电梯机械系统动态特性研究
电梯机械系统动态特性的建模分析_金卫清
《机械设计与研究 》 1999 No. 3
电梯机械系统动态特性的建模分析
上海交通大学 (上海· 200030) 金卫清 张惠侨 郑延军
摘要 本文对 一台 额定速 度为 2. 5 m / s 的电梯 进行 了 动态分析 , 通过运动弹性动力学方法建立了电梯垂直方 向的 振动模型 。 根据电梯的行程长度确定相应的 运行曲线 , 来计 算轿厢的瞬时位移 , 从而对模型进行了精确求解 。 获得 了垂 直方向振动加速度与加加速度的动态响 应指标 ,为电梯 机械 系统动态性能的优化设计提供了依据 。 关键词 动态分析 振动模型 电 梯机械系统 中国图书资料分类法分类号 TH21
0 引 言
高速 电梯的迅猛 发展对电 梯的动态性 能提出 了越来 越 高的要求 。为了提高乘坐舒适性 、 尽可能地减少振动及噪声 , 世界上一些有实力的电梯公司 (如美国奥的斯 、 瑞典蒂森等 ) 都已在电磁动态性能的分析与研究上有 相当的投入 。
1 电梯机械系统的动力学模型
本文对 一台额定速度 2. 5m /s, 额定载重 量 104 N 的电 磁 进行分析研究 。 电梯机械传动系统如图 1所示 。 电梯机械传动系 统 主 要 由 曳 引 电 机、 减 速 传 动 部 分、 曳 引 轮、 导 向 轮、 张 紧 轮、 轿 厢、 荷 重、 曳 引 绳、 张 紧绳等 组成 。 在 建 立电梯 垂直方 向振 动 模 型 时 ,通 常 将 曳 引 机系 统 当 作一 个 整 体 ,把 电 动 机 转 子 转 动惯 量 、 曳引轮 、 导 向 轮及减 速传动 部分 的 转动惯 量向曳 引轮 折
( 6)
图 3 加速度曲线的不同形式
机械控制系统中的动态特性分析与优化
机械控制系统中的动态特性分析与优化机械控制系统是现代工业中的重要组成部分，其性能优化对于提高生产效率和降低能量消耗至关重要。
动态特性是机械控制系统中一个重要的指标，它反映了系统的响应速度、稳定性和抗干扰能力等方面的特点。
本文将从理论分析和实践经验两个方面探讨机械控制系统的动态特性分析与优化。
一、理论分析1.1 控制系统的数学模型机械控制系统可以通过数学模型来描述。
在控制系统中，通常使用微分方程、差分方程或状态空间方程等数学方法建立系统模型。
这些模型可以用来分析系统的动态特性。
1.2 系统的传递函数传递函数是描述控制系统输入输出之间关系的重要工具。
它是系统输入输出的比值，可以通过拉普拉斯变换或者离散化方法得到。
传递函数可以分析系统的频率响应特性，从而了解系统的动态特性。
1.3 稳定性分析稳定性是控制系统的重要性能指标之一。
稳定的系统意味着系统的输出会在有限时间内收敛到期望值。
通过稳定性分析，可以确定系统的稳定区域和边界，以便选择合适的控制策略。
二、实践经验2.1 系统参数的调节机械控制系统的动态特性与系统参数之间存在着密切的关系。
通过调节系统参数，可以改变系统的响应速度和稳定性。
常见的参数调节方法包括增益调节、积分时间调节和微分时间调节等。
2.2 控制器的设计控制器是机械控制系统中的重要组成部分。
合理的控制器设计可以改善系统的动态特性。
常见的控制器设计方法包括比例控制、积分控制和微分控制等。
同时，现代控制理论中还出现了诸如模糊控制和自适应控制等新的控制策略，它们可以更好地适应复杂的机械控制系统。
2.3 信号处理技术的应用信号处理技术可以对机械控制系统的输入输出信号进行分析和处理，从而改善系统的动态特性。
常见的信号处理方法包括滤波、降噪和波形整形等。
