaving with closed circuits is proposed， which is a new elevator with being equal to hauling elevator in the installed power and is characteristics of lower energy consumptio

13、n and oil quantity usedThe system of the hydraulic elevator is designed，including the subsystem ofmechanical lifting，hydraulic power and control，electrical and electronic contr01According to the requirements and technology specifications ofthe hydraulic elevator,the system rig is set upIn chapter 3，

14、the motion of system links is analyzed，and electric equation，dynamic equation，flow continuous equation and simulation model are set upThe elevator speed， pressure distributions in the closed circuits，effects of oil temperature on the elevator speedand the effects of static and dynamic frictional for

15、ces on the elevator speed are analyzed usingthe Simulillk ofMatlabIn chapter 4，the experimental research ofthe effects ofthe parameters ofmain hydraulic components on the control performance ofthe elevator speed is carried outThe relationships between gas pressure mad volume in the pressure accumula

16、tor under the conditions of the state of constant temperature and thermal isolation are measured，and practical gas polytropicexponent is firedThe effects of oil temperature on the accumulator pressure are analyzed in details，the range ofthe accumulator pressure is given by experiments，and the settin

17、g method ofthe accumulator reliefpressure and the supplemental oil method are proposed tO ensure that the accumulator pressure keeps a constantFour kinks of frequencies in the system are measuredand the reason for oil temperature rise is analyzed and the experienced calculation一3一Abstraetformula of

18、oil temperature rise is givenTtxe vibra60n and noise of the e3evatorS ascen6ing and descending are measured and the solution tO solving the elevator vibration and noise overproof is proposedThe elevator stable starting，stopping and speed stability are investigatedIn particular,experimental studies a

19、re carried o试aiming at the e)evator speed control performance and energy consumptionIn the speed control，the effects of both oil temperature and load on the elevator speed are mainly studied and analyzedIn energy consumption,the characteristic of the energy consumption for the elevator links is anal

20、yzed in detailsand the evaluation results of the elevator are givellAlso the speed control performance and the energy consLanption of the elevator are studied theoretically andexperimentallyIn chapter 5，the volume of pressure accumulator,pressure setting，the rated power ofelectrical motor and their

21、function relationships are respectively derived according to the elevator operationBased on the proposed elevator principle and the improvement of the system redundancy reduction，two kinds of improvement methods ale proposed focus on the structure ofmain control valve，and one oftwo is studied experi

22、mentallyFurthermore，a new kind of main control valve is proposed for meeting the requiremems of the convenient integration and the system safetyIn chapter 6，some conclusions ale given and some new views ale put forward in the futureKeywords：hydraulic elevator,energy-saving，closed circuits，velocity c

23、ontrol，counterweight， pressure accumulator,piston cylinder,VVVFelectrical motor,hydraulic pumpmotor, installed power,efficiency,oil temperature rise-4论文图表索论文图表索引图1】 欧美日等国家新装垂直电梯梯种及数量 一7表11 1998年国内电梯生产量记录 8图l，2阀控液压电梯系统原理图 lo图1，3阀控液压电梯系统能量转换示意图 10图14轿厢带配重的液压电梯构造简图 _ 11图15柱塞缸带配重的液压电梯构造简图 ll图16活塞缸带配重的液压

24、电梯构造筒图 11表12液压电梯不同支承方式的效率 “13图19一般阀控节流调速的液压电梯上行过程能耗示意图 一14图110变转速容积调速的液压电梯上行过程能耗示意图 14图111采用压力油源的液压电梯系统原理图 16图1，12带蓄能器的变频驱动液乐电梯系统原理图 ，16图113能量回收式阀控液压电梯系统示意图 17图114能量回收式变频驱动液压电梯系统示意图 17图115渡压电梯平层段能量消耗示意圄 ，19图116德国Leis仃itz公司的液压电梯产品一20图117意火利GMV公司的液压电梯产品21图11s瑞典Hydroware公司的液压电梯产品 -r21图119瑞士Bucher集团的液压电

