電梯運(yùn)行異常的動(dòng)態(tài)分析方法

王戰(zhàn)春

摘要：電梯運(yùn)行異常事故時(shí)有發(fā)生，而相關(guān)事故研究分析者普遍采用傳統(tǒng)的電梯運(yùn)行異常的分析方法，測(cè)量電梯運(yùn)行特性，從而難以在方法上實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行異常的提前預(yù)警功能。文章從電梯運(yùn)行的理念曲線(xiàn)出發(fā)，分析電梯在不同負(fù)載先運(yùn)行的特性曲線(xiàn)的影響因素，針對(duì)電梯運(yùn)行異常的個(gè)別案例，提出如何有效保證電梯運(yùn)行正常的措施。

關(guān)鍵詞：電梯運(yùn)行；動(dòng)態(tài)分析特性曲線(xiàn)；調(diào)速時(shí)間

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）03-0092-03

電梯運(yùn)行異常的事故時(shí)有發(fā)生，而相關(guān)事故研究分析者普遍采用傳統(tǒng)的電梯運(yùn)行異常的分析方法，測(cè)量電梯運(yùn)行特性，從而難以在方法上實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行異常的提前預(yù)警功能。在這種情況下，有關(guān)人員依托于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)電梯進(jìn)行科學(xué)的控制，實(shí)現(xiàn)電梯實(shí)際運(yùn)行、管理的有效性，從而保證電梯安全。

一、電梯運(yùn)行的理想特性曲線(xiàn)

（一）梯形曲線(xiàn)

梯形曲線(xiàn)如圖1所示：

圖1梯形速度曲線(xiàn)圖

由圖1知，梯形曲線(xiàn)特性圖也叫三角形行速度曲線(xiàn)圖，簡(jiǎn)而言之，也就是啟動(dòng)過(guò)程和制動(dòng)過(guò)程中加速度為常數(shù)，中間時(shí)間段采用勻速運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)電梯的正常運(yùn)行。

通過(guò)對(duì)整個(gè)曲線(xiàn)運(yùn)行的效率進(jìn)行合理、科學(xué)的分析，以最短的時(shí)間來(lái)完成加速和減速，其效率必然會(huì)提高。但這種情況下，梯形速度曲線(xiàn)的加速度并不是平滑的過(guò)度，而是在加速和減速的一段時(shí)間內(nèi)都存在著突變，從而出現(xiàn)啟動(dòng)結(jié)束和制動(dòng)開(kāi)始時(shí)的加速度發(fā)生突變，從而造成乘客超重和失重感覺(jué)，運(yùn)行不平衡，舒適性比較差。

（二）拋物線(xiàn)曲線(xiàn)

拋物線(xiàn)運(yùn)行速度曲線(xiàn)如圖2所示：

圖2拋物線(xiàn)速度曲線(xiàn)

由圖2知，拋物線(xiàn)運(yùn)行模式的電梯，在加速過(guò)程和減速過(guò)程中速度為三角形變化，其加速度變化率均為常數(shù)。

這種理想電梯運(yùn)行曲線(xiàn)模式雖然比梯形速度曲線(xiàn)好，但是在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，特別在高速和超高速電梯的運(yùn)行中，電梯在啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的效率比較低，實(shí)現(xiàn)不了電梯運(yùn)行整個(gè)過(guò)程的高效率性。

（三）拋物線(xiàn)—直線(xiàn)綜合速度曲線(xiàn)

拋物線(xiàn)—直線(xiàn)綜合速度曲線(xiàn)如圖3：

圖3拋物線(xiàn)—直線(xiàn)綜合速度曲線(xiàn)

由圖3知，在加速的前ta/n時(shí)間里和減速的末ta/n時(shí)間段里，為拋物線(xiàn)形速度曲線(xiàn)，而在中間過(guò)程中采用直線(xiàn)模式的速度運(yùn)行曲線(xiàn)，其中n為啟動(dòng)時(shí)間系數(shù)。這種曲線(xiàn)運(yùn)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(yīng)現(xiàn)在電梯的多狀況運(yùn)行模式。對(duì)于中低速電梯，n一般取值比較?。欢鴮?duì)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(xué)的適應(yīng)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(yùn)行特性曲線(xiàn)的影響因素

