電梯運行異常的動態分析方法

王戰春

摘要：電梯運行異常事故時有發生，而相關事故研究分析者普遍采用傳統的電梯運行異常的分析方法，測量電梯運行特性，從而難以在方法上實現電梯運行異常的提前預警功能。文章從電梯運行的理念曲線出發，分析電梯在不同負載先運行的特性曲線的影響因素，針對電梯運行異常的個別案例，提出如何有效保證電梯運行正常的措施。

關鍵詞：電梯運行；動態分析特性曲線；調速時間

中圖分類號：TP277文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）03-0092-03

電梯運行異常的事故時有發生，而相關事故研究分析者普遍采用傳統的電梯運行異常的分析方法，測量電梯運行特性，從而難以在方法上實現電梯運行異常的提前預警功能。在這種情況下，有關人員依托于現代互聯網技術，對電梯進行科學的控制，實現電梯實際運行、管理的有效性，從而保證電梯安全。

一、電梯運行的理想特性曲線

（一）梯形曲線

梯形曲線如圖1所示：

圖1梯形速度曲線圖

由圖1知，梯形曲線特性圖也叫三角形行速度曲線圖，簡而言之，也就是啟動過程和制動過程中加速度為常數，中間時間段采用勻速運行，從而實現整個電梯的正常運行。

通過對整個曲線運行的效率進行合理、科學的分析，以最短的時間來完成加速和減速，其效率必然會提高。但這種情況下，梯形速度曲線的加速度并不是平滑的過度，而是在加速和減速的一段時間內都存在著突變，從而出現啟動結束和制動開始時的加速度發生突變，從而造成乘客超重和失重感覺，運行不平衡，舒適性比較差。

（二）拋物線曲線

拋物線運行速度曲線如圖2所示：

圖2拋物線速度曲線

由圖2知，拋物線運行模式的電梯，在加速過程和減速過程中速度為三角形變化，其加速度變化率均為常數。

這種理想電梯運行曲線模式雖然比梯形速度曲線好，但是在實際的運行過程中，特別在高速和超高速電梯的運行中，電梯在啟動和制動過程中的效率比較低，實現不了電梯運行整個過程的高效率性。

（三）拋物線—直線綜合速度曲線

拋物線—直線綜合速度曲線如圖3：

圖3拋物線—直線綜合速度曲線

由圖3知，在加速的前ta/n時間里和減速的末ta/n時間段里，為拋物線形速度曲線，而在中間過程中采用直線模式的速度運行曲線，其中n為啟動時間系數。這種曲線運行模式相比于前兩種效率更高，速度變化率比較低，更能適應現在電梯的多狀況運行模式。對于中低速電梯，n一般取值比較小；而對于高速和超高速電梯，n值一般較大。如此，能夠更加有效、合理、科學的適應不同距離電梯的升降效率，使得電梯的舒適性增加。

二、電梯運行特性曲線的影響因素

調速時間一直是電梯運行時間的決定因素，其大小影響電梯運行過程的整個時間，從而根本上決定了電梯運行效率，下面針對電梯運行的理想特性曲線對調速時間進行分析：

1．梯形調速時間曲線以加速度a和最大速度V作為運行參數。在實際的運行過程中，可以根據運行距離H，產生兩張狀態：

當H大于V2/a時，電梯的整個運行階段分為加速、勻速和減速，總的運行時間為T，則：T=2V/a + （H-2V2/a）/v =V/a + H/V

當H小于或者等于V2/a時，運行過程為加速和減速，運行時間T=2

2．對于拋物線曲線而言，其時間推到起來可能比較復雜，但是可以通過三次方程式的擬合進行合理的優化，按照相應的數學公式進行有效的推到，必要時可以采用計算機進行模擬，從而保證整個電梯運行過程的調速時間的最優化。

梯形速度曲線以加速時間t和最大速度V為參數，在整個電梯運行過程中，可以根據垂直高度H，出現三種不同狀態的調速時間：

當H>V/t時，電梯的整個運行過程分為全加速、勻速和全減速，總時間T=t+H/V

當電梯的運行過程中出現加速和中減速時，運行時間T滿足一個三次方程式，對于方程式的根值就是其整個運行時間，其求解可通過計算機編程語言解決；

當H3．拋物線—直線運行模式介于前兩中模式之間，其運行時間更短，電梯運行起來更加快捷，效率更高。

三、電梯安全運行的有效分析方法

（一）電梯動態模型的建立

結合實際電梯的整體機械機構，我們可以將曳引機、平衡中、橋架、轎廂和平衡鏈等機構作為支撐點，視為質點，建立合適的動態模型，如圖4所示：

圖4電梯機械系動態模型

由圖4知，動態模型中可以采用基本的運動方程進行有效的描述，將系統的動能表示出來，然后運用拉格朗日方程對其中的變量進行求導、運算，從而實現電梯的有效分析。

整個系統的動能可以表示為：

系統的彈性勢能可以表示為：

由拉格朗日方程得：，其中Q為廣義力。

將上式進行數學處理，得

實際運行過程中，電梯激勵主要伴隨著加速、減速而產生，結合實際運行過程中可能存在的質量不平衡，從而出現比較嚴重的質量偏差，從而使得實際的矩陣描述存在比較大的誤差，造成整個分析結果的誤差性，給乘客在實際乘坐過程中形成較差的舒適性。