25、梯产品 22图21液压电梯闭式回路节能型电液控制系统原理图 ”28图22电梯运营过程中的能量转换“流程”图 -3】图23 电梯的机械升降机构 32图24液压泵站照片 一34图25主液压泵马达的效率曲线 36 图26主控制阀的构造方案 一37 图27电磁座阀的压差一流量曲线 -38图28液控单向阀的压差一流量曲线 38图29蓄能器的工作状态示意图 42图210蓄能器气体的工作状态循环示意图 -42 图211蓄能器压力变化比b与蓄能器总容积、压力变化范畴的关系 44图212电气系统接线示意图 48图213通用变频器的基本构成框图 148图214蓄能器压力变化比与电动机最大输出功率以及蓄能器总容积的

26、关系 52 图215电气控制柜 53 图216电梯速度检测装置 一 53表2I继电器触点状态与运营指令的关系548一论文图表索日图217 监控系统硬件功能框图55图218 接口电路扳原理图-56图219 监控程序的流程图57图3，1系统控制框图59图32系统动态特性方程流图“60图 3矢量控制系统的设想61图 4 矢量控制的异步电动机的变频调速机械特性62图 5 液压泵马达处的输入输出流量示意图-r64图 6 电梯运营过程活塞杆受力示意图67图37滑轮一轿厢环节的示意图68图38滑轮一轿厢环节构造展开分析示意图68图39电梯上行过程中滑轮和轿厢的受力分析图69图310系统的Simulink仿真

27、模型框图7l表31模型中的参数取值72图311 不同载重景工况的速度和压力仿真曲线-73图312粘性阻尼力变化对电梯速度性能影响的仿真曲线 -74图313泄漏流量对电梯速度性能影响的仿真曲线-76图314摩擦力变化对电梯速度性能影响的仿真曲线-77图41液压泵泄漏流量的实验测试曲线-80图42摩擦力示意图81图43提高机构的机械摩擦力和粘性阻尼力的实验测试曲线82图44蓄能器补油过程的压力变化曲线一83图蓄能器气体等温变化过程的p一矿曲线83图蓄能器气体绝热变化过程的pV曲线83图根据蓄能器实际气体多变指数值修正rp比与和尸。之间的关系-86图蓄能器气体热互换示意图87图49 蓄能器预充气压力

28、肋随温度变化的实测成果“87表41不同环境温度下蓄能器预充气压力Po的变化“87图410 气体温度变化对蓄能器压力影响的示意图-88图411蓄能器气体J二作循环中的能量转换示意图-90图412 蓄能器气体温度变化对其P一矿特性曲线的综合影响93图413翻j式回路的外泄漏对蓄能器压力影响的示意图”94图414 压力超限补油的控制措施“95图415电梯液压系统的油液温升实验测试曲线98图416电梯轿厢振动加速度测试曲线“101图417 噪声的实验测试曲线-103图418电梯起动过程的控制流程图“105图419电梯在不同楼层间运营的速度曲线“108酗420油液温度变化对电梯速度性能的影响-109 一

29、9一论文图表索 图42i电梯载重量的变化对速度性能的影响图422 系统功率特性实验测试曲线-图423重要元件功率损失曲线图4，24 系统的运营总效率曲线图425 系统的平均总效率表42系统的能耗及平均总效率“ 表43 不羁类型电梯液压系统的装机功率比较表44 不同类型电梯液压系统的效率比较一 图426 增大蓄能器容量后的电梯运营速度实验i羁4试曲线 囤427 增大蓄能器容量后的功率特性实验测试曲线表45 增大蓄能器容量后系统的能耗及平均总效率图51 主控制阀的安全性冗余设计 一 图52 油路上增长二位四通换向阀后的照片和速度实验曲线 - 图53 新式主控制阀构造示意图 +图61一种机械配重构造

30、的节能型液压电梯系统B体伸侉加加M玎拈”弧卯观一10-论文物理量符号阐明论文物理量符号阐明论文中的物理量符号按照GB 31003102-1993规定书写，各符号的具体含义如下 加速度电梯轿厢运营加速度 加加速度面积活塞缸有杆腔有效面积 活塞杆的运动粘性阻尼系数 电动机轴系上的阻转矩阻尼系数 主液压泵马达的层流内泄漏系数 柱塞杆直径 因温度变化而导致的蓄能器压力变化范畴比蓄能器充油量变化而导致的蓄能器气体体积变化比口q爿也既砩d廓由D活塞缸缸筒内径丘油缸中液压油的有效体积弹性模量晶蓄能器侧液控单向阀与泵口之间的管路容腔中的油液有效体积弹性模量油缸侧液控单向阀与泵口之间的管路容腔中的油液有效体积弹

