高速電梯振動模型的建立與研究

陳 杰 樓國樑

上海市特種設備監督檢驗技術研究院 上海 200062

正文：

引言

當前，隨著電梯應用的逐漸廣泛，其運行速度也越來越高，而隨之，人們對電梯運行的穩定性也提出了更高的要求。而很多高度電梯在實際使用的時候，都存在著嚴重的振動問題，給人們乘坐電梯的舒適性帶來了極大的影響，而導致高速電梯振動的主要原因之一，就是曳引機旋轉失衡。

1 研究高速電梯振動的方法和意義

高速電梯振動響應是直接影響著電梯乘坐舒適性的，所以，振動響應是評價電梯整體舒適性的一個主要指標。高速電梯在運行過程中所產生的振動主要分為兩種類型，一種為縱向振動，另一種為水平振動，不管是哪一種振動，都會給電梯的正常運行帶來極大的影響。通過測定發現，電梯的振動形式為縱向振動，因此，需要對縱向振動模型進行建立與研究，分析出振動原因，并采取相應的解決措施。當前，我國常用的建模方式主要有以下兩種：一種是集中參數離散建模方法，另一種是分布參數連續建模方法。

2 電梯導軌對各導靴的作用力分析

高速電梯系統是一種復雜性較高的多體運動系統，圖1為高度電梯系統的結構圖。導致高速電梯轎廂出現水平振動的原因有很多，其中主要原因就是導向系統設置不合理。

圖1 高速電梯結構圖

高速電梯的導向系統主要由導靴以及導軌等兩個部分組成，通常情況下，導靴都是安裝在導軌支架的兩邊。據相關研究與分析發現，高速電梯水平振動幅度的大小一般都是由電梯運行速度決定的，同時，高速電梯在實際運行的時候，導軌出現激勵狀態，也是導致電梯轎廂出現水平振動的一個主要原因。

圖2 高速電梯導軌和導靴的接觸模型

在開展高速電梯水平振動問題仿真模擬時，通常都需要在電梯轎廂上添加短脈沖、三角以及階躍等激勵，這樣能夠有效保障仿真模擬的準確性，不過，在實際應用的時候，仍然存在著諸多問題。本文主要對當前高速電梯運行過程中常見的水平振動問題進行仿真建模，在模型建立過程中，充分考慮電梯系統的導靴、導軌等各種影響因素，并充分融入導軌激勵，有效防止了各種激勵對電梯水平振動模型建立效果的影響，確保了電梯轎廂水平振動模型建立的完善性。由于很多高速電梯都是采用的滾動式導靴，所以，高速電梯在實際運行過程中，導軌雨導靴本身在接觸時會產生 Herta 接觸力。通過三維接觸滾動理論可以得知，電梯導軌與導靴接觸位置的位移值是與受力方向相關的，所以，應建立起導軌、導靴接觸模型，由圖2可以看出，高速電梯導靴受力方向為z方向。

3 高速電梯水平振動主動電氣控制設計

通過對高速電梯導靴以及導軌接觸模型的建立，基于液壓作動器，設計了相應的電梯主動導靴，然后對其進行模擬控制，從而以主動電氣控制方式來降低電梯的水平振動幅度，使電梯運行的安全性得到有效提高。

4 振動仿真與分析

高速電梯提升系統整體結構具有著很高的復雜性，所以，ADAMS的模型建立難度比較大，在模型建立過程中，為了保證模型建立效果，可以先在產品開發系統（NX）中將所有的零部件模型建立好，然后在將建立好的零部件模型傳輸到ADAMS中進行組裝完善。由于鋼絲繩是一種柔性體，所以，不能直接對其進行模型建立，可以采用離散方式來對鋼絲繩進行獨立模型建立，在ADAMS中分別輸入鋼絲繩系統的各項參數，然后形成鋼絲繩索以及滑輪模型。繩索模型主要有兩種形式，一種是簡化模型，另一種是離散模型，簡化模型在建立過程中，無法引入繩索的質量以及摩擦力，很難準確的模擬出繩索系統的振動情況，因此，應采用離散模型方式來進行仿真模擬，確保振動仿真的準確性及可靠性。

考慮高速電梯提升系統曳引鋼絲繩變長度的時變特性，充分利用Hamilton原理來對高速電梯提升系統縱向振動的參數進行計算，從而找出相應的離散化數值計算方式。通過對ADAMS模型仿真結果的分析與比對可以得出以下三個結論：

（1）高速電梯在實際運行過程中，提升越接近頂端，縱向振動的幅度也就越大。

（2）高速電梯在滿載狀態下，振動幅度較小，而在空載狀態下，振動幅度則較大。

（3）通過對比可以看出，振動微方程計算結果與ADAMS仿真模擬的結果并沒有太大的差異，這說明高速電梯振動模型的建立是具有較高的可靠性的，通過對振動模型的研究與分析，可以為減振設計提供準確的設計依據。

5 結語：

轎廂的振動響應直接影響到電梯高速運轉狀況，本文通過對高速電梯振動模型的建立與研究分析，探索減小振動的方法，使電梯既能滿足高速運轉，又能實現人們對乘坐電梯的舒適度的要求。