本发明涉及电梯安全防护技术领域，具体涉及一种用于电梯下坠时的安全防护系统。
背景技术：
电梯的本质是一种起重装置，对于货物的起重出现下坠事故会直接造成货物损伤，从而导致经济损失，而电梯发生下坠事故时将直接对人的生命安全产生威胁，生命是无价的，因此对于电梯的下坠事故的合理有效地防护是更加必要和重要的。
当前，虽然电梯的安全措施很多，但是从全国范围内看，这种小概率事件也时有发生，并且不管是居民楼还是商用建筑等公共场所的轿厢式电梯都对电梯失控状态下的下坠情况没有合理有效的应对措施。目前，电梯井道底部内置减震器通常都是充油气缸加活塞，在钢索万一崩断时基本起不到缓冲作用，还有一些缓冲装置的发明虽然有一定缓冲能力，但是对于层数较高的建筑的缓冲效果显得十分有限，对减少冲击力的变化存在跳跃性，不够平稳，如果轿厢内有老人和小孩，或是人员站姿不稳，极容易对轿厢内人员的骨骼造成伤害。更重要的是，目前技术对电梯下坠给人们带来的失重感所产生的危害没有一个合理的解决方法，因此，在人流量大的重要建筑和居民楼等公共场所，电梯失控下坠的防护成为亟待解决的问题。
技术实现要素：
针对上述情况，本发明的目的是提供一种用于电梯下坠时的安全防护系统，通过多重防护，既可以在电梯下坠时起到平稳无级地缓冲作用又可以保护人身安全，同时消除电梯轿厢内人员对电梯下坠的恐惧心理。
本发明的一种用于电梯下坠时的安全防护系统，包括井道和电梯轿厢，所述电梯轿厢设置于井道内，其还包括直线电机缓冲装置、空气弹簧装置、磁悬浮系统缓冲装置、“爪”型气囊缓冲装置和检测装置；
所述直线电机缓冲装置为一直线电机，所述直线电机的初级置于井道的两侧面，次级置于轿厢的两侧面与初级相对；
所述空气弹簧装置为环形阵列均匀分布的一组具有双曲气囊的囊式空气弹簧，设置于轿厢的底部外侧；
所述磁悬浮系统包括伸缩圆柱体、底部平衡磁铁、线圈、平衡底座和线性霍尔传感器，所述平衡底座由永磁铁和外壳组成，所述永磁铁设置于外壳内部，所述底部平衡磁铁和平衡底座均为环形，底部平衡磁铁设置在伸缩圆柱体的上部，所述线圈设有若干呈环形阵列均匀分布在底部平衡磁铁上方，与所述囊式空气弹簧的阵列相吻合，所述平衡底座固定在空气弹簧装置的下部，所述线性霍尔传感器设置在底部平衡磁铁的中心位置与所述轿厢6信号连接；
所述“爪”型气囊缓冲装置包括“爪”型气囊、压电式传感器、充气装置，所述压电式传感器设置于所述伸缩圆柱体的底部，与所述充气装置控制连接，所述充气装置与“爪”型气囊的充气口连接，所述“爪”型气囊设置于井道底部；“爪”型气囊的外围包裹伸缩圆柱体，中间部位设置在伸缩圆柱体柱体内部；
所述检测装置包括速度传感器，微处理器，功率放大器和蓄电池，所述速度传感器置于轿厢的顶部外侧，速度传感器与微处理器信号连接，功率放大器与微处理器信号连接，所述蓄电池均与速度传感器、微处理器、功率放大器和直线电机电连接，所述微处理器与线性霍尔传感器信号连接。
优选的，所述电机的初级为磁铁，是按照n极、s极交替排列的永磁铁，次级为线圈，所述线圈由线圈绕组和铁芯组成，其宽度不少于轿厢宽度的20%-30%。
优选的，所述空气弹簧的外部设有外壳，用于对空气弹簧进行保护和固定。
优选的，所述伸缩圆柱体由3层可伸缩圆管构成，3层可伸缩圆管内置有弹簧，弹簧刚度由上至下依次增加。
优选的，所述伸缩圆柱体的顶层圆管的边缘为“喇叭”形的弧面，利于所述“爪”型气囊的瞬间弹出。
