电梯机械系统动态特性研究

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1、电梯机械系统动态特性研究摘要：随着高层建筑的涌现，电梯在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。然而，随着电梯运行速度的提高，其在运行过程中所受到的垂直和横向气体扰动力也随之增大。本文主要对电梯机械系统动态特性进行研究分析。关键词：电梯机械系统；动态特性；建模中图分类号：TU857文献标识码：A电梯机械系统电梯机械系统的工作原理电梯的升降分别为自动运行与检修操作两个工作状态，升降机械的电动机带动曳引轮，牵引曳引钢绳，曳引绳的两端分别连着轿厢与对重，减速器曳引电动机发生变速，进而引发曳引轮的转动，曳引轮和曳引绳之间相互摩擦发生的牵引力实现轿厢与对重

2、的升降运动，达到运输目的。拖动轿厢和对重做相对运动，当轿厢下降时，对重上升，反之，轿厢上升而对重下降，因此就实现了轿厢在井道的上下来回的运行。在电梯自动运行的状况下，升降机也可以根据要求将一层的物品或是乘客传送到另一层，再自动返回下一到达点。在自动运行时要求升降机能够将一层楼的产品自动的传送到另外一层楼的生产输送带上，同时自动返回到出发点进行下一个工作周期，通过电梯机械系统的自动控制，电梯可以根据顺序传送运行，随时对本身安全保护，防止发生安全事故。电梯机械系统的组成分类电梯由电气与机械两大部分构成，包含导向系统、驱动系统、轿箱和对重装置、层轿门与

3、开关门系统等一些机械系统。其中曳引式电梯是垂直电梯交通运输中最普遍的方式，曳引系统主要由曳引钢丝绳曳引机与部分组成，电动机制动器曳引轮组成电梯运行的动力源，导向系统是由导轨、导靴、导轨架组成，导向系统控制轿厢只能做导轨的升降运动，进而限制了轿厢的活动范围，导轨和导靴相互配合，服从导向系统的安排，经受运动控制的轿厢是电梯中运送乘客物件的必要工具，轿厢架承受轿厢体，通过承载一定的重量运行到不同的高度。机械安全保护系统是由限速器、缓冲器与超速保护装置组成，起保护各部件的作用。重量平衡系统由对重与重量补偿器组成，对重平衡轿厢部分部件的重量，重量补偿器补偿

4、轿厢对电梯钢丝绳索产生的重量不平衡。电梯机械系统动力学建模电梯垂直方向振动建模电梯垂直方向振动主要是经过曳引绳经轿厢架传递到轿厢的。垂直方向激励源主要是曳引机输出转速或力矩的波动、反绳轮、导向轮、曳引轮等的偏心。钢丝绳是分布质量弹性体，可能会发生自激振动。针对有齿轮电梯，可能还有由齿轮箱中齿轮啮合发生的振动。电梯的载荷轿厢轿架与的质量很大（通常在2000kg之上），然而钢丝绳的弹性模量比较偏小，再加上电梯运行时钢丝绳长度发生变化，所以电梯系统振动的主要特征是变参数、低频响、大惯性。在电梯动力学建模时，把电梯的对重和轿厢等效为质量，把电梯系统的曳引

5、绳等效为弹簧,把电梯系统作为弹簧一质量模型。当前很多电梯垂直振动的研究者们，很多都将电梯系统称作7自由度的弹簧一质量系统（曳引比为1：l）o7自由度电梯模型在某个程度上表现了电梯系统的动力学特征，但是它忽视了很多重要信息。电梯是一个多耦合的机电产品，其动力学系统可划分为互相耦合的三个部分：第一部分是电气驱动系统，主要指的是曳引轮转速的闭环控制系统；第二部分是绳索（包含补偿绳/链、曳引绳）与经过它们连接的质量（转动惯量）系统，这一系统的力学特点依靠于在井道中电梯的详细位置；最后一部分是轿架和轿厢之间的隔振系统。绳索（包含补偿绳/链、曳引绳）就整个电

6、梯动力学特性来说，他起着非常重要的作用，由于它严重地制约到对不同频率成分激振力的传递率与电梯的共振特性。建立这一高速电梯系统的动力学模型的困难主要体现在，绳索的质量是不容忽视的，同时各部分的刚度与质量随电梯在井道中详细位置而发生改变。轿厢水平振动系统建模图1为高速电梯轿厢横向振动系统示意图。通过支撑橡胶座将厢体落在轿架上，在轿架上安装的四个导靴指引电梯沿着在井道中固定的导轨上下运动，同时支撑橡胶和导靴一起起着减振作用。电梯轿厢是一个极其复杂的多自由度振动系统。电梯轿厢垂直振动是一个非线性时变的振动系统，不仅轿厢载重是变化的，对重与轿厢两侧钢丝绳的

7、长度也在改变的；而只有轿厢负载在轿厢横向振动中是变化。因为与轿厢的自重相比，载荷比较接近，所以一定要考虑载荷对系统性能的影响。与电梯系统的垂直振动相比，其水平振动通常不存在的显著的谐波性，这是由于电梯系统的水平振动主要是由于导向系统的随机偏差引起的。导轨不平顺是高速电梯轿厢横向振动的主要扰动源，在厢体上直接作用的空气扰动对超高速、高速、电梯的影响也是不能忽视的。图1轿厢系统示意图电梯的水平振动与垂直振动耦合性比较弱，并且主要决定于轿厢/轿架的惯性特征、轿底橡胶和橡胶卡垫（电梯轿厢上部两侧与轿架的联接橡胶）的弹性和阻尼特征，电梯的各部分之间的拓扑几

8、何特征，以及各种载荷特征。实际上，电梯轿厢与轿架之间是通过橡胶卡垫、轿底橡胶垫等柔性介质联接起来的，尤其是刚度比较小的橡胶卡垫，它们对轿