专利名称：变频液压电梯系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液压电梯系统，这是一种通过变压变频调速驱动电 机，在电梯启动前，使液压泵的出口流量正好能够补偿液压系统的泄漏， 且液压泵出口油压与负载油压平衡，从而实现电梯轿厢平稳启动的变频液 压电梯系统。
背景技术：
电机速度控制系统被应用到液压电梯系统中，可在很大程度上提高其 效率，被认为是一种节能型液压电梯系统。 一种恒定流量液压泵通过一电 磁阀向油缸提供压力油从而上下移动轿厢，上述电磁阀通常作为一单向截 止阀运行，以防电梯下行发生安全事故，但是当电磁阀受到电磁激励时， 可反向导通，使电梯下行。由于轿厢的自重，油缸及其管路中的压力油持 续地处于一定的油压之下。当上述泵由一异步电机驱动时，速度控制系统 通过变压变频技术在较宽的范围内调节电机的转速，从而改变液压泵的出 口油量来上下移动轿厢。然而，在通常的液压系统中，油的泄漏是不可避免的，因此，电机的 转速与轿厢的实际速度是不同步的；即有一个液压泵在低速运转，但轿厢 并不启动的范围。当电梯根据启动指令信号运转时，产生了启动振动和不 舒适感的问题。为了克服这个问题，最早的方法是根据相应的泄漏量预先输出油，或
换言之，将一低速开动电机但不启动轿厢的偏置模型信号和一驱动轿厢的 模型信号相叠加，使泄漏恰好得以补偿，轿厢平稳启动。按照该种方法，为了减少启动振动得到的偏置模型信号是以一定载 荷和一定温度下的泄漏量为参考来确定的，实际运行状态下的油泄漏量是 根据轿厢的负载、油箱的温度和各液压泵、阀的漏油量所做的计算。但液 压泵的漏油量随液压泵制造中的差异而变化，且随着时间渐渐改变，油温 和负载的泄漏补偿很难得出一精确的模型。因此，准确地计算漏油量以减 少启动振动是困难的；由于偏置模型信号间接地通过计算来确定，因而降 低启动振动的效果受到了限制。另一种方法是提供启动补偿的手段，在轿 厢开始运动之前使液压泵的出口油压与油缸一侧的油压相匹配(或压差为 一预定值)，再启动电梯。启动补偿装置基于油缸的油压和液压泵的输出 油压之差，也就是说止回阀的进出口压差的一偏置模型进行补偿。上述压 差是根据实际测得的值，不受每一台液压泵漏油量的波动影响。只要轿厢 不产生任何对人体有感觉的启动振动，压差可设定为一负代码，也可设定为零。中国发明专利说明书CN1024338C (授权公告日1994年4月2日) 公开了上述方法。中国发明专利说明书CN1105074C (授权公告日2003年4月9日) 公开了另一种压力补偿的方法，该方法依靠一个油缸控制阀来调节，当轿 厢低速运行时，调节是通过阀单元来完成的(以补偿液压系统的泄漏)， 当轿厢高速运行时，轿厢的速度调节通过对电机的调节来完成。中国发明专利说明书CN1228229C(授权公告日2005年11月23日) 公开了一种压力闭环的调节方法，该方法通过两个压力变送器分别测量液
压泵的出口油压和油缸的油压，反馈形成一压力闭环系统，直接补偿液压 系统的泄漏量，以防止电梯的启动冲击。另外在液压泵的出口处有一蓄能 器，以改善压力闭环系统的数学模型，使得压力控制更加稳定，启动更加 平稳。在所有公开的采用调速电机的液压电梯系统技术方案中，存在的问题 是共同的，即由于系统中的油泄漏，使得电机的转速与电梯的实际速度是 不同步的，这种不同步现象表现在启动过程中为电梯的振动和冲击。这些 发明的目的都是为了将这种冲击减少到最小的程度。这种冲击表现在两个 方面， 一个为速度冲击，液压泵必须事先完全补偿泄漏流量；另一个为压 力冲击，即必须使液压阀两端达到压力平衡才能加载速度曲线。