优选的，所述“爪”型气囊由一定弹性和韧性的材料制成，进一步加大缓冲能力。
优选的，所述“爪”型气囊的表面均匀分布有弹性颗粒体，所述弹性颗粒体与“爪”型气囊的接触面设有“t”型微出气孔，所述“爪”型气囊在充气状态下且承受一定压力时，将通过微小气孔缓慢放气，这样不会产生憋气的情况，减小轿厢的晃动，更加增强了无级缓冲的思想和消除失重的危害。
优选的，所述充气装置外部设有保护壳，用于对充气装置的保护。
优选的，所述检测装置还包括电能回收装置，所述电能回收装置由智能电池管理系统和锂电池组成，所述智能电池管理系统和锂电池控制连接，所述锂电池与直流电机连接。
优选的，所述智能电池管理系统为江苏安科瑞生产的abms-es01系列智能电池管理系统，所述锂电池为磷酸铁锂电池、钛酸锂电池。
本发明用于电梯下坠时的安全防护系统的有益效果是：在电梯正常下行时，直线电机产生的电流一部分供给蓄电池，另一部分被电能回收装置收集以便供给外部设备，达到节能效果。在电梯失控下坠时，置于轿厢的直线电机次级通电，在短时间内制止电梯的急速下坠，平稳地减小下坠冲击力，当电梯轿厢下坠直至井道底部的过程中，磁悬浮系统、“爪”型气囊缓冲装置和空气弹簧装置对轿厢进一步缓冲，首先是霍尔线性传感器检测到感知轿厢的位置信息及相应磁场信息，由微处理器计算处理之后，控制线圈电流产生适应性变化，与所述平衡底座的永磁铁产生排斥力，从而进一步实现无级缓冲，底部平衡磁铁则起到省电的作用，再进一步的，双曲气囊的囊式空气弹簧、线圈和平衡底座的永磁铁维持环形阵列排布，促使冲击力平稳地、均匀地减少，当电梯下坠至井道底部时，所述伸缩圆柱体底部的压电式传感器控制充气装置使“爪”型气囊瞬间呈充气状态，所述“爪”型气囊在充气状态下形状为“爪”型，对所述轿厢的底面、两侧面和背面进行包裹式保护，实现最后的缓冲保护。
本发明的安全防护系统既可以在电梯下坠时起到平稳无级地缓冲作用又可以保护人身安全，同时避免振动消除了轿厢内人员对电梯下坠的恐惧心理。与目前技术相比，对于层数越多的建筑，本发明解决电梯下坠的技术方案更加合理有效、更加以人为本，着重体现在对下坠给电梯内弱势群体带来的失重危害做出合理解决，上述节能效果更加明显，大大减小成本并获得可观的经济利益，符合人性化发展和绿色发展的理念。
附图说明
图1为本发明的主结构轴测图；
图2为本发明主结构的主视图；
图3为本发明主结构的俯视图；
图4为本发明具有双曲气囊的囊式空气弹簧结构图；
图5为本发明“爪”型气囊三维图；
图6为本发明“爪”型气囊缓冲装置俯视图；
图7为本发明“爪”型气囊表面的弹性颗粒体三维图；
图8为本发明“爪”型气囊表面的弹性颗粒体主视图；
图9为空心圆柱伸缩层的顶层圆管三维示意图；
图中：1—直线电机缓冲装置，11—直线电机的初级，111—永磁铁，112—固定板，12—直线电机的次级，121—线圈绕组，122—铁芯，2—空气弹簧装置21—囊式空气弹簧，22—外壳，3—磁悬浮系统，31—伸缩圆柱体，32—底部平衡磁铁，33—线圈，34—平衡底座，341—永磁铁，342—外壳，35—线性霍尔传感器，4—“爪”型气囊缓冲装置，41—“爪”型气囊，42—弹性颗粒体，43—压电式传感器，44—充气装置，45—保护壳，5—检测装置，51—速度传感器，52—微处理器，53—功率放大器，54—蓄电池，55—电能回收装置，6—电梯轿厢，7—井道。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