通过对输入信号的处理，可以降低系统的噪声干扰，提高系统的精度和稳定性。
三、动态特性的优化策略3.1 性能指标的设定机械控制系统中的动态特性优化必须有明确的目标。
电梯系统垂直振动动态特性研究
随着高层超高层建筑的涌现 , 电梯不断向高扬程 、 高速方向发展 ,电梯振动问题越来越突出 [1 ] , 电梯的振 动 ( 特别是在高速状态时) 会对乘坐舒适度产生很大影响 , 是制约电梯向高速发展的瓶颈 [ 2 ] 。电梯系统的振 动是由多种因素造成的 ,主要可分为机械系统和电气系统振动两方面 。机械系统振动 , 主要是由于曳引机和 导向装置的机械零部件质量未达到标准或安装调整过程中各部件配合不当造成的 ;电气系统振动 ,主要是由 于控制和调节问题造成的 [3 ] 。文献 [4 ] 把曳引机的旋转失衡作为激励力 , 认为曳引轮在电机转子旋转失衡的 影响下作简谐振动 ,在此基础上求得激励力的作用下轿厢的振动加速度 。文献 [5 ] 认为电梯必须通过一个加 速起动和制动减速过程进入平稳运行阶段或静止停靠 ,并把由此产生的刚体运动惯性力作为振源 ,计算仿真 了电梯系统在刚体惯性力的作用下所产生的振动加速度 。 上述文献分别研究了在某一种振源的作用下电梯系统所产生的垂直振动加速度 , 而实际上两种振源都 是引起电梯垂直振动的主要原因 ,都会使电梯产生较大的振动加速度 , 在两种振源共同存在的情况下 , 振动 会更为剧烈 。本文以某厂生产的 T K J 1000/ 11 62J X 型号电梯为例 , 分别求得电梯系统在曳引机的旋转失衡 及起制动过程产生的刚体惯性力的作用下产生的振动加速度 , 研究了两种振源各自作用下的振动情况 ,并计
曳引式电梯机械系统垂直振动动态特性分析
•
（ ４）
式中 A( t ) =
0 ， B = M −Á ， Ｉ 表示单位阵 。 − M K (t ) − M C 0 I
−Á −Á
运用定步长龙格—库塔法可求得每个时间区间段内的振动
响应 ， 在电梯全程运行的每个时间段内都用相同的方法进行计 算可以得到电梯振动方程的解。电梯舒适性主要表现在电梯轿
d ∂T ∂T ∂U ∂D ( )− + + = FÁ dt ∂ xÁ ∂xÁ ∂xÁ ∂xÁ
Á
式 中 ： Ｔ—系 统 的 动 能 ； Ｕ—系 统 的 势 能 ； Ｄ—系 统 的 逸 散 势 能 ；
Ｔｉ—系统的外部激振力。经过简化可以得到 ： ! ＋［Ｃ］Ｘ " ＋［Ｋ］Ｘ＝［Ｆ］ ［Ｍ］Ｘ ［Ｆ］表示激励阵。
ｃａｒｒｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ ｄｉｖｉｄｉｎｇ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｖａｒｙｉｎｇ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｉｍｅ ｉｎｖａｒｉａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ， ａｎｄ ｏｂｔａｉｎｓ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｕｎｌｏａｄ ａｎｄ ｕｐｗａｒｄ ｏｆ ｗｏｒｋ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｇｅｔｓ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｃａｂｉｎ ａｒｅ ｂｉｇｇｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｓｔａｒｔ－ ｕｐ ａｎｄ ｂｒａｋｅ． Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｅｌｅｖａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ； Ｖｉｂｒ ａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ； Ｔｈｅ ｒ ｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ａｃｃｅｌｅｒ ａｔｅｄ ｓｐｅｅｄ
电梯机械系统动态特性的灵敏度分析
ｘ＆ ｌ
刚度／ ｍ Ｎ・
ｋ ， ２ｋ ， ｓｋ。 １ ｋ ， ３ ｋ ，
第二阶固有频率的参数灵敏度值较大的相关参数是
ｋｌｋ ， ３ ｋ ， ， ２ｋ ， ５ｋ。
第三阶固有频率的参数灵敏度值较大的相关参数是 运用广义特征值法可以求出电梯的固有频率 ， 如表 ２
所示 。
ｋｌｋ ， ｋ ， ５ ｋ 。 ， ２ ｋ ， ４ ｋ ， ｓ
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国 研 舞 究讨
和 张 紧 轮 的转 角 、 ， 可用 向量 表 示为 ： 根 据 拉 格 朗 日第 二 前 提基 础 。电梯 结构 参数 灵 敏度定 义 为： 电梯参 数 的变化
１ ３．６ ２ ８ １ ６ ．８ ２ ７ ６ ．２ ２２４
３ 电梯 参数 灵敏 度分析 在 电梯 的工 程减振 问题 中， 如果 曳引 电动机 的转动 频
第 六 阶 固有频 率 的参 数灵 敏 度值 较 大 的相关 参数 是
ｋｌｋ ， ， ， ２ｋ ｋ 。
率与电梯系统的某一阶固有频率一致或接近的话 ， 电梯将 会发生共振现象， 因此， 研究 电梯的结构参数对 固有频率 的灵敏度是改变固有频率以避开曳引电动机旋转频率 的
引起电梯振动的固有频率的变化， 参数在某一定值附近的 的比值称为灵敏度 。在工程实践中， 可以假设参数与频率
Ｘ Ｅｌ ２ ３ ４ ５ ， ］ ＝ｘ， ， ， ， ， ２ 小范围内变化时， ｌ Ｔ 固有频率变化的大小与参数变化的大小 类 方 程 推 导 系统 的振 动 都 是 连 续可 微 的 ，因此灵 敏 度就 可 以用偏 导 数 来 表 微 分 方 程 组 ，系统 的振 示， 其中 为电梯振动的固有频率 ，为电梯参数。 Ｓ 动 方程 可通 过 动能 、 位 因为 刚度 系数 在 小 范 围内变 化 ，可假 设 质量 矩 阵 与 能 （ 能 ） 能 量散 失 函 势 、 刚度矩 阵的变 化不 大 ， 而特 征 向量 可认 为近似 不变 。 从 数 Ｄ来 表示 。即 ： 如果 设 为该 定 点 处对 应 的系统 矩 阵 在 ｉ 阶固 有
机械设备的动态力学特性研究与分析
机械设备的动态力学特性研究与分析引言：机械设备的动态力学特性是评估其工作性能和可靠性的关键因素之一。
通过对机械设备的动态力学特性进行研究和分析，可以帮助我们优化设计、改进产品，从而提高机械设备的工作效率和使用寿命。
一、动态力学特性的概念与意义动态力学特性是指机械设备在工作过程中受到的外部力和自身结构的影响下，所表现出的力学特性。
它包括了振动频率、振幅、位移、速度、加速度等方面的参数。
了解和分析机械设备的动态力学特性可以帮助我们更好地理解其工作原理和运行状态，从而为优化设计和故障排除提供依据。
二、动态力学特性的研究方法1. 数学建模方法数学建模方法是研究机械设备动态力学特性的一种常用方法。