液压系统 泄漏的精确补偿和阀的压力平衡两个条件必须同时满足，否则电梯启动必 然有较大冲击。由偏置模型间接补偿油泄漏量的方法仅仅考虑了启动时的 速度冲击，未考虑系统的压力冲击，并且泄漏补偿不能适用于负载、油温、 液压泵加工误差等变化的情况。采用压力调节方法进行启动补偿能够提供 更高的精度，但是压力调节是一动态过程，在该过程中液压泵的转速不断 变化，达到压力平衡点时，液压泵输出的流量并不一定能够完全补偿泄漏 量，造成速度冲击，另外变频装置工作时，压力变送器的信号容易受到干 扰，因此仅用压力调节的可靠性不高。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种变频液压电梯系统，它能使变 频液压电梯启动时同时减少速度冲击和压力冲击，启动平稳、快速。为解决上述技术问题，本发明的变频液压电梯系统，包括电机侧编码 器、轿厢侧编码器；液压泵，通过电磁阔与液压泵连接的油缸；用于检测液压泵出口油压 的第一压力变送器，用于检测油缸油压的第二压力变送器；液压泵、油缸 分别通过阀和油箱连接；用于检测液压系统液压油温度的油温传感器；其中所述第一压力变送器、油温传感器、电机侧编码器及轿厢侧编 码器组成泄漏测量系统，在电梯运行过程中直接测量液压系统实际泄漏 量，并根据测量时的油温、负载条件保存相应的泄漏量；所述第二压力变送器、油温传感器组成泄漏估算系统，在电梯启动前 提取所述泄漏测量系统保存的对应油温、负载条件下的泄漏量参数，估算 液压系统泄漏量，启动前对泄漏进行补偿；所述第一、二压力变送器组成压力调节系统，在电梯启动过程中，逐 步调节液压泵的转速，使液压泵的出口油压和油缸的油压达到平衡。与现有技术相比，具有以下显著效果电梯在运行过程中，液压系统 的泄漏量可由泄漏测量系统直接测量，并根据测量时的油温、负载条件保 存相应的泄漏量，获得特定液压系统准确的泄漏量参数；当电梯启动时， 由泄漏估算系统通过泄漏测量系统，提取当前油温、负载条件下的泄漏量 参数，启动前对泄漏进行补偿，减少电梯启动时的速度冲击；在启动过程 中通过压力调节系统的作用(即通过特定算法逐歩调节液压泵的转速)， 调节液压泵出口油压为负载油压，减少电梯启动时的压力冲击。这样能够 在液压电梯启动时同时减少速度冲击和压力冲击，使启动更加平稳，快速。
下面通过附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明 图1是本发明的变频液压电梯系统一实施例示意图；图2是图1所示的变频液压电梯系统速度曲线图，其中，(a)是电梯上行过程中的速度曲线图，(b)是电梯下行过程中的速度曲线图。
具体实施方式
参见图1所示，所述的液压电梯系统包括电梯井道13，埋在电梯井 道13底坑处的油缸11,注入油缸11中的压力油，由压力油支撑的活塞 14，固定在活塞14上端的轿厢12、电机2、液压泵4，与电机2相连的 电梯控制器1和电机侧编码器3，与液压泵4和油缸11相连的电磁阀10， 用于检测液压泵4的出口油压的第一压力变送器7、用于检测油缸11的 油压的第二压力变送器8，用于测量轿厢速度的轿厢侧编码器9，用于测 量液压系统油温的油温传感器17，以及连接液压泵4和油箱6的溢流阀5， 连接油缸11与油箱6的手动卸油阀15。液压泵4驱动轿厢12。该液压泵4用于在油箱6与油缸11之间输送 压力油。轿厢12的上行与下行由一电磁阀10来控制。电磁阀10通常起 一个截止阀的功能，当电磁线圈激励时，它变成反向导通。液压泵4可双 向转动，当它以一个方向转动时，压力油顶开电磁阀10中的单向阀，将 压力油传递到油缸ll，电梯轿厢12上升；当控制信号10a作用，电磁阀 IO反向导通，由于轿厢12的自重，油缸ll及其管路中的压力油持续地 处于一定的压力之下，压力油从油缸11传递到油箱6，电梯轿厢12下降， 带动液压泵4向另一个方向转动，同时电机2处于发电状态，可通过电阻 发热消耗能量或由一可控的逆变装置将电能回馈电网。用来检测油缸11