用于100层以下的建筑，如图1、2、3、4所示，一种用于电梯下坠时的安全防护系统，包括井道7和电梯轿厢6，所述电梯轿厢6设置于井道7内，其还包括直线电机缓冲装置1、空气弹簧装置2、磁悬浮系统缓冲装置3、“爪”型气囊缓冲装置4和检测装置5；
所述直线电机缓冲装置1为一直线电机，所述直线电机的初级11置于井道7的两侧面，次级12置于电梯轿厢6的两侧面与初级11相对；
所述空气弹簧装置2为环形阵列均匀分布的一组具有双曲气囊的囊式空气弹簧21，设置于电梯轿厢6的底部外侧；
所述磁悬浮系统3包括伸缩圆柱体31、底部平衡磁铁32、线圈33、平衡底座34和线性霍尔传感器35，所述平衡底座34由永磁铁341和外壳342组成，所述永磁铁341设置于外壳342内部，所述底部平衡磁铁32和平衡底座34均为环形，底部平衡磁铁32设置在伸缩圆柱体31的上部，所述线圈33设有若干呈环形阵列均匀分布在底部平衡磁铁32上方，与所述囊式空气弹簧21的阵列相吻合，所述平衡底座34固定在空气弹簧装置2的下部，所述线性霍尔传感器35设置在底部平衡磁铁32的中心位置；
所述“爪”型气囊缓冲4装置包括“爪”型气囊41、压电式传感器43、充气装置44，所述压电式传感器43设置于所述伸缩圆柱体31的底部，与所述充气装置44控制连接，所述充气装置44与“爪”型气囊41的充气口连接，所述“爪”型气囊41设置于井道7的底部；“爪”型气囊41的外围包裹伸缩圆柱体31，中间部位设置在伸缩圆柱体31柱体内部；
所述检测装置5包括速度传感器51，微处理器52，功率放大器53和蓄电池54，所述速度传感器51置于轿厢6的顶部外侧，速度传感器51与微处理器52信号连接，功率放大器53与微处理器52信号连接，所述蓄电池54均与速度传感器51、微处理器52、功率放大器53和直线电机电连接，所述微处理器51与线性霍尔传感器35信号连接，所述检测装置还包括电能回收装置55，所述电能回收装置55由智能电池管理系统和锂电池组成，所述智能电池管理系统和锂电池控制连接，所述锂电池与直流电机连接。
其中，所述直线电机的初级11是按照n极、s极交替排列的永磁铁111，并固定于固定板112之上，固定板112置于井道5两侧，从而产生一个平移交变磁场称为行波磁场，所述直线电机的次级12包括线圈绕组121和铁芯122，其宽度为轿厢6宽度的20%-30%，并置于所述轿厢6两侧面与初级11相对，所述“爪”型气囊41由具有一定弹性和韧性的材料制成，如图8所示，所述“爪”型气囊41的表面均匀分布有弹性颗粒体42，所述弹性颗粒体42与“爪”型气囊41的接触面设有“t”型微出气孔，所述伸缩圆柱体31由3层可伸缩圆管构成，3层可伸缩圆管内置有弹簧，弹簧刚度由上至下依次增加。
具体实施时，当电梯正常下行时，直线电机的闭合线圈绕组121切割磁感线产生感应电流，被收集的感应电流一部分供给蓄电池，另一部分被电能回收装置收集55以便供给外部设备，达到节能效果，所述电能回收装置收集55中的智能电池管理系统为江苏安科瑞生产的abms-es01系列智能电池管理系统，所述锂电池选用磷酸铁锂电池。
