基于AMEsim的電梯變液阻液壓緩沖器研究分析

時間：2022-04-14 23:14:10

關鍵字：液壓緩沖器 AMEsim 虛擬樣機

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[導讀]摘要:電梯用液壓緩沖器需要根據(jù)國家標準要求,在不同環(huán)境下滿足設計標準要求,為此研究了液壓緩沖器技術要求:根據(jù)緩沖器結構,建立了AMEsim虛擬樣機模型,分析了液壓緩沖器的關鍵影響因素,主要包括阻尼小孔和緩沖器緩沖腔死區(qū),為設計合理的電梯用液壓緩沖器提供參考。

引言

在工業(yè)機械發(fā)展過程中,為避免機械設備間剛性連接或碰撞,液壓緩沖器作為安全保護裝置被廣泛運用。液壓緩沖器利用機械能通過液阻的作用轉化為熱能,將能量進行轉化、消耗,起到緩沖作用。在電梯使用過程中,為防止電梯因故障而墜落,對乘客的人身安全造成傷害,液壓緩沖器起到了關鍵作用。

1液壓緩沖器技術要求

液壓緩沖器主要依靠緩沖器內部設計的阻尼小孔形成一系列節(jié)流小孔實現(xiàn)緩沖,其機構緊湊且能量轉化率高,緩沖器基本要求是使機構按既定目標減速并停止,對設備或人員起到保護作用,因此在電梯中設計合理的緩沖器液阻結構、幾何分布達到最佳效果顯得尤為重要。

根據(jù)電梯機構原理,若發(fā)生電梯墜落,限速器動作速度為1.15,0,當運行速度大于限速器值時,限速器-安全鉗聯(lián)動,使空轎廂制停時,其減速度不得大于1gn。因此,假設限速器的最大初始速度為1.15,0,乘客電梯啟動加速度和制動減速度最大值均不應該大于1.5m/1s。根據(jù)《電梯制造與安裝安全規(guī)范》(2G/BT577一s008)要求,液壓緩沖器!能的可行程應

至少等于相應于115%額定速度的重力制停距離,

。當載有額定載重量的轎廂自由下落并以115%額定速度撞擊緩沖器時,應滿足:（1)緩沖器作用期間的平均減速度不應大于1gn:（s)s.5gn以上減速時間不應大于0.041。

規(guī)定計算的緩沖器行程,!采用轎廂（對重)與緩沖器剛接觸的速度取代公式中115%規(guī)定速度。但行程不應小于:（1)當額定速度≤4.0m/1時,按上式計算行程的50%。在任何情況下,行程不應小于0.4sm:（s)當額定速度大于4.0m/1時,按上式計算行程的1/8。但在任何情況下,行程不應小于0.54m。

2阻尼裝置設計

首先根據(jù)預定的最優(yōu)減速度-活塞行程曲線,確定活塞運動速度與活塞行程的關系。

式中,a（L)為預定優(yōu)先速度:V（L)為活塞速度:V0為與緩沖器接觸時速度:L為活塞行程。

根據(jù)活塞速度、減速度與行程之間的關系就可以確定缸筒上阻尼小孔的有效通流面積與活塞行程的關系:

式中,A（L)為阻尼小孔有效通流面積:D為活塞直徑:p為液體密度:Cd為阻尼小孔的流量系數(shù):MC為電梯的質量。

式中,M為電梯質量:F為電梯在運行中所受到的外力:s為活塞的沖程。

根據(jù)式（1)～（8)所示,影響液壓緩沖器機構的設計關鍵元素是液壓緩沖器的通流面積,其取決于節(jié)流小孔的結構形狀和分布。

2.1阻尼小孔形狀對緩沖器性能的影響

液壓緩沖器是通過受壓使得壓力升高的液壓腔液壓油通過阻尼小孔流到油箱,使得能量消耗在阻尼小孔中,因此阻尼小孔的設計是液壓緩沖器的關鍵。不同的阻尼小孔（如矩形、圓形或者三角形等)通流面積對位置的積分計算不一致,有效的通流面積不同,對液阻形成有很大影響:同時,不同阻尼小孔中的流體流射角度不同（Cd值不同),根據(jù)不同的工作狀態(tài),!以選擇需要的阻尼小孔。