31、性模量F1F1各段钢丝绳上的拉力FrR各滑轮轴承上的作用力，e提高动滑轮对活塞杆的等效作用力民活塞杆上的摩擦阻力凡电梯轿厢上的摩擦力g重力加速度H电梯总提高高度qs电梯减速段距离 活塞缸的活塞杆和电梯轿厢的速度大小之比(传动比)定子电流的励磁分量(无功分量)屯“m定子电流的转矩分量(有功分量) 变频器与电动机间的输入，回馈有功电流 电机轴上的总转动惯量滑轮的转动惯量 电梯减速段距离置。与电梯总行程高度H之比 电梯轿厢半载与满载状况r的油缸内压力之比 比例系数电梯轿厢的摩擦力因数 扭转弹性转矩系数液控单向阀中的液压油从A口到B口流通时的压力损失系数 液控单向阀中的液压油从B口到A口流通时的压力损

32、失系数 主液压泵马达内泄漏流量系数 土液压泵马达外泄漏流量系数转子漏电感k矗南粕局疋凰如如。活塞杆的有效行程一丝三塑墨墨笪兰望塑k定子转子之闻的互感 噪声级转子电感 物体的质量 活塞杆的质量 轿厢质量电梯额定最大载重质量 滑轮的质量 轿厢内的载重质量气体多变指数；电动机转速；蓄能器的放油次数 蓄能器气体等温变化时的多变指数值 蓄能器气体绝热变化时的多变指数值 电动机磁极对数压力 蓄能器内油液压力 蓄能器预充气压力bm讯晰唧忱。怖p既皿m电梯在1楼，蓄能器等温补油后或气体等容变化后回到等温上时的气体压力m电梯在3楼，气体等容变仡后同劐等温上时的气体压力表达p“是随温度变化的变量 电梯从2楼或3楼

33、刚刚运营到1楼，蓄能器气体绝热变化后的压力 电梯从1楼或2搂刚剐运营到3楼，藩能器气体绝热变化后的压力 活塞缸内液压油压力m脚娜风m电梯在50额定载重量状况下油缸内的压力值m液压系统设计选定的油缸内最高工作压力，或系统的压力级别液压泵，马达蓄能器一侧的油口压力液压泵马达油缸一侧的油口压力压差功率 蓄能器的输出，输入功率 补油泵的输出功率液压缸环节的输入或输出功率 变频器对电动机输入功率或电动机对变频器的回馈功率 轿厢及其载荷的运营功率电动机的输出功率 电动机的额定输出功率液压泵-5达的蕾能器一侧油口处的传播功率液压泵马达的油缸一侧油口处的传播功率 油缸一滑轮一镪丝绳一轿踊环节的功率损失 电动机

34、一液压泵马达轴系上的功率损失 蓄能器一侧的液压阀组1和管路的功率损失 油缸一侧的液压阀组2和管路的功率损失 蓄能器输出，输入流量系统补油泵输出流量 液压缸内输入，输出液压油流量cm卸P只只珞确气遗蛾蛾敞吼晒液压缸内的液压油额定流最一12论文物理量符号阐明蓄能器一侧液控单向阀到泵间的管路压力区对泵马达的输入，输出流量 油缸一侧液控单向阀到泵间的管路压力区对泵马达的输入，输出流最 主液压泵马达处产生的内泄漏流量闭式回路的外泄漏流量 主液压泵马达蓄能器一侧的油口处产生的外泄漏流量 主液压泵马达油缸一侧的油口处产生的外泄漏流量帅Q热量转子电阻 蓄能器气体等温变化的工作压力比 滑轮的等效半径微分算子 与

35、tl75五个时刻相相应的电梯已经运营过的距离 时间；摄氏气温电梯加速结束、匀速结束、减速结束、平层结束、完全停止的5个时刻 转矩；热力学温度环境温度转子时间常数 闭式管路内液压油温度 电动机的动态转矩 电动机轴系转动时的机械摩擦阻力矩 负载转矩油箱内的液压油温度 蓄能器一侧液压油压力作用于泵马达上产生的力矩 油缸一侧液压油压力作用于泵马达上产生的力矩 电机轴上的总负载转矩电动机的工作电压 速度 活塞杆的伸缩速度电梯轿厢的运营瞬时速度 电梯的平层速度 电梯额定运营速度容积 蓄能器预充气时的实际气体容积电梯在1楼，蓄能器压力为胁l时(涉及瑚l和风1之间的任意压力)的气体容积 电梯在3楼，蓄能器压力

