基于虛擬儀器的電梯振動評估系統(tǒng)研究

黃自鑫,薛 勇

（武漢紡織大學機械工程與自動化學院，湖北武漢，430200）

基于虛擬儀器的電梯振動評估系統(tǒng)研究

黃自鑫,薛 勇

（武漢紡織大學機械工程與自動化學院，湖北武漢，430200）

電梯在運行過程中產(chǎn)生的振動不僅影響其舒適度，而且影響電梯零件使用壽命，增加安全故障發(fā)生的概率。本文根據(jù)電梯的運行規(guī)律，借助虛擬儀器的信號處理能力，設計出一種電梯振動測試評估系統(tǒng)，旨在促進電梯行業(yè)質(zhì)量的提升和發(fā)展。

虛擬儀器；電梯振動；評估系統(tǒng)

1 評估系統(tǒng)

電梯振動評估系統(tǒng)主要是根據(jù)電梯啟動以及停止前后的振動加速度的變化進行的，而電梯振動出現(xiàn)的原因是電梯箱體加速度變化太快所致。因此，對于振動的評估可以轉(zhuǎn)化為對加速度的測量，這一過程可通過加速度傳感器來實現(xiàn)，即檢測并采集被測電梯的各個方向加速度。由于虛擬儀器只能識別電信號，所以在傳感器采集到加速度信號之后，還需要相關電路來將信號進行轉(zhuǎn)化和過濾，即調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)將所采集的信號轉(zhuǎn)換成計算機能識別的數(shù)字信號，最后將前面的輸出作為輸入送給PC機虛擬電梯振動系統(tǒng)進行評估，最終得出被測電梯的質(zhì)量參數(shù)。其評估系統(tǒng)模塊設計如下圖1所示。

圖1 評估系統(tǒng)模塊圖

2 振動計算方法和評價

影響電梯振動的因素眾多，在對電梯進行具體評估時應該選取什么量來進行計算目前國內(nèi)外都還沒有明確的評價方法。但是在比電梯行業(yè)更早興起的交通行業(yè)對于振動舒適度有比較完善的評價體系。交通行業(yè)涉及的振動舒適度在水平及豎直方向上區(qū)別不大，但對于電梯而言，其振動主要來源是豎直方向上啟動與停止前后短時間內(nèi)加速度的變化，所以交通行業(yè)對舒適度研究的評價方法仍然使用于本文的研究主題。電梯振動評估系統(tǒng)示意圖如下圖2所示。

圖2 電樣振動評估系統(tǒng)

雖然交通行業(yè)的振動舒適度在采集數(shù)據(jù)時會涉及到X、Y、Z三個方向，而且電梯振動主要來源于Z軸方向上加速度的變化，在X與Y方向上其振動可以忽略不計，但從數(shù)學角度分析這并不影響UIC標準應用于電梯，即在研究電梯振動舒適度時完全可以借鑒現(xiàn)存的比較成熟的評價方法，也就是目前普遍應用于交通領域的UIC標準。UIC標準是一個復雜的計算方法，根據(jù)需要，本文僅僅選取與主要內(nèi)容相關的最終簡化計算公式：

其中，為三向加速度值，X、Y、Z為三個測量方向；地面Wd標準中規(guī)定的頻率加權系數(shù)。

根據(jù)電梯的性質(zhì)，公式（1）抽取測試樣本的測量段為電梯上下運行一次。在信號采集上，每隔1s記錄一個數(shù)據(jù)，這樣，根據(jù)每臺電梯不同的運行工況，測量段（運行時間t）一般由30～90個時間段（1s）組成。其后便是計算有效峰值，方法為將每個時間段內(nèi)的加速度平方根值與頻率加權系數(shù)進行加權計算。然后按計算均方根的方法計算出上下行舒適度，最后由上下行舒適度進行算術平均得出總振動舒適度,如下式（2）所示：

3 軟件實現(xiàn)

從傳感器采集信號到最后PC機輸出一些測試數(shù)據(jù)中，振動評估VI主要用來評估振動的一些參數(shù)，包括三個軸的最大振動、振動位移以及最終要得出振動評價。在這三個參數(shù)中，前兩個比較容易得出，、方向最大振動使用數(shù)組最值函數(shù)節(jié)點，同時獲得最大索引位置。最大振動位移通過初試索引位置到最大索引位置之間的二重積分求得。由于計算機智能識別數(shù)字信號，所以不能通過直接獲得的波形圖來進行數(shù)據(jù)分析，在進行分析之前需要將波形圖所反映的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)組。振動評價是這三個參數(shù)中最難求出的一個量。

在整個算法程序中，振動評價在整個計算過程中要占據(jù)大部分時間，其基本思路是首先計算各個軸振動的功率譜，這里取的是單邊功率譜，下一步計算1/3分頻倍頻加權值，然后根據(jù)頻率范圍不同計算各個三分之一倍頻系數(shù)，最后相加即可得出所要求的振動評價。

4 結(jié)語

基于虛擬儀器的電梯振動評估系統(tǒng)能通過傳感器將引起電梯振動的物理信號進行采集，然后借助一定的電路邏輯運算濾除干擾信號，并通過轉(zhuǎn)換裝置將待檢測波轉(zhuǎn)換成虛擬樣機能識別的數(shù)字信號，進而借助軟件工具計算出待測數(shù)據(jù)，得出被測物理量。此系統(tǒng)能對引起電梯振動的各因素進行統(tǒng)一分析，建立結(jié)果與各因素之間的關系，使在電梯振動的研究上有據(jù)可依，為具體提升電梯振動評估系統(tǒng)研究提供方向。

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黃自鑫（1988-）武漢紡織大學機械工程與自動化學院研究生，研究方向：檢測技術與系統(tǒng)；

薛勇（1968-）武漢紡織大學機械工程與自動化學院副教授，研究方向：檢測技術。

圖5 第二組實驗曝光時間測定結(jié)果示意圖

參考文獻

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Research on the elevator vibration evaluation system based on virtual instrument

Huang Zixin,Xue Yong
（WuHan Textile University School of Mechanical Engineering and Automation,Hubei Wuhan,430200）

The vibration of the elevator in the operation process not only affects its comfort, but also affects the service life of the elevator parts, and increases the probability of the occurrence of the safety failure. In this paper, according to the laws of the operation of the elevator, with the aid of virtual instrument signal processing ability, design a kind of elevator vibration test evaluation system, aimed at promoting the elevator industry development and the improvement of quality.

virtual instrument; The elevator vibration; Evaluation system