調(diào)速時(shí)間一直是電梯運(yùn)行時(shí)間的決定因素，其大小影響電梯運(yùn)行過(guò)程的整個(gè)時(shí)間，從而根本上決定了電梯運(yùn)行效率，下面針對(duì)電梯運(yùn)行的理想特性曲線(xiàn)對(duì)調(diào)速時(shí)間進(jìn)行分析：

1．梯形調(diào)速時(shí)間曲線(xiàn)以加速度a和最大速度V作為運(yùn)行參數(shù)。在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，可以根據(jù)運(yùn)行距離H，產(chǎn)生兩張狀態(tài)：

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

當(dāng)H小于或者等于V2/a時(shí)，運(yùn)行過(guò)程為加速和減速，運(yùn)行時(shí)間T=2

2．對(duì)于拋物線(xiàn)曲線(xiàn)而言，其時(shí)間推到起來(lái)可能比較復(fù)雜，但是可以通過(guò)三次方程式的擬合進(jìn)行合理的優(yōu)化，按照相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行有效的推到，必要時(shí)可以采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，從而保證整個(gè)電梯運(yùn)行過(guò)程的調(diào)速時(shí)間的最優(yōu)化。

梯形速度曲線(xiàn)以加速時(shí)間t和最大速度V為參數(shù)，在整個(gè)電梯運(yùn)行過(guò)程中，可以根據(jù)垂直高度H，出現(xiàn)三種不同狀態(tài)的調(diào)速時(shí)間：

當(dāng)H>V/t時(shí)，電梯的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程分為全加速、勻速和全減速，總時(shí)間T=t+H/V

當(dāng)電梯的運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)加速和中減速時(shí)，運(yùn)行時(shí)間T滿(mǎn)足一個(gè)三次方程式，對(duì)于方程式的根值就是其整個(gè)運(yùn)行時(shí)間，其求解可通過(guò)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言解決；

當(dāng)H3．拋物線(xiàn)—直線(xiàn)運(yùn)行模式介于前兩中模式之間，其運(yùn)行時(shí)間更短，電梯運(yùn)行起來(lái)更加快捷，效率更高。

三、電梯安全運(yùn)行的有效分析方法

（一）電梯動(dòng)態(tài)模型的建立

結(jié)合實(shí)際電梯的整體機(jī)械機(jī)構(gòu)，我們可以將曳引機(jī)、平衡中、橋架、轎廂和平衡鏈等機(jī)構(gòu)作為支撐點(diǎn)，視為質(zhì)點(diǎn)，建立合適的動(dòng)態(tài)模型，如圖4所示：

圖4電梯機(jī)械系動(dòng)態(tài)模型

由圖4知，動(dòng)態(tài)模型中可以采用基本的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行有效的描述，將系統(tǒng)的動(dòng)能表示出來(lái)，然后運(yùn)用拉格朗日方程對(duì)其中的變量進(jìn)行求導(dǎo)、運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)電梯的有效分析。

整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)能可以表示為：

系統(tǒng)的彈性勢(shì)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(jìn)行數(shù)學(xué)處理，得

實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電梯激勵(lì)主要伴隨著加速、減速而產(chǎn)生，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可能存在的質(zhì)量不平衡，從而出現(xiàn)比較嚴(yán)重的質(zhì)量偏差，從而使得實(shí)際的矩陣描述存在比較大的誤差，造成整個(gè)分析結(jié)果的誤差性，給乘客在實(shí)際乘坐過(guò)程中形成較差的舒適性。