的油压和液压泵4的出口油压的第一压力变送器7、第二压力变送器8组 成压力调节控制系统，在电梯启动时调节液压泵4出口处油压，使其与油 缸11处油压达到平衡，以抑制电梯启动时的振动。液压泵4被一个异步 电机2驱动。利用电机侧编码器3测量电机2的转速，并通过变压变频及 矢量控制技术，由电梯控制器1驱动电机2，实现电机2的闭环调速，从 而调节液压泵4的流量。图2 (a)、 (b)分别是液压电梯上行、下行运行曲线，在电梯正常运 行期间，液压泵4的流量Q分为2个部分， 一部分进入油缸ll，形成轿 厢12的速度Vc;另一部分通过液压泵4的运动部件及非运动部件间的间 隙，流回到油箱6，该部分即为内泄漏Qx。因此电机2的速度指令是轿厢 速度和内泄漏的叠加。根据图2，可以描述液压电梯的启动过程如下当电梯控制系统接收 到需要电梯上行的指令信号，电梯控制器1发出指令允许电机2启动。此 时液压泵4出口处的油压P1远比油缸11处的油压P2小；如果此时就加 载速度曲线，由于液压系统的泄漏，电机2转速与轿厢12速度的不同步， 存在一个电机2运转，但轿厢ll不启动的区域；当电机2达到一定的转 速时，该转速足以补偿液压系统的泄漏，则油压P1将增大到能够顶开电 磁阀10的单向阀阀芯，使轿厢12向上运动。但是，此时电机2已有一个 较大的速度和加速度，致使轿厢12在启动时有较大的启动加速度，人乘 坐在轿厢12内将有不舒适的感觉。如果在速度曲线加载之前，有一预启 动过程，将液压泵4出口处的油压Pl提升到油缸11处的油压P2的附近， 同时正好能够补偿液压系统的泄漏，则电梯启动的平稳性能将大大增加。
因此要使电梯平稳启动的两个条件为，精确补偿内泄漏和液压泵4 出口处油压与油缸ll油压平衡，该两个条件缺一不可。然而油的泄漏量 不仅是油温和负载(油压)相关的参数，且每一台液压泵有不同的泄漏量。 液压系统的泄漏量偏置模型可用函数f (P， T)表示，其中P为液压泵出口油压，T为油温。该函数表示液压系统的泄漏量与油的粘温特性、泵的压力-流量特性有关，不同牌号或厂家的液压油的粘温特性不同，不同液 压泵的压力-流量特性也不一样，函数的具体表达式难以描述。另外，该函数还与液压泵的加工配合精度有关；同时与液压泵的磨损量有关，因此 是随时间变化的。可见固定的补偿不能满足系统要求。在实际应用的系统 中，泄漏量的理论计算也是几乎无法实现。即使通过拟合曲线补偿掉液压 系统油压、油温的影响，但对于批量生产的电梯，由于液压泵的加工精度 和磨损的原因导致泄露随时间的变化，则需要调试人员现场调整参数，工 作量很大，也无法做到精确补偿。本发明通过轿厢侧编码器9可以直接测量轿厢12的速度Vc。根据轿 厢12的速度Vc与电机2的转速Vm之间的关系，可以计算出液压系统的 泄漏量。上行时<formula>formula see original document page 10</formula>其中Vm为电机转速，Vc为轿厢速度，两个速度可以分别用电机侧 编码器3和轿厢侧编码器9测量，C为根据液压泵的理论排量计算出的液 压系统速比。P为泵出口油压，T为油温。由于油温是缓慢变化的，可以 由油温传感器17准确测量，液压泵出口油压由第一压力变送器7测量。