36、为协3时(涉及p“和P郴之间的任意压力)的气体容积 蓄能器内的充油量从液控单向阀阀口到油缸活塞之间压力容腔的总体积电梯运营前，从液控单向阀阀口到油缸活塞之间压力容腔的初始总体积 电梯停在第i层时蓄能器内的气体容积n，旷丁疋矗n矸死瓦k勉。K岣矿H巧圪巧K逆向计数的第n次放油前蓄能器内气体容积活塞杆整个行程伸长、收缩后，输出、输入到液压缸内的油量容积，即有效用油量 蓄能器侧液控单向阀与泵口之间的管路容腔的容积 油缸侧液控单向阀与泵口之间的管路容腔的容积闭式回路内泄漏的液压油容积n闭式同路外泄漏的液压油容积丝苎塑翌苎笪量塑塑蓄能器内的充油裕量AV蓄能器向外输出的总液压油容积K手动下降阀的放油量能量

37、巩一种完整的运营过程中，蓄能器输出或存储的能量一种完整的运营过程中，变频器与电动机间转换的有效能量磁z一种完整的运营过程中，电梯轿厢所获得或输出的能量 Z氍。电梯在不同载重量工况下运营的电网电源总输入电能 仉油缸运营效率叩cs闭式油路构造的节能型液压电梯系统相对于其他类型液压电梯的平均节能率叩b钢丝绳滑轮提高部件的效率仍轿厢运营效率柳R提高系统的总效率即m电动机的总效率叮删浸油式泵站电动机轴系因搅油机械损失而引起的电动机的机械效率rm电动机内部效率饰液压泵马达的总效率撬系统总效率系统平均总效率呷va蓄能器侧液压阀组的通流效率印vc活塞缸侧液压阀组的通流效率0扭转角电动机的过载系数p液压油的密度

38、口闭式油路中液压油的运动粘度转子磁链电动机转子机械角频率钟t用电兔度表达的定子给定角频率，酃同步角频率AF滑轮转动的角速度s转子转差角频率一14-论文标题及项目编号阐明论文标题及项目编号阐明1标题编号： 一级标题：11；12；21；22； 二级标题：111：112：211；3，13； 一2项目编号：一级项目： (1)：(2)；(3)； 一 二级项目： 1)；2)：3)； 三级项目： ：； 四级项gt： A；B；C：一15一独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指引下进行的研究工作及获得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和道谢的地方外，论文中不涉及其她人已经刊登 或撰写过的研究

39、成果，也不涉及为获得逝姿盘堂或其她教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何奉献均已在论文中作了明确的说 明并表达谢意。学位论文作者签名：球童杰签字日期：2箩年5月R学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全理解逝江盘堂有关保存、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，容许论文被查阅和借阅。本人授 权迸江盘堂可以将学位论文的所有或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后合用本授权书)学位论文作者签名球毒焘导师签名凇矽铎多签字R期：2优万年5月2万日签字日期：乏

40、刀歹聿石月2爷同学位论文作者毕业后去向工作单位：电话通讯地址：邮编第一章绪论第一章绪论摘要：本章综述了电梯的历史发展过程和目前的技术热点、将来发展趋势，分析了国内外液压电梯 的市场现状。重点论述了液压电梯节能技术的发展趋势，并简介分析了液压电梯的新产品、新技术， 在此基本上提出课题的任务、课题研究的内容和意义。11电梯的来源与发展111液压电梯的历史沿革当今世界，作为一种交通运送工具的电梯，其生产状况和使用数量已成为衡量一种 国家现代化限度的标志之一，是现代都市建筑中不可缺少的升降设备。随着电梯功能和用途越来越广泛，其分类也越来越细。如果根据电梯传动构造形式的不同，目前应用最为广泛的电梯可分为