（二）動態方程的求解

電梯運行到不同的樓層時，其轎廂與平衡重兩側的曳引鋼絲繩及平衡鏈長度都會發生明顯的變化，例如K1、k2、k3和k5的剛度值發生變化。在各個隔層之間進行有效的理想化，系統的動態特性被看成是不變的，這樣就可以將原有的變系統轉化為常系數微分方程。先對相關數據進行離散，然后對離散后的運動微分方程組進行合理的運行模式建立，采用計算機語言，按照合理的方式建立有效的控制程序，在剛開始的運行過程中，可以將系統運行機構分為多個離散周期，分段優化，建立科學的動態分析模式，按照初值設定，輸入不同異常狀態值，從而檢測出異常原因。

通過計算機程序設計，可以將相關的一階或者二階函數進行離散化，轉化成N份的時間間隔。離散后的常系數微分方程：其中，為阻尼比。

采用杜哈美積分求解可得正則坐標系下的相

應，如：

按照相關零初試條件，采用層層遞推的方法，可以獲得轎廂的振動速度，加速度：

從而更有效地分析出異常電梯的原因，提高了電梯的使用性。

四、工程案例

某現代化電梯控制系統，結合完備的故障監測和保護裝置，能夠有效的對控制電路、安全電路進行密切的實時監測、部分故障診斷及安全保障。一旦發生必要的實時故障，部分控制系統能夠進行及時有效的指示并做出相應的判斷，同時采用必要的解決方案。

安全檢測電路中在整個電路的回路過程中串聯了若干個功能觸點，這些觸點能夠有效的檢測若干個電梯運行故障：

1．若轎廂在到達上、下端站之間的某個距離范圍內，檢測電路必須要檢測一下轎廂的速度是否在一定的范圍內，滿足限速要求。如果過高，可以通過強迫斷電使電梯速度迅速下降，以避免沖頂和坐底，從而避免對乘客的傷害。若是電梯低于一定的速度時，可以使觸點結合，從而保證電梯緩慢地移動到平低層，避免電梯運行不到位。

2．轎廂可能會因為某種因素而出現不正常的平層現象，需要通過有效的重啟來保證各個環節的再次有效運行，從而出現在此升遷。最終達到電梯的正常停靠。

3．電梯轎門可以通過安全關閉實現觸點的有效監測，保證整個電梯的安全啟動和制動，否則開門運行的話也將可能導致人員傷亡事故。

4．電梯每一層都有廳門，各個樓層廳門的門鎖觸點相互串聯接通安全回路實現有效的檢測，保證各廳門都關閉好時，門鎖才能閉合啟動電梯，從而保證整個電梯運行時乘客的安全。

安全回路中可以串聯多個觸點，通過不停的LED燈指示來實現不同運行故障的實時檢測，從而保障電梯運行異常的分析和實時處理，提高電梯的運行

效率。

五、結語

電梯是一種比較安全的交通工具，只要有效的進行異常實時狀態分析，采用合理的程序分析方法，結合文明的操作，必然會為乘客帶來更加安全的服務

保障。

參考文獻

[1] 梁淑英．淺談電梯安全按運行[J]．賞析焦煤科技，2006，

（6）．

[2]劉松國，韓樹新，李偉忠．電梯運行狀態檢測與故障遠程報警系統研究[J]．創意與實踐，2011，（10）．

[3]吳康祖，宮濤．淺談電梯安全裝置與測試[J]．安全衛生，2007，（2）．

[4]吳偉常，陳炳炎，吳哲．電梯機械系統動態分析[J]．湘潭大學自然科學學報，1995，（6）．

[5]翟玉文．電梯理想速度曲線的研究與實現[J]．吉林化工學院學報，1995，（3）．

[6]徐格寧，胡增榮．電梯速度曲線、行程及時間總和分析

[J]．中國工程機械學報，2004，（10）．

[7]李元康．電梯主要的安全保護系統淺析[J]．中國檢測技術，2006，（1）．

[8]陳同坤，汪傳民．電梯安全檢測技術案例分析[J]．工業控制技術，2008，（7）．

（責任編輯：劉 晶）