专利名称：驱动系统或与驱动系统相关的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动系统。此处描述的该系统已研发出，用于关于液压驱动 的电梯、升降机或升降平台的具体应用，但是应当理解在此公开的驱动系统 可以应用于多种可选的领域。
在下面的说明中，术语"电梯"、"升降机"和"升降平台"可互换使 用并具有相同的含义。
背景技术：
在典型的液压驱动的电梯或升降机中，运动设备或升降机厢(lift car) 与由其承载的载荷的重量组合通过由液压泵单元排放的流体的作用而提升。 液压泵的操作产生大量热量，该热量在升降机竖井(lift well)或升降机房的 有限空间内难以消散。无论如何，所产生的热量代表消耗了能量并小于最佳效率。
过去已经进行了各种尝试，以降低动力需求，进而降低热量的产生。
过去采用的一种方法是使用机械配重。机械配重的缺点在于它需要自己 的一套竖直导轨。这即增加了材料成本，又增长了安装时间。
最近，液压升降装置已经设有一个或多个单独的液压蓄能器，液压流体 随着升降机厢向下运动而被排放到所述液压蓄能器中。典型地，蓄能器内具 有将输入流体与压縮气体的腔室分隔开的隔膜。输入流体进一歩压縮气体。 当使升降机厢上升时，蓄能器内的流体被释放且蓄能器内的气体有助于排出 流体，从而使升降机厢向上移动。国际专利申请(PCT) No. WO 99/33740 和No. WO 01/14238中可以发现升降机蓄能器的实例。
德国公开文本(Offenlegungsschrift) 32 06 899中描述了一种上述装配有 蓄能器的装置的变型，该装置使用弹簧取代加压气体的腔室。
虽然蓄能器的确有助于降低用于提升升降机厢和载荷的动力需求，但是 工作流体本身被引向蓄能器，因而其仍会承受升降机厢和载荷的总重量。在已公开的日本专利申请JP 2002-372008中描述了装配有蓄能器的升降 机的又一种形式。该公开专利描述了由液压顶(hydraulic ram)供给动力的 升降机，其中蓄能器与该液压顶形成为一体。单独的蓄能器腔室居中地设置 于液压顶的缸(cylinder)内，并且该腔室与中空的活塞管密封地相连通。中 空的活塞管和蓄能器中填充有加压气体。供给升降机动力的加压的液压流体 设置在绕着活塞气体腔的环形件中。应当理解，缸中心内的加压气体用于抵 消(offset)施加到升降机的载荷的作用。
在日本专利文献JP 2002-372008中所述的装置具有其自身的缺点。主要 缺点在于加压气体腔室的容积随着升降机顶的伸展而显著变化，因而导致气 体的压力降低。因此，在升降机处于其行程的顶端时的配重的作用将明显小 于在升降机处于其行程的底部时该配重件的作用。
本发明的目的在于提供一种用于降低液压升降机的动力需求的方法和 装置，其将会在处理上述问题时至少起一定作用；或者其将至少提供一种新 颖而有用的选择。
发明内容
因此，在第一方案中，本发明提供一种升降机，该升降机包括 承载装置；
液压顶，其可操作以使所述承载装置沿近似竖直的方向移动；以及 基于冲程的平衡装置，其可与所述液压顶一起移动并且其可操作以降低 由所述承载装置施加到所述液压顶的载荷；
所述升降机的特征在于所述平衡装置包括平衡腔室，其容纳液压流体； 蓄能器，其具有容纳液压流体的蓄能器腔室，所述蓄能器腔室与所述平衡腔 室相连通；以及偏压装置，其可操作以便沿着从所述蓄能器腔室朝所述平衡 腔室的方向偏压所述液压流体。
优选地，所述平衡腔室形成在具有所述液压顶的单元内。 优选地，所述平衡腔室包括绕着所述液压顶设置的环形腔室。 优选地，所述平衡装置还包括具有上表面和下表面的环形滑动器，所述 滑动器可在所述环形腔室内随着所述液压顶的运动而移动，所述滑动器具有 位于其中的轴向端口用以将所述上表面连接至所述下表面，并且所述下表面的面积大于所述上表面的面积。
优选地，所述液压流体包括液压油。
优选地，所述偏压装置与所述蓄能器一体形成。
优选地，所述蓄能器包括与所述蓄能器腔室一体形成、但由可运动的壁 与所述蓄能器的腔室隔开的另一腔室。