而对任何一次液压电梯的匀速运行过程来说，其负载(液压系统油压)保 持不变，油温(油的粘度)基本不变。因此电梯每次运行时都能够自动测 量出相应温度及负载条件下的泄漏量。然而，实际的计算中发现，根据液压泵的理论排量计算出的液压系统 速比C并不准确，最终造成泄漏量的计算有较大误差。令C' = C + Ce (3)式中C'为计算所用的液压系统速比，Ce为C'与实际速比C的误 差，则计算出来的泄漏量v"上行时4 (尸，r) = C' -Ve。r = (C + Ce). V - v， = V, + Ce V ( 4 ) 下行时(八r) = — C' Vm = v， — (C + Ce). =- C, v ( 5 )因此，实测的泄漏量有一Ce搏m的误差，考察以上两式，发现上行和 下行的泄漏量误差正好是符号关系，如果将同样油压和油温条件下的一次 下行和一次上行的泄漏量相加，就抵消了该误差，从而准确地计算出液压 系统的泄漏量。、(尸,r) = kP (尸,r) +力 (尸,r)]/2 (6)以上的所有测量都在电梯运行过程中自动完成，不需要人工干预，并 且测量是根据实际运行结果计算出来的，可以适用于任何规格的液压电梯 系统中，即使在某些场合如液压系统速比不精确，仍能准确计算液压系统 的泄漏量。每次运行后，将测量的泄漏量结果及其油温和油压条件同时保 存，组成泄漏量数据表。最终数据保存是以如下方式进行的，将油温从15°C 65°C (此为液 压电梯有效工作油温)分为M个区域。例如，每隔5'G划分一个区域，共
分为共11个区域；负载分为N个区域，例如从空载、25%负载、半载、75% 负载、满载分为5个区域；并分上行区、下行区两个区域；共计MXNX2 个数据点，这些数据点均保存在EEPROM中。每次电梯运行后，根据测量出的该次运行的油温及负载，最终将软件计算的液压系统泄漏量《保存到 相应的数据点中。而当油温和负载不在设定的数据点上时，如实测的负载 量为35%负载，则将其通过线性插值的方法折算到25%的负载点上。泄漏估算系统以如下方式工作，当电梯第一次运行时，由于泄漏测量 系统没有建立泄漏量数据表，泄漏量根据油温传感器17测量的油温及第二 压力变送器8测量的油缸11油压，由偏置模型计算获得泄漏量， 一旦电梯运 行后，泄漏测量系统即建立了相应的油温、油压条件下的泄漏量数据，泄 漏估算系统査找泄漏量数据表，完成泄漏量的估算。例如电梯运行前实测 油温、油压分别为33。C/35。/。负载，则通过査找EEPROM中3CTC/25。/。负载、30 "/50%负载、35。C/50。/o负载、35匸/25%负载的泄漏量数据点，并通过线性 插值的方法估算33。C/35。/。负载的泄漏量。准确地估算了液压电梯的泄漏量，仅仅是液压电梯启动的第一步，为 了减少启动时的压力冲击，还必须将液压泵4的出口油压提升到油缸11的油 压附近，使两者油压达到平衡，当液压阀10打开时，才不会有冲击。由第 一压力变送器7测量液压泵4出口油压、第二压力变送器8测量油缸11的油 压，共同组成压力调节系统，当电梯启动时，逐步调节液压泵4的转速，使 液压泵4的出口油压和油缸l l油压达到平衡。在压力调节的过程中，控制电机2的转速，使液压泵4出口处的油压从 零压力逐步上升，当液压泵4出口处的油压远低于油缸11油压时，由电机2 的转速所实现的液压泵4输出流量并不局限于前述估算的液压系统泄漏量，可根据两者的压力差来调节电机2的转速，电机2的转速甚至暂时可以超过 泄漏量补偿所需的转速运行(由于此时液压泵4出口处油压低于油缸ll油 压，轿厢12不会发生运动)，以快速提升液压泵4出口处的油压。当液压泵4 出口处油压接近油缸ll油压时，控制电机2的转速，使液压泵4以前述估算 的液压系统泄漏量运转，保证在达到压力平衡时液压泵4输出的流量正好能 够抵消泄漏，启动时即无速度冲击也无压力冲击。
