淺談電梯機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)特性分析

韓戰(zhàn)輝

摘要：電梯的安全關(guān)系到高層建筑的人們的生命安全，當(dāng)前電梯在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的震動和噪聲還有機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)性始終是電梯界的研究熱點(diǎn)。本文主要針對電梯結(jié)構(gòu)的機(jī)械動態(tài)性進(jìn)行必要的分析，為電梯機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)特性提供了參考意見。

關(guān)鍵詞：電梯；動態(tài)優(yōu)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(zhì)量，另一方面彰顯了我們國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)水平的不斷提高，凸顯了城市特色。目前在國內(nèi)生產(chǎn)的主要是速度為1～1.6 m/s的乘客電梯。當(dāng)樓層數(shù)未超過25層時(shí)，多使用的是運(yùn)行速度低于2 m/s的低速電梯。研究提升電梯機(jī)械系統(tǒng)的相關(guān)動態(tài)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(shè)備，不包含人行道和自動扶梯。在剛性導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)升降或者平行運(yùn)動的機(jī)電設(shè)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(yùn)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(jī)械系統(tǒng)的特性（既有剛體運(yùn)動又有彈性體震動的復(fù)合運(yùn)動），筆者認(rèn)為用一般的靜結(jié)構(gòu)動力特性的分析方法是不妥當(dāng)?shù)模韵率枪P者基于運(yùn)動彈性動力學(xué)方法進(jìn)行分析得出的結(jié)果。

2 建立電梯機(jī)械系統(tǒng)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(jī)械系統(tǒng)部分進(jìn)行簡化（如轎廂可以視為質(zhì)量塊，轎架對重和電梯的承重區(qū)域可以視為一個(gè)彈簧的阻尼系統(tǒng)），簡化示意圖如圖2所示。

在建模使用相關(guān)公式時(shí)，要注意選擇速度以及加速度，因?yàn)檫@往往關(guān)系到電梯運(yùn)行的穩(wěn)定性以及乘坐電梯時(shí)的舒適度，電梯驅(qū)動電機(jī)的功率決定著電梯的輸送能力和速度。

2.1 曳引機(jī)和承重梁中存在的問題和解決方案

在上文已經(jīng)將對重和承重區(qū)視為彈簧的阻尼系統(tǒng)，即將運(yùn)行的電梯視為一個(gè)彈簧系統(tǒng)。在實(shí)際生活中人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)電梯運(yùn)行到高層時(shí)會有高頻振動現(xiàn)象。這是因?yàn)槌兄亓涸谳d重和曳引機(jī)的重量壓迫下會產(chǎn)生一定的振動頻率，這個(gè)振動頻率等于曳引機(jī)的振動頻率時(shí)就會發(fā)生共振。此時(shí)就應(yīng)該改變曳引輪的直徑，通過改變曳引輪的轉(zhuǎn)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(jī)械系統(tǒng)主要部分就是轎廂。電梯在運(yùn)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(shí)驗(yàn)中可以看到曳引機(jī)在滿載的時(shí)候與電梯的機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率相近，極易發(fā)生共振，所以在允許的范圍內(nèi)可以通過減緩電梯的運(yùn)行速度來減小轎廂的振動頻率，盡量避免發(fā)生共振。

2.3 機(jī)械振動

曳引機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)不平衡的原因。同時(shí)設(shè)計(jì)不合理、轎廂剛度達(dá)不到要求、曳引機(jī)零部件松動甚至脫落還可能引發(fā)曳引機(jī)的共振，使轎廂重心偏離中心。要改善電梯的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以將其整體安裝，增強(qiáng)穩(wěn)固性，盡量減少共振的發(fā)生次數(shù)。

3 電梯機(jī)械系統(tǒng)的安全技術(shù)

3.1 鋼絲繩的檢測

曳引鋼絲繩關(guān)乎安全問題，所以必須要有較高的耐磨性和強(qiáng)度，并能承受一定的擠壓。檢測方法：漏磁檢測技術(shù)——永久性磁鐵的探頭檢測漏磁的地方，計(jì)算機(jī)收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理和計(jì)算得出鋼絲繩的磨損情況，以便進(jìn)行維護(hù)。

3.2 定期測量

定期使用游標(biāo)卡尺和直尺對電梯的相關(guān)零部件進(jìn)行測量，手動實(shí)驗(yàn)開關(guān)是否可靠，直接觀察外觀檢查功能。使用傳感器以及計(jì)算機(jī)對電梯的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行測試，檢測電梯的安全系數(shù)，電梯能承受的壓力，電梯的運(yùn)行速度，存儲并分析測量的結(jié)果。

4 結(jié)束語

通過對電梯的動態(tài)特性進(jìn)行分析，提出了通過改變電梯加速度變化率、最大加速度、時(shí)間比例系數(shù)等渠道來減少電梯機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生共振的次數(shù)，提升安全系數(shù)，完善電梯機(jī)械系統(tǒng)，提升人們在乘坐電梯時(shí)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(jié)果具有參考價(jià)值，為電梯機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)化提出了參考意見。