2.2阻尼小孔排布對緩沖器性能的影響

根據(jù)式（s)通流面積的計算公式可得,影響液壓緩沖器性能的除了阻尼小孔的形狀,還包括阻尼小孔的排布狀態(tài),可以采用連續(xù)分布或者間接式分布,或采用恒比例減小時的液阻變化,或采用指數(shù)方式變化,合理的阻尼小孔位置分布可獲得理想的緩沖性能。

3AMESim虛擬樣機的建立

根據(jù)液壓緩沖器的機械結構和實際使用情況,構建和設置AMEsim虛擬樣機,如圖1所示。設置與電梯轎廂一致的電梯質量模塊,作用于液壓緩沖器上,基于電梯下墜情況,液壓腔1連接油箱,液壓腔s的液壓油通過阻尼小孔流到液壓腔1,利用阻尼小孔的作用把機械能轉化為熱能,實現(xiàn)緩沖作用。其中,設置電梯質量的屬性在重力作用下運動,質量為8000kg,初始速度1.T5m/1,模仿電梯下墜的實際情況。為了更好地研究分析液壓緩沖器結構對電梯緩沖的性能印象,主要分析阻尼小孔和液壓緩沖腔s腔室（死區(qū))的影響。

3.1阻尼小孔對緩沖性能的影響

設置阻尼小孔隨位置的變化按線性比例減小,阻尼小孔為矩形長型孔,當矩形小孔的孔徑大小變化和孔徑深度變化時,阻尼小孔的通流面積隨之變化,設置阻尼小孔的深度分別為smm、8mm和4mm,研究阻尼小孔的變化對緩沖力的影響。電梯質量在緩沖器阻尼小孔的作用下,先減速后勻速下降直至停止,緩沖器的力與電梯質量在重力作用下一致。阻尼小孔變化對緩沖力的影響如圖2所示,從圖2可知,隨著阻尼小孔的變化,在一定范圍中,阻尼小孔深度越小,液壓緩沖器的作用力越快達到最大緩沖力,緩沖作用越大,因此表明液壓緩沖器中阻尼小孔之間的壓差越大,機械能轉化為熱能的效果越快,阻尼小孔越小,緩沖效果好。但是當阻尼小孔過小時,緩沖器的阻尼作用減小,引起液壓系統(tǒng)震蕩,即瞬時作用力較大,電梯質量撞擊緩沖器后瞬時反作用力較大,減速度較大,會引起電梯內的人員不適或者造成二次傷害:同時液壓緩沖器阻尼小孔過大時,液壓系統(tǒng)的緩沖力過小,無法滿足電梯墜落緩沖的要求。

3.2液壓緩沖器緩沖腔對緩沖器性能的影響

液壓緩沖器除了阻尼小孔的影響,緩沖器機構中影響緩沖作用的因素還有液壓器死區(qū),緩沖器死區(qū)的變化是液壓腔液壓油體積的變化。液壓緩沖器死區(qū)對緩沖力的影響如圖3所示,由于電梯質量和阻尼小孔一致,緩沖器的減速度和液壓緩沖器的作用力基本一致,主要區(qū)別在于在一定范圍中,死區(qū)越大,系統(tǒng)的阻尼性越小,系統(tǒng)震蕩越大,與系統(tǒng)的流量系數(shù)相關,原因在于緩沖腔液壓油越多,電梯質量的動能要轉化,機械能轉化到液壓系統(tǒng)中的液壓能,然后液壓能通過阻尼小孔轉化為熱能過程中,液壓能釋放引起震蕩。因此,緩沖器設計過程中需要選擇合理的死區(qū),即液壓緩沖腔的體積大小,液壓緩沖腔過大,會引起系統(tǒng)阻尼過大,引起液壓系統(tǒng)震蕩,導致電梯內人員不適。