液压电梯液压系统及现场检测方法研究

２０１４年２月第４２卷第４期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＦｅｂ２０１４Ｖｏｌ４２Ｎｏ４ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１－３８８１２０１４０４０１１收稿日期：２０１３－０２－２２基金项目：国家质检总局质检公益项目（２０１２１０４０１６－４）；广东省质量技术监督局科技项目（２０１１ＣＴ０４）；广东省质量技术监督局２０１０重点科技项目（２０１０ＺＴ０２）；国家质检总局科技项目（２０１１ＱＫ３２１，２０１０ＱＫ０８５，２０１２ＱＫ０６５）作者简介：刘英杰（１９８３—），男，博士，工程师，从事特种设备的安全与节能检测和评估。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｎｇｊｉｅｌｊｄ＠１６３ｃｏｍ。液压电梯液压系统及现场检测方法研究刘英杰１，武星军１，徐兵２，王伟雄１，宋月超３，王新华１（１广州市特种机电设备检测研究院，广东广州５１０１８０；２浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，浙江杭州３１００２７；３广州计量检测技术研究院，广东广州５１００３０）摘要：液压电梯相比曳引式电梯具有高的功率质量比和良好的可靠性，适合中低层建筑。但是液压电梯主控阀结构较复杂，系统安装、调试及日常维修保养的技术要求较高，某种程度上影响其广泛应用。介绍现有的几种典型的液压电梯的液压系统工作原理、主控阀结构及发展趋势，同时分析其定期检验的液压主控阀压力设定、流量特性、防沉降功能等参数的检测方法和评判准则。该研究有利于技术人员加深对液压电梯的认识，以促进其推广和应用。关键词：液压电梯；主控阀；检验中图分类号：ＴＨ１３７７　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００１－３８８１（２０１４）４－０３２－６ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｎＳｉｔｅａｎｄＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｙｓｔｅｍｓｆｏｒＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｌｅｖａｔｏｒＬＩＵＹｉｎｇｊｉｅ１，ＷＵＸｉｎｇｊｕｎ１，ＸＵＢｉｎｇ２，ＷＡＮＧＷｅｉｘｉｏｎｇ１，ＳＯＮＧＹｕｅｃｈａｏ３，ＷＡＮＧＸｉｎｈｕａ１（１ＧｕａｎｇｚｈｏｕＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＴｅｓｔｉｎｇ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１０１８０，Ｃｈｉｎａ；２ＴｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｌｕｉｄＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨａｎｇｚｈｏｕＺｈｅｊｉａｎｇ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；３ＧｕａｎｇｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅａｓｕｒｉｎｇａｎｄＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１００３０，Ｃｈｉｎａ）　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｒａｃｔｉｏｎｅｌｅｖａｔｏｒ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｌｅｖａｔｏｒｈａｓｌａｒｇｅｒｐｏｗｅｒｗｅｉｇｈｔｒａｔｉｏａｎｄｂｅｔｔｅｒｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｗａｓｓｕｉｔａｂｌｅｉｎｌｏｗａｎｄｍｉｄｄｌｅｓｔｏｒｙｂｕｉｌｄｉｎｇｓ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｖｅｉｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｌｅｖａｔｏｒ，ｈｉｇｈｓｋｉｌｌｆｏｒｍｅｃｈａｎｉｃｔｏｄｏｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｗｏｒｋｏｆｔｈｏｓｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｒｅｑｕｉｒｅｄｗｈｉｃｈｓｏｍｅｗｈａｔｌｉｍｉｔｅｄｉｔｓｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｉｎｖａｌｖｅａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄｏｆｐｒｅｓｅｎｔｓｏｍｅｔｙｐｉｃａｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｌｅｖａｔｏｒｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｒｅｇｕｌａｒｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉｏｎｓｆｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｓｐｅｃｔｅｄａｔｆｉｘｅｄｐｅｒｉｏｄｏｆｔｉｍｅａｓｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｔｔｉｎｇ，ｆｌｏｗｒａｔｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄａｎｔｉｄｏｗｎｗａｒｄｆｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｖｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｈｅｌｐｓｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｌｅｖａｔｏｒｆｏｒｔｅｃｈｎｉｃｉａｎｓ，ｔｈｅｎｅｎｌａｒｇｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｌｅｖａｔｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｌｅｖａｔｏｒ；Ｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｖｅ；Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　　液压电梯是用于低楼层建筑物的垂直提升设备，在国外市场与曳引式电梯一直处于竞争的关系，２０世纪９０年代，由于无机房曳引电梯的出现，液压电梯的市场份额开始逐渐下降，但其相对于曳引电梯系统具有高的可靠性和安全性，在一些需要重载和地震频繁发生的区域应用液压电梯具有明显的优势［１］。在国内，由于液压电梯技术人员的缺乏，对液压电梯的理解也不是特别的透彻，国内电梯厂夸大了液压电梯效率和污染性对整个提升系统运行的影响，都选择生产制造曳引电梯而不愿尝试安全性和可靠性更高的液压电梯产品，导致液压液压电梯的应用范围较小，国内安装比较典型的产品大部分来自于国外，包括德国Ｂｌａｉｎ公司、意大利ＧＭＶ公司、瑞士Ｂｅｒｉｎｇｅｒ公司（采用Ｂｕｃｈｅｒ阀）的液压电梯产品。液压电梯属于特种机电设备，其运行性能的好坏直接关系到乘客的生命和财产安全，国内特种设备检验单位的检验人员根据新颁布的《电梯监督检验和定期检验规则－液压电梯》（ＴＳＧＴ７００４２０１２）开展液压电梯的定期检验和监督检验，但是，由于而国外的产品各异，检验人员很难短时间内消化最新的检验规程［２－４］，以下介绍了市场上主要的液压电梯系统，分析其动作机制和主控阀结构，讨论相关液压系统参数的检验方法，并介绍其发展趋势，为推进液压电梯的使用，提高液压电梯的安全检验水平提供了依据。１　液压电梯液压系统原理１１　Ｂｕｃｈｅｒ公司的带ＬＲＶ主控阀的液压系统Ｂｕｃｈｅｒ公司的ＬＲＶ定量泵系统原理图如图１所示，该系统采用两个比例阀（ｄｏｗｎｖａｌｖｅ，ｕｐｖａｌｖｅ）控制液压缸柱塞的上升和下降实现轿厢的上行和下行，当轿厢上行时，上行阀（ｕｐｖａｖｌｅ）起到调节进入液压缸流量的作用，同时流量计（ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ）检测进入液压缸的流量并传送到主控制器，主控制器将指令速度和反馈的速度进行对比获得上行阀的控制信号，当轿厢下行时，下降速度指令与反馈的速度信号进行对比获得下行阀的指令信号；在紧急情况下，手动泵（ｈａｎｄｐｕｍｐ）可提升液压缸柱塞，管路破裂阀防止轿厢超速下降。该系统在１９９６年研制成功，属于速度闭环控制系统，其温度和负载的适应性强，平层精度高，但由于其属于定量泵阀控调速系统，该系统的启动和制动的能耗较大。