通过建立数学模型，可以模拟和预测机械设备在不同工作条件下的动态响应。
以某型号汽车发动机为例，可以建立数学模型来研究其在不同转速下的振动特性，并通过仿真和实验验证来评估性能和确定优化方案。
2. 实验测量方法实验测量方法是研究机械设备动态力学特性的重要手段之一。
通过采集机械设备在工作过程中的振动信号和力信号，可以对其动态力学特性进行分析和评估。
例如，对于一台工业风机，可以使用振动传感器和力传感器来监测其振动和受力情况，通过信号处理和数据分析来研究其动态力学特性。
三、动态力学特性的影响因素机械设备的动态力学特性受到多种因素的影响，下面将介绍其中几个重要的方面。
1. 结构特性机械设备的结构特性直接影响其动态力学特性。
结构的刚度、质量分布、支撑方式等都会对机械设备的振动和动态响应产生影响。
针对不同结构特点，可以通过优化设计和结构改进来提高机械设备的动态力学性能。
2. 外部力外部力对机械设备的动态力学特性有较大的影响。
例如，环境温度、湿度、电磁场等外部因素都会导致机械设备的振动和变形，从而影响其工作性能。
因此，合理控制和补偿外部力对机械设备的影响是提高其动态力学性能的重要手段。
3. 工作条件机械设备在不同工作条件下其动态力学特性可能会发生变化。
机械系统动态特性研究
机械系统动态特性研究一、引言机械系统动态特性研究是现代工程领域的关键课题之一。
随着科技的不断进步，人们对机械系统的性能要求也越来越高。
了解机械系统的动态特性可以帮助我们更好地设计、改进和控制这些系统，以提高其工作效率、可靠性和安全性。
本文将探讨机械系统动态特性研究的重要性、方法和应用。
二、机械系统动态特性的重要性机械系统的动态特性是指系统在受到外界干扰或作用力时，其响应的规律和特点。
了解机械系统的动态特性对于以下几个方面具有重要意义：1. 设计优化：通过研究机械系统的动态特性，我们可以了解系统的振动频率、幅值和模态形式。
这有助于我们在设计阶段中进行结构优化，以减少振动造成的能量损耗及机械疲劳，提高系统的稳定性和耐久性。
2. 故障诊断：机械系统的动态特性可以用作故障诊断的依据。
通过监测系统的振动响应，我们可以判断出是否存在故障，以及故障的类型和程度。
这对维护人员来说是非常有价值的信息，可以帮助他们及时采取正确的措施进行维修和保养。
3. 控制系统设计：了解机械系统的动态特性可以帮助我们设计和优化控制系统。
通过合理选择控制器的参数和设计控制策略，我们可以提高机械系统的响应速度和稳定性，使其更好地实现预期的工作目标。
三、机械系统动态特性研究的方法机械系统动态特性的研究方法可以分为实验方法和数值模拟方法。
1. 实验方法实验方法是通过实际测量机械系统的振动响应来研究其动态特性。
常见的实验方法包括：（1）模态分析：通过在不同频率下激励系统，观察和测量系统的振动响应，以确定系统的固有频率、模态形式和阻尼比。
（2）频域分析：通过将振动信号转换为频谱图，分析系统在不同频率下的响应特性，如振幅、相位和频率响应等。
（3）时域分析：利用加速度传感器等测量手段，记录系统的振动响应信号，并分析其幅值、周期性和波形特征，以了解系统的动态行为。
2. 数值模拟方法数值模拟方法是借助计算机数值模拟软件，将机械系统的运动方程转化为数学模型，并通过求解这个模型来研究系统的动态特性。
机械系统的动态特性分析
机械系统的动态特性分析在现代工业领域，机械系统的性能和可靠性对于生产效率、产品质量以及设备的使用寿命都有着至关重要的影响。
而对机械系统动态特性的深入分析，是优化设计、故障诊断和性能提升的关键环节。
机械系统的动态特性，简单来说，就是指系统在受到外部激励或内部变化时的响应特性。
这包括系统的振动、噪声、稳定性、精度等方面。
要全面理解和分析这些特性，我们首先需要了解机械系统的组成要素。
一个典型的机械系统通常由动力源、传动装置、执行机构以及支撑结构等部分构成。
动力源为系统提供能量，常见的如电动机、内燃机等；传动装置负责将动力传递给执行机构，如齿轮传动、带传动等；执行机构则完成具体的工作任务，比如切削加工、物料搬运等；支撑结构则为整个系统提供稳定的支撑和定位。
在机械系统运行过程中，各种因素都会影响其动态特性。
例如，零部件的质量分布不均会导致惯性力的变化，从而引发振动；传动部件之间的间隙和摩擦会影响传动精度和稳定性；而外部的载荷变化、冲击和振动等也会对系统的性能产生显著影响。
为了分析机械系统的动态特性，我们通常会采用多种方法和技术。
理论分析是其中的重要手段之一。
通过建立数学模型，运用力学、动力学和控制理论等知识，可以对系统的动态行为进行预测和分析。
比如，对于简单的单自由度振动系统，可以利用牛顿第二定律建立运动方程，求解得到系统的固有频率、阻尼比等关键参数，从而了解系统的振动特性。
然而，实际的机械系统往往非常复杂，单纯依靠理论分析往往难以准确描述其动态特性。
这时，实验测试就显得尤为重要。
常见的实验测试方法包括振动测试、噪声测试、应力应变测试等。
通过在系统的关键部位安装传感器，采集相关的数据，然后利用信号处理和分析技术，提取出有用的信息，从而评估系统的动态性能。
以振动测试为例，我们可以使用加速度传感器测量系统在运行过程中的振动加速度信号。
通过对这些信号进行频谱分析，可以得到系统的振动频率成分；通过时域分析，可以了解振动的幅值和相位等信息。
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电梯机械系统动态特性研究
虽说看起来电梯机械结构非常的简单，但是电梯安装是一种机电一体化程序，它们之间的契合度非常高，牵一发而动全身，采用的自动化技术也是较为先进的，自动化电路管理也相当复杂。
鉴于此，本文对电梯机械系统动态特性进行了分析探讨，仅供参考。
标签：电梯系统；机械因素；动态特性
一、电梯的介绍
目前，电梯已经广泛的应用在我国城市高层建筑当中，城市中绝大部分的人都乘坐过电梯，对电梯也有一点了解。
但是他们对电梯的了解也仅仅在其功能上，了解程度也在最为基础阶段，对其结构以及分类都一无所知。
电梯的定义一般分为狭义与广义，狭义上的电梯也就是大多数人了解的，是一种生活工具，为人们服务的轿厢升降设备，但是不包含扶梯；广义上的电梯定义是将电梯当作一种运动的物体，也当作一种运输机电设备，将电梯看作是一种具有动力能够沿著固定轨道、路线等运输货物的箱体结构。
电梯的分类具有很多种，根据不同的功能能够将电梯进行具体的细分：按照电梯的运行速度进行划分，可以将电梯分为低速、快速、高速、超高速四种类型，在一些超高层大厦、楼房当中经常采用的是超高速电梯，因为超高速电梯运行速度为4m/s，这样可以减少人们等待电梯的时间，为出行的人节约时间；高速电梯一般应用在中等的写字楼中，因为楼层相对不是太高，为了保证安全，一般会采用速度为2-4m/s的高速电梯；快速电梯就是-人们一般生活的小区当中，这样的电梯一般多为民用，空间大，速度一般维持在1-2m/s，这样的电梯基本上以人员上下班为主；剩下的就是速度在1m/s的低速电梯了，这种电梯运行速度非常慢，主要是以运送货物为主，也是人们口中经常说的货梯。
二、电梯系统的安全技术分析
1.引起电梯系统振动问题的机械因素
