探讨我国新型电梯缓冲器的发展趋势

发表时间:2021/5/27   来源:《当代电力文化》2021年第5期   作者:刘仕国
[导读] 随着电梯在生产生活中应用率的提高,电梯安全装置的使用性能备受关注
        刘仕国
        上海淳信机电科技有限公司     200000
        摘要:随着电梯在生产生活中应用率的提高,电梯安全装置的使用性能备受关注,其中,缓冲器作为电梯安全保护装置,具有类型多样性特点。为扩大新型电梯缓冲器发展空间,应立足当前电梯设备投用需求,逐渐提高电梯缓冲器安装与检验标准,实现电梯安全、稳定运行,降低电梯安全事故,最终新型电梯缓冲器能够大范围推广。本文首先介绍缓冲器在电梯运行中的重要性,然后归纳缓冲器类型,并客观分析缓冲器安装与检验要求,最后预测新型电梯缓冲器发展趋势。
        关键词:电梯;缓冲器;发展趋势
        前言:近年来,电梯安全事故频繁出现,以电梯安全装置——缓冲器为切入点,务必研发新型缓冲器,真正满足当前电梯平稳运行、安全保护等需求,进而更好地服务于广大人民群众。基于此,有必要探究我国新型电梯缓冲器未来发展趋势,以期为缓冲器研发人员提供新思路,进而为日后电梯缓冲器创新研发与应用奠定坚实基础。
一、缓冲器对于电梯运行的重要性
        缓冲器作为安全防护装置的一种,将其用于电梯运行工况中,主要为电梯安全运行保驾护航,即便出现故障,能够实现损失最小化、伤害最低化[1]。实际上,这与缓冲器运行原理有直接联系,缓冲器位于电梯轿厢下方,突遇控制系统失灵、制动不足、钢带断裂等事故时,经缓冲作用实现动能向安全能量转化,避免轿厢失重式坠落或冲顶,尽最大可能保护轿厢内乘客生命安全,避免电梯设备严重受损。缓冲器在电梯安全保护中的案例不胜枚举,足以见之,缓冲器在电梯运行中的重要性不言而喻。当前,电梯使用需求日益多样化,这无疑对缓冲器工艺性能提出较高要求,为充分彰显缓冲器效能,务必细分电梯市场,根据实际需求研发新型缓冲器,以此丰富市场上电梯缓冲器类型,推动电梯配件制造技术行业持续发展[2]。
二、缓冲器的类型、安装与检验要求
(一)缓冲器的类型
        从能量消耗角度来看,缓冲器分为两种类型,即蓄能型电梯缓冲器、耗能型电梯缓冲器,所对应的代表性产品分别聚氨酯缓冲器(非线性)和液压缓冲器[3]。从专利发展层面划分缓冲器类型,如弹簧缓冲器(如图1)、阻尼液缓冲器。
        

(二)缓冲器的安装与检验要求
        我国在电梯缓冲器安装、检验方面提出相关规范及标准化要求,对于安检人员来说,应有依据地完成精准安装、精益化检验任务,避免电梯缓冲器出现安全隐患。实际安装中,参照GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》的相关要求确定缓冲器位置,视额定速度选择适宜类型的缓冲器。一般来说,额定速度>1米/秒,电梯缓冲器限定为耗能型缓冲器;额定速度≤1米/秒,所选电梯缓冲器尽量选为蓄能型缓冲器[4]。例如,安装HHC009型油压缓冲器时,安装人员细致检查锈蚀情况,以及油路是否畅通,待清理工作结束后正式进入安装操作。实际安装时,围绕电梯土建布置图及缓冲器系统图确定数量及位置尺寸;借助水准仪将支座板水平放置,同时,调节底板使缓冲器接近垂直(如图2),以便为混凝土灌注做准备;安装缓冲器于支座板;使用铅垂线调节缓冲器,其中活动柱塞的外露端与铅垂线距离小于1毫米;缓冲器置于同一基础,顶面相对高度差小于2毫米。对于安全开关的安装操作,连接开关打板与柱塞盖,接下来连接开关与缸筒安装板上,基于长孔调接开关位置,当柱塞被压下6毫米到7毫米时,开关立即动作。安装活动结束后,试运行柱塞行程、复位和安全开关功能,直到符合规定的要求。需注意的是,HHC009型油压缓冲器应满足工作条件总结为:底坑内温湿度、清洁度达标;不得存在杂物和尘渣;介质中无爆炸危险,无破坏绝缘气体及导电尘埃。