优选地，所述可运动的壁包括柔性隔膜。 优选地，所述另一腔室容纳处于压力下的气体。 优选地，所述气体包括氮。
优选地，所述平衡装置被构造和设置成用于提供小于所述承载装置的重 量的平衡作用。
优选地，所述平衡装置被构造成用于提供所述承载装置重量的70%至
90%的平衡作用。
在第二方案中，本发明提供一种用于液压升降机的驱动单元，所述驱动
单元包括液压顶，其具有缸和相对于所述缸可伸縮的活塞；以及平衡腔室， 其与所述液压顶一体形成，所述驱动单元的特征在于，所述平衡腔室可与容 纳液压流体的蓄能器腔室相连通，所述驱动单元还包括偏压装置，所述偏压 装置可操作以便沿着从所述蓄能器的腔室至所述平衡腔室的方向偏压所述 液压流体。
优选地，所述平衡腔室呈环形且绕着所述缸的轴线设置。 优选地，所述平衡腔室部分地由所述活塞和所述缸限定。 在第三方案中，本发明提供一种用于降低所述液压升降机的动力需求的 方法，所述升降机包括承载装置和液压顶，所述液压顶可操作以使所述承载 装置沿着近似竖直的方向移动，
所述方法包括定位平衡装置以降低由所述承载装置施加到所述液压顶 上的载荷，所述平衡装置的特征在于其还包括平衡腔室，其容纳液压流体； 蓄能器，其具有容纳液压流体的蓄能器腔室，所述蓄能器腔室与所述平衡腔 室相连通；以及偏压装置，其可操作以便沿着从所述蓄能器腔室至所述平衡 腔室的方向偏压所述液压流体。
优选地，所述方法还包括将所述平衡腔室设置在具有所述液压顶的单元内。在第四方案中，本发明提供一种用于液压升降机的驱动单元，所述驱动 单元包括液压顶，所述液压顶具有缸和相对于所述缸可伸縮的活塞；以及平 衡回路，所述平衡回路可操作以有助于所述活塞相对于所述缸伸展，所述平 衡回路使用蓄能器和流入与流出所述蓄能器的液压流体，所述驱动单元的特 征在于，在所述平衡回路内的所述液压流体独立于供给所述液压顶动力的液 压流体。
优选地，所述平衡回路中的液压流体的容积是固定的。
本领域的技术人员可以对本发明做出多种变型。下面的描述仅作为执行 本发明的一种方式的示例，并且缺少对变型或等同物的描述不应视为有限制 的。只要可能，对特定元件的描述应视为包括无论是现在已有的还是将来会 有的任何等同物和所有的等同物。本发明的范围仅由所附的权利要求书进行限定。
现在，将参考附图描述本发明的一个操作实施例，附图中 图l示出了液压升降机的正视简图，本发明的各个方案可以适用于该液 压升降机；
图2示出了现有技术的用于降低液压升降机的动力需求的储压器系统的 简图3示出了体现本发明主要原理的、动力需求降低的升降机的简图； 图4示出了根据本发明的操作装置处于完全縮回状态时的剖视图； 图5示出了与图4类似的视图，但是该操作装置处于部分伸展状态。
具体实施例方式
首先参考图1，典型的液压升降设备包括呈升降机厢或平台IO形式的、 支撑在升降机导向装置12上的承载装置，该导向装置12固定至升降机井(lift shaft) 14并在该升降机井14内竖直地向上延伸。具有运动活塞17的液压顶 16安装在该升降机井的基座18，该活塞17接合在升降机厢10的下部以使 升降机厢在该升降机井14内上下移动。
为了使活塞17从液压顶16的缸伸展，马达/泵单元19抽吸液压流体，该马达/泵单元19从储存器20吸取流体。当升降机厢需要沿向下的方向运动
时，放卸阀21开启以使液压流体直接流回到储存器20中。或者，使马达/ 泵单元反转以净化来自缸的流体并使流体返回到储存器20。
在图1所示的特定实施例中，活塞17直接承载升降机厢10，然而，如 本领域内所公知的，活塞可以使拉运装置(roping arrangement)移动，拉运 装置使升降机厢10的位移相对于活塞17的位移倍增。尽管这种拉运装置本 身并没有形成本发明的一部分，但是它可以用来有助于增加系统压力，由此 允许使用更少的流体容积。
实际上，所有上述方式及其变型全部是常规的方式。例如，如图3所示， 通常是将马达/泵单元19浸入容纳于储存器20中的流体中。