41、两大类：一种是曳引电动机直接驱动的曳引电 梯；另一种是液压传动的液压电梯。对于前者，电梯轿厢的升降靠钢丝绳与曳引轮之间 产生的摩擦力驱动。对于后者，运用油缸直顶支撑轿厢，或者侧置支撑轿厢(需要借助 钢丝绳通过滑轮组与轿厢连接)，通过油缸柱塞(活塞)杆的伸缩来驱动轿厢的升降。(1)液压电梯的来源和发展在一般人的印象中会觉得曳引电梯浮现得比液压电梯早，而实际状况恰恰相反。要 阐明这一事实就得从电梯的来源说起。公元前28，古代埃及在建筑金字塔时曾使用过人力驱动的升降机械，公元前11左右国内劳动人民也发明了“桔槔”、“辘轳”等人力升降机，这些工具事实上都 是电梯的雏形。公元前236年，古希腊的阿基米德

42、设计出一种人力驱动的卷筒式卷扬机， 共造出三台，安装在妮罗宫殿里。人们把这三台卷扬机看做是现代电梯的鼻祖|】。j。随 着自然科学的进步，到了17世纪中叶法国物理学家和数学家帕斯卡提出了指引液压传 动技术应用的静压传递原理，之后液压理论及液压传动技术获得了飞速发展，这比人们 掌握电气理论并应用电气传动技术要早。在这样的背景下，第一台液压升降机浮现了， 它是在1845年由汤姆逊研制的【1】。升降工具随后尽管不断被改善，但被工业界普遍承认 具有安全保护装置的升降机仍未浮现。1769年瓦特发明了蒸气机后，人们开始尝试在多种生产实践中应用蒸气机作为驱动 力。1850年，在美国纽约市浮现了世界第一台由亨利

43、-沃特曼制造的以蒸气机为动力 的卷扬机。1852年美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯发明了世界上第一部以蒸气机为动 力、配有安全装置的载人升降机，这是世界上第一部备有安全装置的客梯【3J。“安全”这 一概念不仅开创了升降梯工业，并且也为那些想建造更高层建筑物以增长更多可运用空 间的设计者打开了通途，之后升降梯得到公众的广泛认同。随后的几年，此类安全升降 梯陆续被应用在某些货运场合。1857年奥的斯公司在纽约市的一幢豪华商厦里安装了世第一章绪论界上第一台安全客运升降枫(由建筑物内的蒸汽动力站通过一系列轴和皮带驱动)。1862 年，奥的斯公司采用单独蒸汽机控制的升降机问世41。由于当时公共液压动力站的液压

44、 动力在造价和传递方面比蒸气动力有明显的优越性，又由于蒸气动力电梯采用强制驱动 方式，其卷筒的宽度限制了电梯行程和绳的根数，因此水压梯得以发展，而蒸气动力电 梯随着液压电梯的发展而不久被裁减掉了【5】。1867年在巴黎举办的世博会上初次展出了 载人水力升降梯，1870年奥地利工程师在维也纳一方面建造了投入实际运营的载人水力货 梯i6l。1878年，奥的斯公司在纽约百老汇大街安装了第l台水压式乘客升降机，提高高 度达34米H。随着高层建筑的增多，在1880年到19之间液压电梯占据了所有的 10到20层的建筑物p1。初期的液压升降机直接以都市水压为动力，液压系统的工作压力、速度也比较低都 很低，并

45、且会因水击现象引起水管破裂。后来人们开始采用独立的泵供压，升降机液压 系统的工作压力不断增高，速度也不断加快。(2)曳引电梯的兴起和液压电梯的衰落18世纪末和19世纪初，由于生产发展的需要，世界各国的科学家在电磁现象方面 的研究工作发展不久，法拉第在1831年发现的电磁感应现象是后来电工技术重要理论 基本，与楞次一起从事电磁现象研究工作的雅克比在1834年制造出世界上第一台电动 机【71，使电能的实际应用成为也许。以电动机为驱动力的多种生产机械在工农业的各个 部门被逐渐被广泛应用。1852年德国制成人类历史上最早的用电动机拖动提高绳索使轿 厢上下运营的电梯，但是构造简朴、无导轨、无安全装置，仅

46、供货品运送例。在1889 年，美国奥的斯升降机公司推出了世界上第一部以电动机驱动蜗轮蜗杆减速的升降机， 这才浮现了名副其实的电梯，同年在纽约市的马累特大厦安装成功i2捌。该电梯由直流电 动机与蜗杆传动直接联接，通过卷筒使电梯上下运营。19，奥的斯公司又将卷筒式 (即鼓轮式)驱动方式改善为槽轮式(即曳引式)驱动。曳引式驱动方式为开发长行程、 速度高的现代电梯奠定T基本12。电力技术和电气传动技术的飞速进步，使曳引电梯的 成本开始低于液压电梯，液压电梯在与曳引电梯的竞争中开始处在劣势。由于以水为传 动介质，存在着腐蚀、泄漏、润滑等技术难题，从19开始，液压技术开始萧条了， 当时液压电梯的发展也停滞