权利要求
1、一种变频液压电梯系统，包括电机侧编码器(3)、轿厢侧编码器(9)；液压泵(4)，通过电磁阀(10)与液压泵(4)连接的油缸(11)；用于检测液压泵(4)出口油压的第一压力变送器(7)，用于检测油缸(11)油压的第二压力变送器(8)；液压泵(4)、油缸(11)分别通过阀和油箱(6)连接；用于检测液压系统液压油温度的油温传感器(17)；其特征在于所述第一压力变送器(7)、油温传感器(17)、电机侧编码器(3)及轿厢侧编码器(9)组成泄漏测量系统，在电梯运行过程中直接测量液压系统实际泄漏量，并根据测量时的油温、负载条件保存相应的泄漏量；所述第二压力变送器(8)、油温传感器(17)组成泄漏估算系统，在电梯启动前提取所述泄漏测量系统保存的对应油温、负载条件下的泄漏量参数，估算液压系统泄漏量，启动前对泄漏进行补偿；所述第一、二压力变送器(7)、(8)组成压力调节系统，在电梯启动过程中，逐步调节液压泵(4)的转速，使液压泵(4)的出口油压和油缸(11)的油压达到平衡。
2.如权利要求l所述的变频液压电梯系统，其特征在于液压电梯 平稳启动的条件为两个，液压泵(4)的出口油压和油缸(11)油压达到 平衡；电梯启动前液压泵(4)输出的流量正好能够补偿液压系统的泄漏。
3. 如权利要求l所述的变频液压电梯系统，其特征在于所述泄漏测量系统按如下公式计算液压系统的泄漏量其中，《p(p,r)是电梯上行时液压系统的泄漏量，v"^,r)是电梯下行 时液压系统的泄漏量，尸为液压泵出口油压，r为油温。
4、 如权利要求i所述的变频液压电梯系统，其特征在于电梯每次 运行后，所述泄漏测量系统将测量的泄漏量及其对应的油温和负载条件同 时保存，组成泄漏量数据表；所述泄漏量数据表按如下方式组成将油温分为M个区域，负载分为 N个区域，并分上行区、下行区两个运行区域，共计MXNX2个数据点。
5、 如权利要求1所述的变频液压电梯系统，其特征在于所述泄漏 估算系统按如下方式工作，当电梯第一次运行时，根据油温传感器测量的 油温及第二压力变送器测量的油缸油压，由偏置模型计算获得泄漏量；一 旦电梯运行后，泄漏测量系统建立了相应的油温、负载条件下的泄漏量数 据，泄漏估算系统査找泄漏量数据表，完成泄漏量的估算。
全文摘要
本发明公开了一种变频液压电梯系统，由第一压力变送器、油温传感器、电机侧编码器轿厢侧编码器组成泄漏测量系统，在电梯运行过程中直接测量液压系统实际泄漏量，并根据测量时的油温、负载条件保存相应的泄漏量；由第二压力变送器、油温传感器成泄漏估算系统，在电梯启动前提取所述泄漏测量系统保存的对应油温、负载条件下的泄漏量参数，估算液压系统泄漏量，启动前对泄漏进行补偿；由第一、二压力变送器组成压力调节系统，在电梯启动过程中，逐步调节液压泵的转速，使液压泵的出口油压和油缸的油压达到平衡。本发明能使变频液压电梯启动时同时减少速度冲击和压力冲击，启动平稳、快速。
文档编号B66B11/04GK101397112SQ20071009409
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月25日 优先权日2007年9月25日
发明者麟 冯, 黄维纲 申请人:上海三菱电梯有限公司