随后Ｂｕｃｈｅｒ公司针对ＬＲＶ定量泵系统进行升级，开发出带变频器的ＬＲＶ主控阀系统［５－６］，该新型系统通过变频调速控制轿厢的上行，大大减少了启动和制动时的能量损耗，同时该系统将轿厢下行时的能耗通过回馈装置进行回收，减少了系统的发热，提高了系统的能效，配备该系统的液压电梯，可以减少冷却装置的安装。近期Ｂｕｃｈｅｒ公司推出智能阀Ｉｖａｌｖｅ（如图２所示），该阀在原有ＬＲＶ阀具有功能的基础上，开发了在线监测、故障诊断、远程访问等新功能，配合变频技术，该系统代表了国际的领先水平，同时该阀也代表了液压电梯主控阀的智能化发展方向［７］。图１　Ｂｕｃｈｅｒ公司带ＬＲＶ主控阀的液压系统图２　Ｂｕｃｈｅｒ公司Ｉｖａｌｖｅ型主控阀［７］１２　ＧＭＶ公司的带３０１０型和ＮＧＶ型主控阀的液压系统ＧＭＶ公司早期开发的带３０１０主控阀的液压电梯液压原理图如图３所示。该系统属于定量泵机械阀的双速调节开环控制液压系统，通过３个电磁阀（ＶＭＰ，ＶＭＬ，ＶＭＤ）控制液压缸柱塞的上升和下降，实现轿厢的上行和下行。轿厢上行操作时，电机先得电，带动螺杆泵运动，输出的高压油从液压泵出口流出，系统油液从旁通阀ＶＢ流出，等到ＶＭＬ电磁阀通电，流量调节阀ＶＲＦ将慢慢开启，与此同时ＶＭＰ阀得电，流入ＶＢ阀的液压油逐渐减少，轿厢加速上行，当到达平衡状态，电梯匀速运行，到轿厢运行到减速位置时，ＶＭＬ阀电磁铁失电，流量调节阀ＶＲＦ的过流面积减少，轿厢减速运行直到平层静止。轿厢下行时，ＶＭＬ、ＶＭＤ电磁阀得电，使得液控单向阀ＶＲＰ打开，同时流量调节阀ＶＲＦ的过流面积也逐渐增加，轿厢加速下行，直到到达平衡位置，轿厢匀速下行，当轿厢运行到减速位置时，ＶＭＬ阀电磁铁失电，使得流量调节阀ＶＲＦ的过流面积逐渐减少，轿厢减速下行直到平层静止。该系统是开环控制系统，负载和温度适应性差，系统的平层精度低，需要反复调试才能达到运行舒适性和平层精度要求，同时该系统也属于定量泵阀控系统，系统运行效率低。图３　ＧＭＶ公司的带３０１０主控阀的液压系统近期，为提高液压电梯运行的舒适性和运行效率，ＧＭＶ公司研发出带ＮＧＶ主控阀闭环速度控制液压系统［８］，其液压原理图如图４所示，其中ＶＭＤ为下降控制电磁阀，ＶＢ为旁通阀，ＶＲＰ为液控单向阀，ＰＡＭ为手动泵单元，ＶＳＭＡ为紧急下降阀单元，ＶＣ３００６为管路破裂阀，当轿厢上行时，液压泵输出的高压液压油通过液控单向阀ＶＲＰ和截止阀Ｒ，以及管路破裂阀ＶＣ３００６到达液压缸的下腔，推动液压缸柱塞向上运动，泵出口多余的油液，通过步进电机调节阀ＶＢ流回油箱，系统的最大压力通过ＶＳ１设定，手动泵的最大压力通过ＰＡＭ模块的溢流阀设定；当轿厢下行时，下降电磁阀ＶＭＤ得电，使得液控单向阀ＶＲＰ打开，液压缸的压力油通过管路破裂阀ＶＣ３００６，液控单向阀ＶＲＰ、旁路调节阀ＶＢ流回液压缸，轿厢的速度由带步进电机的旁路调节阀ＶＢ控制。该系统属于闭环控制系统，通过安装在ＶＢ阀和ＶＲＰ阀的传感器获得电梯的实际速度信号，在与速度指令信号相比较，闭环调节获得步进电机的控制信号，该系统与Ｂｕｃｈｅｒ公司的ＬＲＶ定量泵系统同样具·３３·第４期刘英杰等：液压电梯液压系统及现场检测方法研究　　　有好的温度和负载适应性，系统的平层精度较高，但仍未达到Ｂｕｃｈｅｒ公司带变频器的ＬＲＶ系统的能效水平，同时系统主控阀也不具有在线监测的功能。图４　ＧＭＶ公司带ＮＧＶ主控阀的液压系统１３　Ｂｌａｉｎ公司带ＥＶ１００型主控阀的液压系统Ｂｌａｉｎ公司ＥＶ１００型主控阀应用的典型系统液压原理图如图５所示，该系统属于定量泵机械阀控双速开环调速系统，其中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ为４个电磁控制阀，主管电梯上行和下行的加速和平层速度控制，Ｕ为旁通阀。液压电梯控制器收到上行指令时，将启动电机带动液压泵旋转，液压泵出口的压力油进入主控阀入口，由于系统压力不够提升轿厢，液压油从旁通阀流回油箱；电磁阀Ａ动作使得旁通阀２的下端压力升高，该压力作用在旁通阀上，关闭旁通阀回油通路，系统的液压油顶开单向阀流入液压缸内，顶升柱塞实现轿厢上行；当轿厢快到达平层位置时，电磁阀Ｂ动作，作用在旁通阀下端的压力油逐渐降低，旁通油路逐渐开启，轿厢减速平层；到达平层位置时，液压电梯的驱动电机关机，完成上行动作。液压电梯控制器收到下行指令时，电磁阀Ｃ、Ｄ动作，液压油从柱塞缸流回液压油箱，轿厢处于加速下行状态；当下降速度控制阀阀芯下端压力降低到最低时，下降速度阀的阀芯开口最大，轿厢以最大速度下行；当轿厢快达到平层位置时，电磁铁Ｃ断电，下降阀下端的压力逐渐建立，下降阀阀芯开口开始减小，直到到达平层位置。由于该系统属于机械阀控双速调节开环控制系统，系统的温度和负载适应性较差，同时电梯的平层精度也较低，且系统的效率不高。目前该公司为提高系统的效率，提出了改进系统调节精度和提高运行效率新系统，该新型系统由ＥＶ４主控阀和Ｙａｓｋａｗａ变频器组成，通过变频控制来闭环控制轿厢的上行运行速度，大大地提高了系统的运行精度和运行效率，下行则可以通过