47、不前，几乎很少安装新的液压电梯，乘客液压电梯的市场几 乎完全被电力驱动曳引电梯所占据。但是以水为介质的液压电梯仍使用了很长一段时 间，在英国，某些古老的液压电梯始终用到1976年伦敦液压动力公司倒闭为止pJ。而与 此同步，电动机技术却在迅速进步，直流拖动的曳引电梯的运营性能得不断改善。交流 感应电动机发明后，电梯逐渐开始采用交流驱动式，最初为交流单速式电梯，后来浮现 了交流双速式电梯。1967年，晶闸管用于电梯驱动，交流调压调速驱动控制的电梯浮现a 1983年，变压变频(vvvF)控制的电梯浮现，由于其良好的调速性能、舒服感和节能 等特点迅速成为电梯的主流产品【4】。近几年，交流永磁同步电机变

48、频调速驱动控制电梯 成为市场上的热点。(3)液压电梯的重新崛起进入20世纪，由于石油工业的日益兴起，人们开始用原油炼制品取代水作为传动介质，推动了液压传动技术重新崛起并迅速在传动领域发展和应用。19詹尼一方面将2第一章绪论矿物油为工作介质，研制了一台带轴向柱塞泵的油压传动与控制装置，并于19成 功地应用在美国弗吉尼亚号战舰的炮塔俯仰、转动机构中f3。液压油的应用，改善了液 压元件摩擦件的润滑和泄漏，为提高液压系统工作压力发明了条件。之后以油为介质的 液压传动装置的应用从各类军事武器逐渐扩展到各类机床上。第二次世界大战，某些兵 器上应用了功率大、反映快、动作准的液压传动和控制装置，极大增进了液压

49、技术的发 展。战后，由于军事需要而发展起来的液压技术迅速转向工业民用领域，依托这些技术， 人们研制出了以液压油为介质的具有独立传动系统的液压电梯。此时的液压电梯一般只 用于重载货梯，且多采用直顶式布置。其液压系统采用机械开关阀控制流量，只能进行 双速调节(高速运营和平层停靠两档速度)。在20世纪50年代到70年代，欧美某些发达国家涌现了诸多专门致力于电梯液压 控制系统生产制造的电梯公司，例如意大利的GMV和MORlS公司，德国的ALGI和 BLAIN公司，美国的M(TON和ESCO公司，瑞士的BERINGER公司等等。这些公 司通过数十年的发展，目前已经世界闻名。在这些液压电梯公司及其工程师的

50、努力下，液压电梯实现了大规模的工业化生产，同步液压电梯的构造和种类也有了很大发展。如 直顶式，侧顶式，单节缸、多级缸，侧置绕绳式，拉缸式，带配重式等，这些不同形式 的液压电梯可以合用于多种不同的井道构造，满足不同的建筑需要。各类液压元件的不 断成熟和完善，某些新型液压元件不久被应用到液压电梯速度控制系统中，提高了液压 电梯的控制性能。液压电梯的机械开关阀调速范畴变宽，精度提高。诞生于20世纪60 年代末的电液比例技术，在70年代初就被应用到液压电梯上，使电梯的动态响应、稳 定性和控制精度均有了进一步提高，应用于乘客电梯，乘坐舒服感良好。近些年来，液 压电梯变转速容积调速技术日渐成熟，并获得实际

51、应用，不仅提高了液压电梯的性能， 并且减少了能耗。液压电梯的这些技术发展进步使得它可以与曳引电梯在低层建筑应用 领域保持竞争力，并得到大规模的推广使用。自第二次世界大战结束，液压电梯重新崛 起后，其在欧美发达地区就始终占据着较高的市场份额，在某些地区，液压电梯每年的 市场需求量一度达到80以上【”。112电梯产品的目前技术热点及将来发展趋势人们对电梯安全性、高效性、舒服性的不断追求推动了电梯技术的进步。20世纪 80年代以来，随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术、信息技术、现代控制技术 的日新月异，多种新的动力技术、电气控制技术、速度调节技术、安全保障技术被广泛 地应用于电梯中。近些年来，

