淺談電梯機械系統動態特性分析

韓戰輝

摘要：電梯的安全關系到高層建筑的人們的生命安全，當前電梯在運行過程中產生的震動和噪聲還有機械系統的動態性始終是電梯界的研究熱點。本文主要針對電梯結構的機械動態性進行必要的分析，為電梯機械系統的動態特性提供了參考意見。

關鍵詞：電梯；動態優化

0 引言

城市人口日漸增加，高層和超高層的建筑越來越多，一方面改善了人們的生活質量，另一方面彰顯了我們國家的經濟實力和技術水平的不斷提高，凸顯了城市特色。目前在國內生產的主要是速度為1～1.6 m/s的乘客電梯。當樓層數未超過25層時，多使用的是運行速度低于2 m/s的低速電梯。研究提升電梯機械系統的相關動態特性是為了提升電梯性能。

1 電梯概況

本文所說的電梯主要是垂直以及傾斜升降設備，不包含人行道和自動扶梯。在剛性導軌上實現升降或者平行運動的機電設備稱為電梯。其中速度低于1 m/s的電梯為低速電梯；高于1m/s低于2 m/s的電梯為快速電梯；高于2 m/s低于4 m/s的電梯為高速電梯；高于4 m/s的電梯為超高速電梯。不同的電梯用于不同的場所，高層寫字樓多使用的是高速電梯，貨物運輸則常用低速電梯，超高速電梯則多用于高層大廈。

柔性體曳引式傳動（圖1）是常見的電梯傳動方式。鑒于電梯機械系統的特性（既有剛體運動又有彈性體震動的復合運動），筆者認為用一般的靜結構動力特性的分析方法是不妥當的，以下是筆者基于運動彈性動力學方法進行分析得出的結果。

2 建立電梯機械系統的動力模型

電梯的曳引比可定為2：1（由傳動原理得出），然后對電梯機械系統部分進行簡化（如轎廂可以視為質量塊，轎架對重和電梯的承重區域可以視為一個彈簧的阻尼系統），簡化示意圖如圖2所示。

在建模使用相關公式時，要注意選擇速度以及加速度，因為這往往關系到電梯運行的穩定性以及乘坐電梯時的舒適度，電梯驅動電機的功率決定著電梯的輸送能力和速度。

2.1 曳引機和承重梁中存在的問題和解決方案

在上文已經將對重和承重區視為彈簧的阻尼系統，即將運行的電梯視為一個彈簧系統。在實際生活中人們已經發現電梯運行到高層時會有高頻振動現象。這是因為承重梁在載重和曳引機的重量壓迫下會產生一定的振動頻率，這個振動頻率等于曳引機的振動頻率時就會發生共振。此時就應該改變曳引輪的直徑，通過改變曳引輪的轉速來改變共振頻率。

2.2 轎廂和曳引繩之間的問題

電梯的機械系統主要部分就是轎廂。電梯在運行過程中可以把轎廂視為綁在彈簧上的振動體，而曳引繩就是彈簧，在實驗中可以看到曳引機在滿載的時候與電梯的機械系統的固有頻率相近，極易發生共振，所以在允許的范圍內可以通過減緩電梯的運行速度來減小轎廂的振動頻率，盡量避免發生共振。

2.3 機械振動

曳引機轉動不平衡的原因是多方面的，承重梁的長度過短或是過長，安裝位置不正確，蝸桿之間摩擦過度等都是引起曳引機不平衡的原因。同時設計不合理、轎廂剛度達不到要求、曳引機零部件松動甚至脫落還可能引發曳引機的共振，使轎廂重心偏離中心。要改善電梯的機械結構可以將其整體安裝，增強穩固性，盡量減少共振的發生次數。

3 電梯機械系統的安全技術

3.1 鋼絲繩的檢測

曳引鋼絲繩關乎安全問題，所以必須要有較高的耐磨性和強度，并能承受一定的擠壓。檢測方法：漏磁檢測技術——永久性磁鐵的探頭檢測漏磁的地方，計算機收到相應的數據后進行處理和計算得出鋼絲繩的磨損情況，以便進行維護。

3.2 定期測量

定期使用游標卡尺和直尺對電梯的相關零部件進行測量，手動實驗開關是否可靠，直接觀察外觀檢查功能。使用傳感器以及計算機對電梯的機械系統進行測試，檢測電梯的安全系數，電梯能承受的壓力，電梯的運行速度，存儲并分析測量的結果。

4 結束語

通過對電梯的動態特性進行分析，提出了通過改變電梯加速度變化率、最大加速度、時間比例系數等渠道來減少電梯機械系統發生共振的次數，提升安全系數，完善電梯機械系統，提升人們在乘坐電梯時的舒適度和滿意度。本文所采用的模型和分析方法具有一定的工程精度，因此本結果具有參考價值，為電梯機械系統的優化提出了參考意見。