1.1曳引机因素
曳引机引起的电梯系统的振动是日常生产中常见的因素，因为曳引机的正常使用就会产生振动，再加上，一旦电梯在使用年份上过长，曳引机的振动就会越来越大，从而导致电梯系统的振动也越来越大，因此，还是需要对曳引机进行定期的维护处理，才能保证电梯的平稳、安全运行。
1.2减速器的密封圈因素
如果电梯减速器的密封圈有损坏，就会对电梯的减速装置造成影响，在电梯运行中，就会让使用者感觉到电梯下降过快，减速慢，站不稳等现象。
而且，不
仅仅是在电梯的振动与稳定性上有问题，还会增大电梯夹层之间摩擦的声音，产生刺耳的噪音，严重影响人民群众对于电梯的日常使用。
1.3电梯轿厢的平衡度因素
静止和运动是电梯的两种状态，由此可知，电梯的平衡度也分为动平衡和静平衡两种，动平衡表现在电梯运动的时候，导轨与导靴相互摩擦会产生振动、不稳定的感觉，静平衡表现在电梯静止的时候，由于电梯轿厢的不平衡，会导致轿厢的受力不均匀，就会出现电梯系统的振动、不稳定现象。
1.4抱闸调节不到位因素
使用者在乘坐电梯的时候经常会出现失重，或者站不稳的现象，这是由于电梯的抱闸调节不到位引起的，虽然，这种现象不会影响人民群众对于电梯的使用，但是，由于我国人民群众对于生活质量的追求，对电梯的舒适度的要求也变得越来越大，因此，这种“不舒服”的感觉还是能免则免。
只要将电梯停止的时间与抱闸时间进行一下协调统一，就会有效的减少这种“不舒服”的感觉。
1.5导轨与导靴的因素
导轨与导靴对于电梯系统振动的影响，主要是在电梯下降的时候，如果表面粗糙程度过大或者导靴的零件缺失，都会引起电梯系统的振动问题，并且，一般出现这种问题的时候，就代表着电梯的导轨或导靴需要更换了，如果更换之后，电梯还是会有振动、不稳定的情况，那就应该是其他机械因素造成的。
1.6钢丝绳的松紧均匀度因素
钢丝绳的松紧均匀程度影响着电梯在运行过程中的受力程度，如果钢丝绳太松、太紧、以及松紧不一，都会影响着电梯运行过程中的受理程度，甚至还会加快钢丝绳的磨损深度，在这种情况下，就会造成电梯系统振动、不稳定等问题。
1.7轿厢架和轿壁的紧固程度
电梯在运行过程中会产生振动，或者不稳定，其主要原因之一就是轿厢架与轿壁的紧固程度不够，那么，在电梯上下移动式，就会产生轿厢架与轿壁分离的危险，位置对不上，因此，就会引起电梯系统的振动问题。
2.电梯综合性能的测试
对于电梯系统安全性能的检测不仅仅是对外部零件的检测，还有内部系统的检测，要对电梯的机械系统和电气系统进行全方面的维修和保养，从电梯系统的综合性能的角度进行检测分析，采用这种方法会使测量结果更加精准，更有利于找到问题所在，并积极解决问题。
3.电梯机械系统的日常保养工作
电梯保养就是指定期对电梯内部进行检查、加油、除尘、调试等工作。
由于电梯是人民群众日常生活的主要出行工具，因此，如果不对电梯的内部装置进行定期的保养，就会严重影响人民群众的日常出行，甚至会给人民群众的人身安全带来极大的威胁。
由于电梯主要是由机械和电气这两部分组成，因此，对于电梯的保养工作也应该从机械与电气两部分着手。
对于机械系统和电气系统都要定期检查，当机械系统出现问题时要及时维修，有损坏时要及时更换，不能为了降低成本就置之不理，对于电力系统也要及时保养，电梯需要油的时候就要及时加油。
需要更换零件时候就及时更换，以防造成更为严重的经济损失。
结语：
综上分析可知，随着我国社会主义经济建设的不断发展，在新形势的影响下，电梯已经形成人们日常生活中的主要交通工具，因此，积极地对于电梯机械系统动态特性研究是非常重要的。
合理地对电梯机械系统进行完善，使人们在出行上更加安全、舒适。