过去，已经采用多种装置来降低施加到液压系统上的载荷，并且由此降 低总动力需求。最常规的装置包括简单的机械配重。如上所述，机械配重需 要自身的导轨和拉运装置，因而实施费用相对昂贵。其还会在升降机井内占 用相当大的空间。因此，为寻求更加有效的总驱动系统，注意力已经转移到 液压驱动系统本身。
现在参考图2，用于在液压升降装置内控制能量的一种公知系统涉及液 压蓄能器的使用。在上述方式中，活塞17通过液压马达/泵19的操作而移动 以提升升降机厢(未示出)。当升降机厢下降时，液压顶16中的流体并非 如上所述地被抽吸回或放卸回储存器20中，而是被抽吸到蓄能器23的下部 腔室24中。蓄能器23还包括充满气体的上部腔室25，所述腔室24和25由 可运动的壁或柔性隔膜26隔开。
当升降机厢再次需要提升时，对蓄能器的腔室24中的流体产生需求， 于是，腔室25中的压縮气体膨胀并将流体从腔室24中驱出。应当理解，该 动作肯定有助于泵马达/泵单元19。
现在转看图3，根据本发明的升降机驱动系统的驱动元件的原理完全是 常规的，并且如所示，其包括液压顶16，该液压顶16具有可从其伸展并可 縮回其中的活塞17。来自储存器20的液压流体以常规的方式由马达/泵19 抽吸到缸16中以提升升降机厢10。当升降机厢要下降时，马达/泵反转，或 操作合适的阀门(未示出)，以使得缸16内的流体返回到储存器20中。
本发明的新颖性在于提供了一种液压平衡回路，该回路本身包括蓄能器
23。虽然该平衡回路可以物理地紧邻液压驱动部件，但是由于该平衡回路并 不接收来自储存器20的任何流体，所以它完全独立于驱动系统进行操作。 该平衡回路优选地包括基于冲程的部件。也就是说，该部件沿着基本线性的 轴线操作并沿着至少一个运动方向产生支撑作用。
可以看出，平衡回路包括容纳液压流体的平衡腔室27。该腔室27与蓄 能器23的油腔室24相连通。蓄能器23的腔室25中的加压气体作用于可运 动的壁或隔膜(diaphragm) 26，从而沿着朝向平衡腔室27的方向保持液压 流体的偏压。在这种情况下，其以下面将更详细描述的方式提供了净平衡作 用。阀28设置在腔室24与腔室27之间以控制液压流体可以在所述腔室之 间交换的程度。
现在转看图4和图5，平衡系统可以设置在具有液压驱动系统的单元中。 在这种设置中，最为方便的是沿着与驱动力相同的方向施加平衡力。
在示出的形式中，驱动单元31包括固定至基座构件34的外缸体32。固 定至基座构件34的内表面的是静态传动缸36，该传动缸36居中地位于外缸 体32内。位于传动缸36上方并与该传动缸滑动接触的是活塞缸38，该活塞 缸38的上端由活塞40覆盖。安装法兰42连接至活塞40，或与活塞40 —体 形成，驱动单元通过该安装法兰连接至升降机厢10。应当指出，不同于常规 液压顶的活塞杆，该活塞缸38是中空的并且其内部与传动缸36相连通，并 充满油。应当相信，这样对于减少由单元31承受的屈曲载荷是有利的。
应当理解，传动缸36内部的流体基本为"不流动"的流体，并且因此， 通过将嵌条等(未示出)插入到传动缸36内，可以减少传动缸的容积(进 而减少工作流体的容积)。
活塞缸38的外下端承载环形滑动器44，该滑动器在传动缸36的外表面 上滑动并用于在外缸体32内支撑活塞缸的下端。活塞缸还由上密封件46支 撑，该密封件46固定至外缸体32，但形成抵靠着活塞缸38外表面的滑动密 封件。
为沿向上的方向驱动升降机厢10，在基座构件34中通过端口 48在压力 作用下供给液压流体。端口48与传动缸36的内部相连通，进而又与活塞缸 38的内部相连通。因此，输入的流体作用于活塞40并使活塞缸38在传动缸 36的上方向上伸展(telescope)。当升降机厢沿向下的方向运动时，端口 48设置成与低压储存器相连通，并且处于传动缸36和活塞缸38内部的流体被抽吸或使流体从所述缸中排出。
应当理解，环形腔室50限定于外缸体32的内表面与传动缸36和活塞 缸38的相应外表面之间。该腔室被称为平衡腔室，其与蓄能器/偏压装置相 结合，用于产生上述平衡力。