        缓冲器检验环节,以TSG T7001-2009《电梯监督检验和定期检验规则》为依据,检查缓冲器位置稳固性、形状常态化,一旦发现外观破损、性能失稳等问题,及时向有关部门汇报,并做好记录[5]。举例来说,检查液压缓冲器时,其液位符合规定液位值,并针对柱塞复位电气安全性重复检验。又如,检验对重缓冲器时,重点核对标识信息,确保缓冲器顶面与对重装置撞板间距符合设计值。如果检验结果显示缓冲器不再具备投用条件,那么意味着这类缓冲器将进入报废阶段,对此,以GB/T 31821-2015《电梯主要部件报废技术条件》为依据,逐项落实各类缓冲器报废工作[6]。对于液压缓冲器,其报废条件即柱塞锈蚀、复位不够精确、缸体出现裂缝;油液外溢。对于非线性缓冲器及弹簧缓冲器,其报废条件基本一致,具体总结为:弹簧性能降低、零部件变形、零部件损坏。
三、新型电梯缓冲器的未来发展趋势
(一)聚氨酯缓冲器
    低速电梯中,聚氨酯缓冲器适用性较强,为拓展这类缓冲器发展空间,需要应对老化问题,通过缺点弥补、优点弘扬,大大提高聚氨酯缓冲器利用率。对于制造厂商来说,严控制造材料质量,并简化生产程序,针对该缓冲器应用条件具体说明、精益化管控。对于安装人员而言,在安装环节保持认真态度,凭借专业技能和丰富经验精准安装,降低聚氨酯缓冲器运行的故障率。与此同时,安装者和使用单位积极配合安全监管,并强化安全意识,使定期检验、维修保养等工作具体落实,使聚氨酯缓冲器安全隐患及时排除,满足电梯稳定运行、安全投用等需求。当聚氨酯缓冲器应用问题得到有效处理,能够使其获得良好发展前景。
(二)弹簧缓冲器
        低速电梯运行时,不仅聚氨酯缓冲器受欢迎,而且弹簧缓冲器凭借特殊优势被广泛应用。为进一步增加弹簧缓冲器市场份额,使其在产品竞争中占据主动地位,围绕新时期电梯使用需求进行结构改进,实现低成本生产、高性能投用等需求。基于简单弹簧缓冲器,发展成具备缩小压缩尺寸的弹簧缓冲器,这类缓冲器在锥形弹簧弹力推动下发挥缓冲作用,与以往螺旋弹簧相比,无需大尺寸电梯井道空间,这无疑会减少电梯建设成本,使缩小压缩尺寸的弹簧缓冲器投用效益最大化。众所周知,缓冲器缓冲效果关系到乘客安全,并且这也是电梯安保效用衡量的重要标准,要想为弹簧缓冲器持续发展注入充足动力,需要设计变模量弹簧缓冲器,通过逐级增加对轿厢缓冲力,降低瞬时冲击概率,为乘客安全提供全面保障,同时,避免因轿厢强有力磕碰而影响使用寿命。
(三)液压缓冲器
        液压缓冲器用作电梯安防装置,以数学模型构建的方式,动态了解撞头及内缸筒受力情况,同时,掌握隔离活塞运动规律,据此优化设计节流口,实现油液资源高效利用率、缓冲效果最佳化等目的[7]。在这一过程中,借助FLUENT软件模拟流体流动,为物理计算提供数据信息,最后通过图形直观表达数据信息。为保证改进后液压缓冲器达到电梯安全保护装置标准化应用要求,经节流口仿真确定最优节流口状态,具体来说,通过模型构建、网格划分等形式生成三维模型。接下来,逐项输入流体性质参数,获取解值,为运算环境合理设置提供依据,在不影响液压缓冲器性能的前提下,实现节流目标。考虑到液压缓冲器属于耗能型缓冲器,在资源节约、环境保护战略指导下,精益化设计其节流口能够避免油液浪费,减少环境污染,实现电梯低成本运行。换言之,液压缓冲器应用前景良好。
(四)阻尼液缓冲器
        这类缓冲器通过转换电梯动能为阻尼液内能,实现轿厢减速。阻尼液缓冲器发展阶段与弹簧缓冲器相同,对于简单类缓冲器,主要借助特定节流孔阻止阻尼液,使缓冲作用得以激发。考虑到阻尼效果受特定节流孔尺寸影响保持固定,所以提出阻尼效果最大化发挥这一需求,这为阻尼液缓冲器进一步发展提供动力支持。基于此,被动调节阻尼液缓冲器顺势而生,其运行原理总结为:轿厢近距离接触缓冲器,缓冲器节流孔尺寸保持最大,当缓冲作用增强,则控制杆向上移动,同时,节流孔尺寸由大变小,最终阻尼相应增强。新时代下,电梯安全运行需求被高标准、高要求的提出,这再次为阻尼液缓冲器创新式发展提供驱动力,因此,磁流变液缓冲器出现在大众视线中,为生产生活中电梯安防实践给予可靠保障。