当电梯下坠时，速度传感器51检测到下行速度异常，微处理器52将检测到的速度信号转化为控制信号，该信号再经功率放大器53转换成控制电流，在行波磁场与次级线圈绕组121的牵引电流作用下产生反向驱动力，从而实现对轿厢6的无级缓冲，几乎将失重带来的影响降至为0，另外，在电梯下坠且突发停电情况下，所述蓄电池17可以保持所述微处理器52、速度传感器51和功率放大器53正常工作。
当电梯下坠到一定距离时，线性霍尔传感器35感知轿厢6的位置信息及相应磁场信息，由微处理器52计算处理之后，控制线圈33电流产生适应性变化，与所述平衡底座34的永磁铁341产生排斥力，从而进一步实现无级缓冲，底部平衡磁铁32则起到省电的作用，同时，具有双曲气囊的囊式空气弹簧21、线圈33和平衡底座34的永磁铁341维持环形阵列排布，促使冲击力平稳地、均匀地减少。
当电梯继续下坠时，所述磁悬浮系统3的伸缩圆柱体31辅助直线电机对冲击力进行平稳地、无级地减少，起到对线圈的支撑作用，让轿厢内人员对下坠带来的冲击力不会敏感，保证身心安全，所述伸缩圆柱体31在缓冲完毕之后会在空气弹簧装置2的作用下回弹，使轿厢6处于合理位置，方便救援，如图9所示，所述伸缩圆柱体31的顶层圆管的边缘为“喇叭”形的弧面，利于所述“爪”型气囊41瞬间弹出。
如图5、6、7所示，当轿厢6下坠到达井道7底部时，其加速度到达一定阈值时，所述伸缩圆柱体31底部的压电式传感器42控制充气装置43使“爪”型气囊41瞬间呈充气状态，所述“爪”型气囊41在充气状态下形状为“爪”型，对所述轿厢6的底面、两侧面和背面进行包裹式保护，实现最后的缓冲保护，同时所述弹性颗粒体42与“爪”型气囊41的接触面设有“t”型微出气孔，所述“爪”型气囊41在充气状态下且承受一定压力时，将通过微小气孔缓慢放气，这样不会产生憋气的情况，减小轿厢6的晃动，更加增强了无级缓冲的思想和消除失重的危害，进而更好实现本发明的根本目的。
实施例2
用于100层以上的建筑，与上述实施例1不同之处在于，各装置的参数进行了改进，以自适应不同楼层的突发下坠情形。
各主要装置参数说明如下：
n极、s极交替排列的永磁铁111和所述平衡底座34的永磁铁341相较于实施例1中可以采用强磁性材料，如钕铁硼磁铁，若有需要，在产生行波磁场的前提下，可以将永磁铁111更换为线圈加铁芯的组合，构成线圈绕组121一样的结构，大幅度增大反向制动力，保证超高楼层的使用安全性。
进一步的，直线电机次级12的线圈绕组121和铁芯122的宽度为轿厢宽度的35%-50%，视具体情形用最优化的宽度，越高楼层的节能效果越加明显
进一步的，具有双曲气囊的囊式空气弹簧21与线圈33的数目可以酌情增加，并依旧保持环形阵列吻合的特性，使它们几何中心尽可能重合，更好地吸收冲击力。
进一步的，空心圆柱伸缩层31中的3种弹簧的刚度可以进一步优化组合，但仍旧保持自上而下刚度递增的规律。
进一步的，弹性颗粒体42在“爪”型气囊41的表面分布的密度相较于实施例1要相应的增加，至少达到每100平方厘米3个左右，以减少“憋气”效应带来的振动，更加便于“爪”型气囊41限定轿厢6的所有自由度。
所述电能回收装置收集55中的智能电池管理系统为江苏安科瑞生产的abms-es01系列智能电池管理系统，所述锂电池选用钛酸锂电池。
具体电梯下坠时本安全防护系统的工作方式同实施例1，对电梯起到多种缓冲保护作用，有效的减少电梯下坠对人体的伤害。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。