高速电梯振动模型的建立与研究

陈 杰 楼国樑

上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062

正文：

引言

当前，随着电梯应用的逐渐广泛，其运行速度也越来越高，而随之，人们对电梯运行的稳定性也提出了更高的要求。而很多高度电梯在实际使用的时候，都存在着严重的振动问题，给人们乘坐电梯的舒适性带来了极大的影响，而导致高速电梯振动的主要原因之一，就是曳引机旋转失衡。

1 研究高速电梯振动的方法和意义

高速电梯振动响应是直接影响着电梯乘坐舒适性的，所以，振动响应是评价电梯整体舒适性的一个主要指标。高速电梯在运行过程中所产生的振动主要分为两种类型，一种为纵向振动，另一种为水平振动，不管是哪一种振动，都会给电梯的正常运行带来极大的影响。通过测定发现，电梯的振动形式为纵向振动，因此，需要对纵向振动模型进行建立与研究，分析出振动原因，并采取相应的解决措施。当前，我国常用的建模方式主要有以下两种：一种是集中参数离散建模方法，另一种是分布参数连续建模方法。

2 电梯导轨对各导靴的作用力分析

高速电梯系统是一种复杂性较高的多体运动系统，图1为高度电梯系统的结构图。导致高速电梯轿厢出现水平振动的原因有很多，其中主要原因就是导向系统设置不合理。

图1 高速电梯结构图

高速电梯的导向系统主要由导靴以及导轨等两个部分组成，通常情况下，导靴都是安装在导轨支架的两边。据相关研究与分析发现，高速电梯水平振动幅度的大小一般都是由电梯运行速度决定的，同时，高速电梯在实际运行的时候，导轨出现激励状态，也是导致电梯轿厢出现水平振动的一个主要原因。

图2 高速电梯导轨和导靴的接触模型

在开展高速电梯水平振动问题仿真模拟时，通常都需要在电梯轿厢上添加短脉冲、三角以及阶跃等激励，这样能够有效保障仿真模拟的准确性，不过，在实际应用的时候，仍然存在着诸多问题。本文主要对当前高速电梯运行过程中常见的水平振动问题进行仿真建模，在模型建立过程中，充分考虑电梯系统的导靴、导轨等各种影响因素，并充分融入导轨激励，有效防止了各种激励对电梯水平振动模型建立效果的影响，确保了电梯轿厢水平振动模型建立的完善性。由于很多高速电梯都是采用的滚动式导靴，所以，高速电梯在实际运行过程中，导轨雨导靴本身在接触时会产生 Herta 接触力。通过三维接触滚动理论可以得知，电梯导轨与导靴接触位置的位移值是与受力方向相关的，所以，应建立起导轨、导靴接触模型，由图2可以看出，高速电梯导靴受力方向为z方向。

3 高速电梯水平振动主动电气控制设计

通过对高速电梯导靴以及导轨接触模型的建立，基于液压作动器，设计了相应的电梯主动导靴，然后对其进行模拟控制，从而以主动电气控制方式来降低电梯的水平振动幅度，使电梯运行的安全性得到有效提高。

4 振动仿真与分析

高速电梯提升系统整体结构具有着很高的复杂性，所以，ADAMS的模型建立难度比较大，在模型建立过程中，为了保证模型建立效果，可以先在产品开发系统（NX）中将所有的零部件模型建立好，然后在将建立好的零部件模型传输到ADAMS中进行组装完善。由于钢丝绳是一种柔性体，所以，不能直接对其进行模型建立，可以采用离散方式来对钢丝绳进行独立模型建立，在ADAMS中分别输入钢丝绳系统的各项参数，然后形成钢丝绳索以及滑轮模型。绳索模型主要有两种形式，一种是简化模型，另一种是离散模型，简化模型在建立过程中，无法引入绳索的质量以及摩擦力，很难准确的模拟出绳索系统的振动情况，因此，应采用离散模型方式来进行仿真模拟，确保振动仿真的准确性及可靠性。

考虑高速电梯提升系统曳引钢丝绳变长度的时变特性，充分利用Hamilton原理来对高速电梯提升系统纵向振动的参数进行计算，从而找出相应的离散化数值计算方式。通过对ADAMS模型仿真结果的分析与比对可以得出以下三个结论：

（1）高速电梯在实际运行过程中，提升越接近顶端，纵向振动的幅度也就越大。

（2）高速电梯在满载状态下，振动幅度较小，而在空载状态下，振动幅度则较大。

（3）通过对比可以看出，振动微方程计算结果与ADAMS仿真模拟的结果并没有太大的差异，这说明高速电梯振动模型的建立是具有较高的可靠性的，通过对振动模型的研究与分析，可以为减振设计提供准确的设计依据。

5 结语：

轿厢的振动响应直接影响到电梯高速运转状况，本文通过对高速电梯振动模型的建立与研究分析，探索减小振动的方法，使电梯既能满足高速运转，又能实现人们对乘坐电梯的舒适度的要求。