在操作中，平衡腔室50中充有液压流体，因而绕着液压传动装置形成 流体支柱(fluid strut)。
可以看出，滑动器44跨过环形限定腔室50延伸以提供与外缸体32内 表面的滑动接触。轴向端口 52设置在滑动器44中，以使腔室50的位于滑 动器44上方和下方的部分相互连通，进而使两个腔室部分中的流体压力平端口 53设置在腔室50的基座34中。从端口 53引出管线55，该管线 55使腔室50与蓄能器57的流体腔室56相连通。
随着升降机的降低，液压流体被从腔室50排放到蓄能器的腔室56中。 更具体而言，应当指出，随着活塞40和滑动器44的降低，腔室50的容积 得以有效降低，这是因为活塞缸38的进入有效地减少了腔室50的宽度。环 形腔室的宽度从壁32与壁36之间的距离变为壁32与壁38之间的距离。随 着腔室50的容积的降低，腔室50内的流体经由管线55而被排放到蓄能器 的腔室56中。
平衡回路还包括一些形式的偏压装置以便沿着从腔室56朝向腔室50的 方向偏压液压流体。虽然这可以通过基于弹簧的机械装置或单独的液压顶来 设置，但方便的是设置于具有蓄能器57的单元中，更特别的是通过在具有 腔室56的单元中设置的腔室58来设置，腔室58填充有处于压力下的气体。 在所示的形式中，腔室56和58由可运动的壁或隔膜59部分限定、甚至隔 开。因此，当液压流体被排放到腔室56中时，腔室58中的气体的压力增加。 从略微不同的角度观察，隔膜59允许腔室58中的加压气体对腔室56内的 液压流体产生偏压作用。
腔室58内的气体优选为氮，因为氮基本为惰性的。然而，应当理解， 在不会脱离本发明的范围的情况下可以使用其它气体或液体。
所述部件的构造保证腔室50内的液压流体提供作用于活塞缸38的下部环形表面的、向上的净分力，进而至少在一定程度上与由升降机厢10及其 承载的任何载荷施加的向下的分力相抵。
在任何时候，当升降机厢停止以便将要施加或去除载荷时，理想的是腔
室50与腔室56隔离以便防止或至少减小升降机厢的跳动。为此，阀54优 选地设置在管线55中。
任何时候，当需要提升升降机时，阀54开启，于是蓄能器连同驱动马 达19起作用以实现向上的移动。应当理解，这种作用独立于实际的驱动功 能，因为腔室50和56内的液压流体完全独立于传动缸36和活塞缸38内的 液压流体。
为了构造如上所述的驱动系统，计算升降机厢10的空载荷并确定平衡 装置(counterbalance)的数量，其几何形状以及其中的流体压力，以保证升 降机厢10始终施加小的、向下的净力。实际上，优选的是平衡装置仅为空 升降机厢的重量的90%;更优选地，介于升降机厢的重量的70%至90%的 范围内。这样就保证升降机厢能够在手动降低作用下下降，并防止出现升降 机厢在平衡装置的单独作用下提升的情况。
如上所述的升降机驱动系统至少具有下面的优点
(1) 由于升降机的操作质量(operating mass)的大部分被平衡，因此可 以使用较小的液压驱动封装装置来实现有效的升降操作。
(2) 驱动系统需要较小容积的液压油进行操作。
(3) 提供基于流体的该平衡系统保证在升降机运动的整个过程中基本恒 定的平衡力，该平衡系统独立于驱动流体且其容积基本恒定，平衡力仅取决 于腔室58内所容纳的气体。
(4) 由于施加于液压驱动装置上的低载荷，因而所产生的热量和噪音低。
(5) 由于平衡回路也使用液压流体，所以驱动装置与平衡回路之间的密 封件两侧的压力是相似的，进而跨过所述密封件两侧泄漏的可能性几乎没 有。唯一的加压气体源是完全隔离的，因而能够被可靠地容置。
(6) 与缸内部相连通的中空活塞杆降低了给定载荷下的弯曲。 本领域的技术人员可以对上述系统做出多种变型。例如，如上所述，本
发明可以应用于除升降机和电梯之外的升降或支撑系统，并可以并入其它升 降系统中。因此，应当理解，至少在此处描述的工作实施例的情况下，本发明提供 了一种降低液压升降机的动力需求的、新颖且有效的装置，该装置无需专门 的安装需求并独立于升降驱动系统。
权利要求
