高速曳引式電梯機械系統振動特性研究

蘭天宇 黃建秋

（沈陽遠大智能工業集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110027）

1 高速曳引電梯機械系統的垂直振動特性研究

曳引式電梯是目前使用最廣泛的電梯之一，具有提升高度大、結構緊湊、安全系數高等優點。目前不僅曳引式電梯的使用數量不斷增多，由于高層和超高層建筑工程的需要，其升降速度也明顯提升。在傳統結構形式基礎上對曳引式電梯進行研究，其牽引比一般分為兩種，即2∶1 或1∶1。本次對高速曳引電梯的機械系統垂直振動特性的分析，采用牽引比1∶1 形式建立物理分析模型，模型中電梯轎廂和對重分別懸掛在曳引輪兩側，在曳引機的動力作用下，通過曳引鋼絲繩牽引轎廂進行垂直向的升降運動。

根據物理模型建立方程，對其振動特性進行分析。在此過程中要注意區分補償鏈和補償繩，在高速曳引電梯系統中，電梯存在張緊情況，需要對張緊系統和補償鏈進行協同設計，才能使對中和轎廂側保持重量平衡。電梯垂直向的振動原因主要是曳引系統運行時產生的振動，包括曳引輪偏心振動、導向輪不規則、電機輸出力矩的波動等引起的振動。其本質屬于多自由度振動系統。因此，在對其進行垂直向振動特性分析以及系統設計時，要充分考慮垂直向模型中的各方面影響因素。以物理模型的時變性為依據，對轎廂運動全程進行離散，結合曳引鋼絲繩的智聯給也行、電梯振動模型、導靴彈簧和張力系統等，采用模態實驗方法，計算各階段機械系統對應的頻率和轎廂位置、重量變化情況。

2 高速曳引電梯機械系統的水平振動特性研究

現階段針對高速曳引電梯機械體統的水平振動特性所進行的研究工作，受技術條件以及經濟條件制約，往往忽視了存在于轎廂側面和轎底的減振橡膠具有的作用，從而將包括轎架質量在內的參數與轎廂進行直接疊加，也就是說將轎架和轎廂視為一個整體。在對高速曳引電梯進行實際使用的過程中，為了在最大程度上對轎架向轎廂進行傳遞的水平振動進行降低，施工人員往往會選擇將大量減振橡膠安裝在轎廂側面和轎底，正是由于這部分減振橡膠的存在，導致轎廂質心并不與轎廂架質心處于相同位置，因此，在對系統水平振動所對應物理模型進行建立的過程中，應當對質心偏移的情況加以考慮。該物理模型在轎架上對轎廂進行了安裝，并通過在轎廂側面和轎底對減振橡膠進行安裝的方式，在很大程度上對轎架所傳遞振動進行了減弱，而將導靴安裝在轎架上，通過將其與導軌進行滾動接觸的方式，完成井道中電梯的升降運動時，導靴彈簧和導軌在接觸過程中所產生預壓縮量，具有明顯的減振效果。

雖然導靴質量較小，在電梯運行過程中對水平振動產生的影響較易被忽略，但是隨著電梯運行速度的不斷提升，滾動導靴具有的作用應當引起重視，導軌制造及安裝過程中的誤差，導軌彎曲變形等情況的存在，都會導致電梯轎廂受到相應的激勵。因此，本文在對水平振動特性進行研究時，重點考慮了滾動導靴可能帶來的影響，通過對導軌及滾動導靴之間所產生相互作用加以分析的方式，得出了相應的徑向物理模型，在對8 自由度的電梯水平振動模型進行建立后，通過模態實驗的方式計算出了高速曳引電梯機械系統在不同階段所對應頻率。

3 高速曳引式電梯振動的控制策略

3.1 被動控制

被動控制措施主要有電梯轎廂支撐彈簧和橡膠參數的優化、電梯導靴支撐彈簧剛度的優化、導輪支撐彈簧剛度的優化等，這些措施可以有效避免轎廂的振動頻率和導軌的振動頻率過于接近導致的共振現象。此外，實驗表明，通過在導軌上安裝摩擦和油液阻尼器來增大整個電梯系統的阻尼系數，可以有效抑制轎廂的振動幅度。被動控制法可靠性較高，維護費用較低，但相對而言控制效果較為有限。

3.2 主動控制

近年來，高速曳引式電梯的振動主動控制技術得到了廣泛關注，與傳統的振動控制方法相比，振動主動控制技術可以根據檢測到的振動信號采取積極的控制措施，主動消除或減少振動現象，保證電梯的安全運行。

高速曳引式電梯的振動主動控制方式有多種，目前常用的有主動/半主動吸振控制、隔振控制、阻振控制、消振控制等。一般而言，振動主動控制系統主要由傳感器、被動懸置裝置、控制裝置及作動器組成。其中，傳感器主要用于將被控制信號傳輸到控制裝置，是整個系統的數據采集和輸入源，在整個振動主動控制系統中，需要控制的參數包括電梯的速度、加速度、位移、壓力及位置等，根據受控參數的不同，需要安裝對應的傳感器；作動器旨在快速為電梯系統提供合適的動態作用力；被動懸置裝置用于在制動器失效情況下支撐發動機運轉；控制裝置是振動主動控制系統的輸出裝置，可直接控制作動器生成的力和位移的大小，以減少振動現象。

4 結語

總而言之，本文以導靴與導軌間的相互作用和曳引鋼絲繩具有的時變特性為依據，對高速曳引電梯在水平以及垂直方向上所對應的振動物理模型進行了建立，并通過仿真分析的方式，在對高速曳引電梯所具有振動特性進行研究的基礎上，進一步討論了系統振動速度、位移等因素的變化規律。