機電一體化技術在電梯中的應用研究與實踐

摘要：在以往的電梯控制中，鋼絲繩在電梯運行過程中的動態特性容易受到外界的干擾激勵，使其振動頻率增大。為此，對機電一體化技術在電梯中的應用進行了研究。在振源與設備之間用阻尼裝置連接，利用機電一體化技術控制阻尼系數始終保持在正常范圍內，保證隔振器起作用;在電梯系統輸入輸出通道上設計過壓保護電路，達到濾波的目的，強化電梯系統的抗干擾性能。對比實驗結果表明：應用機電一體化技術的電梯中鋼絲繩的振動頻率低于應用其他技術的電梯鋼絲繩振動頻率，說明應用機電一體化技術的電梯運行更加穩定、安全。

關鍵詞：機電一體化;振動波;抗干擾;動態特性

0 引言

目前機電一體化及相關技術已得到了極大發展，在眾多機電產品中應用機電一體化技術，使其功能更加強大，適用范圍得到進一步拓展。在以往的電梯中應用能量回饋技術較多，但是應用這種技術會導致電梯運行中鋼絲繩受到外界干擾激勵，其動態特性受到影響，產生較大的振動頻率，電梯運行安全得不到保障。因此，本文對機電一體化技術在電梯中的應用進行了研究。

1 機電一體化技術在電梯中的應用研究

1.1 ? ?隔離振動波

振動會影響電梯的穩定性和安全性，減少電梯的使用壽命，因此需要采取一定的手段隔離振動波。在振源和設備或其他物體之間用阻尼裝置連接，使振源產生的大部分能量被隔振裝置吸收，以減小振動，達到隔振的目的。機電一體化技術中包括控制技術，利用控制技術保證阻尼器的阻尼系數始終在正常范圍內，阻尼系數的控制調整與頻率比和傳遞率密切相關。從力的傳遞率角度分析，可得到傳遞率、頻率比和阻尼比的關系式：

1.2 ? ?抗干擾設計

在電梯控制中，由于串模干擾與不平衡傳輸信號相疊加，導致電梯供電遇到障礙。利用機電一體化技術，以光電耦合器實現輸入、輸出通道的信息傳遞，隔離電梯系統內的各種電氣模塊、設備，以隔絕干擾，被隔離部分包括傳感器、執行設備等。同時，設置濾波電路來降低高頻信號的干擾，即在低頻信號傳送電路內加裝低通濾波器，由于濾波電路體積較大，可配合數字濾波實現濾波的目的。在信號傳輸通道內，應設置由限流電阻和穩壓管組成的過壓保護電路，避免因電壓過高引發電梯故障。根據電梯種類和大小，選擇合適的限流電阻，避免信號衰減;穩壓管根據最高傳送信號電壓進行選擇，穩壓值略高即可，若穩壓值較低，則會使得有效信號限幅，造成信號失真，對于0.2 V以下的微弱信號，使用兩只反并聯的二極管來代替穩壓管，即可實現過壓保護。電梯的供電線路常被利用為系統的入侵渠道，以可抗干擾的穩壓電源對電梯系統進行供電，保證供電安全。將供電線路與產生干擾的用電設備分開供電，將低通濾波器與隔離變壓器接入供電線路中，其中低通濾波器吸收大部分電路中的干擾，隔離變壓器與鐵芯一起接地，防止干擾通過初次級之間的電容效應進入供電系統;整流元件上并接濾波電容，避免電壓電流波形沖擊產生高頻干擾。濾波電容選用1 000 pF～0.01 μF，耐壓程度根據次級電壓來判斷，并接濾波電容后，可在很大程度上削弱高頻干擾。采取上述措施后，可保證電梯系統的正常運行，延長電梯的使用壽命，進而保障人們在日常生活中使用電梯時更加安全、穩定。

2 實驗研究

2.1 ? ?實驗參數設置

一般電梯在正常運行中的行駛速度為2.5 m/s，速度增加，會影響鋼絲繩的動態特性，而應用能量回饋技術的電梯中鋼絲繩的動態特性較差。因此，以鋼絲繩的振動頻率作為實驗參考指標，設計了對比實驗，以對比應用不同技術的電梯正常運行的實際性能。選擇典型的電梯參數作為實驗理論模型的仿真計算參數，具體設置如表1所示。

在表1中，G表示電梯的最大行程;V表示電梯的最大行駛速度;M表示鋼絲繩所承受的轎廂重量，包括自身重量和載荷重量;J表示導靴的剛度;E表示電梯鋼絲繩單位長度的質量;G1表示鋼絲繩振動狀態觀測位置與零長度點的距離;G2表示鋼絲繩振動狀態觀測位置與全長度點的距離;g表示重力加速度。對應用不同技術的電梯進行實驗驗證，分別獲得鋼絲繩在電梯正常運行中的振動頻率，根據實驗結果分析應用不同技術時電梯的性能。

2.2 ? ?實驗結果及分析

本實驗分別從G1和G2兩個觀察點入手，觀察應用能量回饋技術和機電一體化技術的電梯運行狀態的鋼絲繩振動情況，其中G1是固定觀察點，G2是隨機觀察點，可得到如圖1、圖2所示的實驗結果。

從圖1、圖2可以看出，無論是在固定觀察點，還是在隨機觀察點，應用機電一體化技術的電梯運行過程中鋼絲繩的振動頻率始終處于低水平，而應用能量回饋技術的電梯中鋼絲繩的振動頻率始終高于應用機電一體化的電梯鋼絲繩的振動頻率，特別是在隨機觀察點，應用能量回饋技術的電梯中鋼絲繩振動頻率極不穩定。綜上所述，應用機電一體化技術的電梯能夠抵抗外界的干擾，運行更加穩定安全。

3 結語

電梯在人們的日常生活和工作中發揮著重要作用。在電梯中應用機電一體化技術能夠顯著提升電梯的運行質量。本文研究顯示，應用控制技術能夠更好地控制電梯中鋼絲繩的振動頻率，通過設計的對比實驗，證明了機電一體化技術可以有效提升電梯運行的穩定性和安全性。

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：楊陽（1986—），男，天津人，工程師，研究方向：特種設備科技開發。