1.一种升降机，包括承载装置；液压顶，其可操作以使所述承载装置沿着近似竖直的方向移动；以及基于冲程的平衡装置，其能够与所述液压顶一起移动并且其可操作以降低由所述承载装置施加到所述液压顶的载荷，其特征在于，所述平衡装置包括平衡腔室，其容纳液压流体；蓄能器，其具有容纳液压流体的蓄能器腔室，所述蓄能器腔室与所述平衡腔室相连通；以及偏压装置，其可操作以便沿着从所述蓄能器腔室朝向所述平衡腔室的方向偏压所述液压流体。
2. 如权利要求1所述的升降机，其中，所述平衡腔室形成在具有所述液 压顶的单元中。
3. 如权利要求2所述的升降机，其中，所述平衡腔室包括绕着所述液压 顶设置的环形腔室。
4. 如权利要求3所述的升降机，其中，所述平衡装置还包括具有上表面 和下表面的环形滑动器，所述滑动器能在所述环形腔室内随着所述液压顶的 运动而移动，所述滑动器具有位于其中的轴向端口用以将所述上表面连接至 所述下表面，并且所述下表面的面积大于所述上表面的面积。
5. 如前述权利要求中的任一项所述的升降机，其中，所述液压流体包括 液压油。
6. 如前述权利要求中的任一项所述的升降机，其中，所述偏压装置与所 述蓄能器一体形成。
7. 如权利要求6所述的升降机，其中，所述蓄能器包括与所述蓄能器腔 室一体形成、但由可运动的壁与所述蓄能器的腔室隔开的另一腔室。
8. 如权利要求7所述的升降机，其中，所述可运动的壁包括柔性隔膜。
9. 如权利要求6-8中任一项所述的升降机，其中，所述另一腔室容纳处 于压力下的气体。
10. 如权利要求9所述的升降机，其中，所述气体包括氮。
11. 如前述权利要求中的任一项所述的升降机，其中，所述平衡装置被构造和设置成用于提供小于所述承载装置的重量的平衡作用。
12. 如权利要求ll所述的升降机，其中，所述平衡装置被构造成用于提供所述承载装置重量的70%至90%的平衡作用。
13. —种用于液压升降机的驱动单元，所述驱动单元包括液压顶，其 具有缸和相对于所述缸可伸縮的活塞；以及平衡腔室，其与所述液压顶一体形成，其特征在于，所述平衡腔室能与容纳液压流体的蓄能器腔室相连通， 所述驱动单元还包括偏压装置，所述偏压装置可操作以便沿着从所述蓄能器 腔室至所述平衡腔室的方向偏压所述偏压流体。
14. 如权利要求13所述的驱动单元，其中，所述平衡腔室呈环形且绕着 所述缸的轴线设置。
15. 如权利要求12所述的驱动单元，其中，所述平衡腔室部分地由所述 活塞和所述缸限定。
16. —种用于降低所述液压升降机的动力需求的方法，所述液压升降机 包括承载装置和液压顶，所述液压顶可操作以使所述承载装置沿近似竖直的 方向移动，所述方法包括定位平衡装置以降低由所述承载装置施加到所述液压顶 上的载荷，所述平衡装置的特征在于其包括平衡腔室，其容纳液压流体； 蓄能器，其具有容纳液压流体的蓄能器腔室，所述蓄能器腔室与所述平衡腔室相连通；以及偏压装置，其可操作以便沿着从所述蓄能器腔室至所述平衡 腔室的方向偏压所述液压流体。
17. 如权利要求16所述的方法，还包括将所述平衡腔室设置在具有所述 液压顶的单元内。
18. —种用于液压升降机的驱动单元，所述驱动单元包括液压顶，其 具有缸和相对于所述缸可伸縮的活塞；以及平衡回路，其可操作以有助于所 述活塞相对于所述缸伸展，所述平衡回路使用蓄能器和流入与流出所述蓄能 器的液压流体，其特征在于，在所述平衡回路中的液压流体独立于供给所述 液压顶动力的液压流体。
19. 如权利要求18所述的驱动单元，其中，所述平衡回路中的液压流体 的容积是固定的。
全文摘要
本发明公开了一种液压驱动的电梯或升降机，其设有平衡装置以便至少部分地平衡由承载装置或升降机厢施加的载荷。该平衡装置包括与蓄能器相连通的液压流体源，该平衡装置的操作不涉及对液压驱动系统的工作流体的任何干涉。
文档编号F15B15/14GK101287671SQ200680025513
公开日2008年10月15日 申请日期2006年6月8日 优先权日2005年6月11日
发明者艾伦·尼尔·罗素·斯坦纳 申请人:斯坦纳电梯有限公司