（二）動(dòng)態(tài)方程的求解

電梯運(yùn)行到不同的樓層時(shí)，其轎廂與平衡重兩側(cè)的曳引鋼絲繩及平衡鏈長(zhǎng)度都會(huì)發(fā)生明顯的變化，例如K1、k2、k3和k5的剛度值發(fā)生變化。在各個(gè)隔層之間進(jìn)行有效的理想化，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性被看成是不變的，這樣就可以將原有的變系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為常系數(shù)微分方程。先對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行離散，然后對(duì)離散后的運(yùn)動(dòng)微分方程組進(jìn)行合理的運(yùn)行模式建立，采用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，按照合理的方式建立有效的控制程序，在剛開(kāi)始的運(yùn)行過(guò)程中，可以將系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)分為多個(gè)離散周期，分段優(yōu)化，建立科學(xué)的動(dòng)態(tài)分析模式，按照初值設(shè)定，輸入不同異常狀態(tài)值，從而檢測(cè)出異常原因。

通過(guò)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)，可以將相關(guān)的一階或者二階函數(shù)進(jìn)行離散化，轉(zhuǎn)化成N份的時(shí)間間隔。離散后的常系數(shù)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(biāo)系下的相

應(yīng)，如：

按照相關(guān)零初試條件，采用層層遞推的方法，可以獲得轎廂的振動(dòng)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(xiàn)代化電梯控制系統(tǒng)，結(jié)合完備的故障監(jiān)測(cè)和保護(hù)裝置，能夠有效的對(duì)控制電路、安全電路進(jìn)行密切的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、部分故障診斷及安全保障。一旦發(fā)生必要的實(shí)時(shí)故障，部分控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行及時(shí)有效的指示并做出相應(yīng)的判斷，同時(shí)采用必要的解決方案。

安全檢測(cè)電路中在整個(gè)電路的回路過(guò)程中串聯(lián)了若干個(gè)功能觸點(diǎn)，這些觸點(diǎn)能夠有效的檢測(cè)若干個(gè)電梯運(yùn)行故障：

1．若轎廂在到達(dá)上、下端站之間的某個(gè)距離范圍內(nèi)，檢測(cè)電路必須要檢測(cè)一下轎廂的速度是否在一定的范圍內(nèi)，滿(mǎn)足限速要求。如果過(guò)高，可以通過(guò)強(qiáng)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(duì)乘客的傷害。若是電梯低于一定的速度時(shí)，可以使觸點(diǎn)結(jié)合，從而保證電梯緩慢地移動(dòng)到平低層，避免電梯運(yùn)行不到位。

2．轎廂可能會(huì)因?yàn)槟撤N因素而出現(xiàn)不正常的平層現(xiàn)象，需要通過(guò)有效的重啟來(lái)保證各個(gè)環(huán)節(jié)的再次有效運(yùn)行，從而出現(xiàn)在此升遷。最終達(dá)到電梯的正常停靠。

3．電梯轎門(mén)可以通過(guò)安全關(guān)閉實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)的有效監(jiān)測(cè)，保證整個(gè)電梯的安全啟動(dòng)和制動(dòng)，否則開(kāi)門(mén)運(yùn)行的話(huà)也將可能導(dǎo)致人員傷亡事故。

4．電梯每一層都有廳門(mén)，各個(gè)樓層廳門(mén)的門(mén)鎖觸點(diǎn)相互串聯(lián)接通安全回路實(shí)現(xiàn)有效的檢測(cè)，保證各廳門(mén)都關(guān)閉好時(shí)，門(mén)鎖才能閉合啟動(dòng)電梯，從而保證整個(gè)電梯運(yùn)行時(shí)乘客的安全。

安全回路中可以串聯(lián)多個(gè)觸點(diǎn)，通過(guò)不停的LED燈指示來(lái)實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行故障的實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而保障電梯運(yùn)行異常的分析和實(shí)時(shí)處理，提高電梯的運(yùn)行

效率。

五、結(jié)語(yǔ)

電梯是一種比較安全的交通工具，只要有效的進(jìn)行異常實(shí)時(shí)狀態(tài)分析，采用合理的程序分析方法，結(jié)合文明的操作，必然會(huì)為乘客帶來(lái)更加安全的服務(wù)

保障。

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（責(zé)任編輯：劉 晶）