52、电梯新产品的技术热点重要集中在如下六个方面：(1)无机房电梯技术无机房电梯是在建筑市场剧烈的成本竞争和电梯行业技术迅速进步的前提下问世 的，对减少建筑总高度、保持整体造型、节省建筑成本也是很故意义的。所谓无机房， 简朴地说就是取消为电梯的驱动装置和控制柜部件而设计建造的机房，并将控制柜、曳 引机构造小型化，使之可以布置在井道内。它不是电梯在机房布簧上的简朴局部改善， 而是电梯技术的一次意义深远的多方面变革。不仅体目前新构造、新措施、新材料的应 用，更为重要的是电梯的驱动方式、速度控制技术、安全保护部件等都产生了深刻变化。第一章绪论新型驱动方式解决了无机房曳引电梯的一种重要技术难题，小型化、高性

53、能的驱动 方式使无机房曳引电梯实现市场应用成为也许。Kone公司研制的基于永磁同步电动机(碟式马达EcoDisk)的无齿轮曳引无机房电 梯最具有代表性。永磁同步电动机有低速大转矩、高效节能、低噪声等优势，因而永磁 同步无齿轮曳引电梯具有机械构造简化、节能、低噪声、高性价比及无污染等特点【9J。 除了能布景出多种曳引方式的无机房电梯外，在有机房和小机房布置时也显示出极高的 自由度和灵活性。永磁同步无齿轮曳引技术在电梯上的应用必将成为此后的发展趋势。OTIS公司推出的无机房电梯GeIl2电梯系统也很有典型性。Gen2在老式电梯的基本上进行了相称大的技术改造、更新，最为突出的是采用复合钢皮带(构造为

54、由聚 氨酯材料包裹钢丝形成钢丝带)取代老式的曳引钢丝绳，该构造曳引绳的弯曲半径可以 大大减小，相应地就能使曳引轮的半径减小，从而可以便曳引机的构造大大减小【lo】。无机房电梯的驱动方式中尚有一种代表是FI本OTIS公司研制的直线电机系统。将 驱动用的直线电动机置于对重侧，同步当作对重使用，于是对电动机的体积和重量上的 限制达到最小，但是驱动系统中老式的减速增力问题改善不大，并且对安装精度规定高 (电梯对重侧的安装精度比轿厢侧还高)，同步随着电梯行程的增长，为保证必要的制 造和安装精度而导致电梯行程的成本急剧上升等许多缺陷，至今未能推广【l”。目前无机房电梯技术已发展到第四代，技术特点是：主机与

55、导轨和轿厢分离，消除 了共振共鸣，速度超过了20 msII“。(2)微机控制技术老式的电梯运营逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。20世纪70年代以来，随 着大规模集成电路的浮现和发展，微解决机在工业领域内得到广泛应用，国外先进工业 国家己成功地把微机技术应用于电梯控制系统，并获得了相称惊人的成就【I”。国外出名 电梯品牌的控制系统多采用16位或32位微机。在国内，电梯控制也由过去的继电器控 制逐渐转向微机控制方式【14】。目前国产中低档电梯中，以及需要技术改造的电梯中广泛 采用的是PLC控制系统。尽管较之老式的继电器式控制可靠性大大提高，维护以便， 可以完毕某些复杂的控制任务，但当楼层较多时

56、，需要PLC点数相应增多，PLC的成 本急剧上升。此外在PLC基本上难以实现对电梯的远程监控、人工智能等功能的开发。 而全电脑控制代表着目前电梯控制系统的先进水平。这种系统的维护成本低、功能的改 变和完善更加灵活。不仅可以对电梯的运营逻辑进行控制，并且可以对电梯的拖动系统 进行控制。在智能化方面与PLC相比更是具有质的奔腾。为电梯控制的智能化奠定了 坚实基本。国内的某些有研发实力的电梯公司也已开发出不同类型的全微机控制电梯。(3)电梯的信息化、智能化、网络化1)电梯的通讯技术20世纪90年代，随着计算机技术和现场总线技术的发展，电梯控制系统由并行信 号传播向串行为主的信号传播方式过渡。串行通信仅需一对双绞线就能实现所有外呼、 内选与主机的联系，具有布线简朴，信息传播量大等