        这一时期的缓冲器又被称为主动调节阻尼液缓冲器,不同研究学者得出的结论存在些许差异,均能为日后阻尼液缓冲器发展提供理论指导。有的学者以磁流变液特性为切入点,通过梳理各类流体本构关系,合理构建磁流变液缓冲器数学模型,与此同时,充分利用ANSYS 软件,科学、合理设计多功能缓冲器。设计工作结束后,以仿真分析的形式检验缓冲效果,针对不足之处及时弥补,直到磁流变液缓冲器的安全保护效果达到预期。个别学者从新事物代替旧事物这一角度分析缓冲性能,同样借助ANSYS软件分析磁流变液运作阶段对磁场强度的影响,据此得知电流与电梯运行速度间的关系,得出阻尼值。综合分析后,客观总结影响磁流变缓冲器设计效果的因素,并全过程评估主动调节阻尼液缓冲器缓冲作用的实际表现。
(五)金属电梯缓冲器
        电梯领域中金属电梯缓冲器广泛使用,尤其是在高层建筑中,金属电梯缓冲器的采购量持续增加。要想扩大这类缓冲器应用空间,定要优化设计节流口以及橡胶密封圈,这是动能消耗控制、缓冲器性能提升的基本要求,同时,也是机械应力适当确定、使用寿命延长的有效路径。尤其是橡胶密封圈,应在设计阶段保证变形量适合压力变化、摩擦力小,减少油液泄露现象。处理节流口设计问题时,将理论计算与simulink模拟仿真有机结合,为保证设计结果的合理性和有效性,经实践测试及时改正模拟仿真的不当之处,成功研发实用性较强的模拟仿真程序。处理橡胶圈密封设计问题时,经力学模型构建、有限元分析等步骤优化设计方案,最终为设计实践提供正确指导。
(六)附加式电梯缓冲装置
        电梯缓冲器的缓冲性能受多种因素影响,为确保缓冲作用全面彰显,势必要从影响因素入手,大大提高电梯缓冲器利用率,实现电梯稳定运行、安全运行。一方面,缓冲装置中安装安全气囊。不同研究者与电梯零部件制造厂家沟通,同时,具体了解电梯产品用途,为安全气囊位置确定、设计方案调整提供新思路,尽最大可能提高安全气囊应用效果。当安全气囊安装于轿厢底部弧形凹槽,并与充气结构顺利对接,配备多功能模块,以便实现自动缓冲目的,将轿厢强有力冲击现象大大减小。具体来说,速度感应模块、MCU模块必不可少。整体设计结束后,电梯减震效果明显优化,即便后期存在维修、保养需求,仍能实现高效维修与便捷保养。除了这种设计方式外,还可以将安全气囊气体视为缓冲介质,为动态掌握气体运行情况,利用摄像设备及时获取信息,据此全面了解电梯运行状态,最终在数据信息获取与分析的前提下,有效控制缓冲器缓冲力,顺利实现平缓过渡,使乘客身体受到的伤害最小化。由于安全气囊缓冲装置不同于耗能型缓冲器,所以不存在环境污染这一威胁,反而,能为环境保护贡献绵薄之力。
        除此之外,当前市场上出现泡沫铝型缓冲吸能缓冲装置,主要以材料创新式运用为切入点,保证新型电梯缓冲器节能性、经济性、实用性,真正满足新时期电梯安防工作常态推进需求。实际上,泡沫铝为新型材料,将其用作缓冲装置中芯柱体的填充圆管,借助ANSYS软件对其进行力学性能分析,根据分析结果探索缓冲吸能装置设计的可行性方法,使电梯安全使用需求被及时满足。从某种程度上来看,有利于带动泡沫铝生产行业发展,实现新型材料大量推广、泡沫铝型缓冲吸能缓冲装置广泛应用的循环发展效果。
结语:综上所述,城市化进程逐年加快,同时,电梯使用日益频繁。为保证电梯运行安全性和稳定性,大力发展新型缓冲器十分必要,结合电梯应用实际,专项探索聚氨酯缓冲器、弹簧缓冲器、金属电梯缓冲器、附加式电梯缓冲装置等发展前景,以此深化电梯零部件制造行业改革,大大提高电梯设备推广效率。


参考文献:
[1]崔闯,赵鹏飞.浅析新型电梯缓冲器的发展趋势[J].中国电梯,2019,30(22):34-35,37.
[2]王文莲.跳环实验对改进电梯缓冲器的探究与分析[J].铜陵学院学报,2015,14(4):108-110.
[3]张俊.电梯缓冲器的专利发展[J].科技创新导报,2018,15(19):106-108,110.
[4]张欢.电梯缓冲器的测试系统[J].中国高新区,2019(8):36,75.
[5]黄凯.电梯油压缓冲器性能优化[J].商品与质量,2016(9):5.
[6]柳杰天.电梯安全性能监管现状及发展策略[J].中国高新技术企业,2012(11):99-101.
[7]冯云.聚氨酯缓冲器作为电梯用缓冲器时的试验及检验建议[J].中国电梯,2018,29(15):46-47,68.

个人简介:刘仕国? ?上海淳信机电科技有限公司???上海  ?200000
刘仕国:1971.12,男,汉族,?上海市闵行区人,河北理工大学,本科学历,钢铁冶金及电化学专业,从事电梯设计,质量管理领域,电梯机电设计20余年,参与多项整梯结构及部件的设计工作。
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