高速电梯振动控制的理论及实验研究
超高速电梯的噪声和振动控制
超高速电梯的噪声和振动控制摘要：本文阐述了超高速电梯噪声和振动控制的重要性，对超高速电梯噪声进行说明，做出超高速电梯振动控制的分析，希望对我国超高速电梯噪声和振动控制的发展有所帮助。
关键词：超高速电梯；噪声；振动控制一、超高速电梯噪声和振动控制的重要性我国国民经济在飞速发展，我国人均土地面积日渐减少，高层建筑兴起逐渐解决这一难题，并且加快了我国电梯技术的发展。
电梯速度基本分为三种，分别是低速、中速、高速，这三种电梯被广泛应用在不同的楼层的大型超市、办公楼等。
高速以及超高速电梯能够满足人们日常生活，并且可以实现高层的消防和运输的实际要求。
科技的不断进步，各个行业的技术人员的整体素质水平逐步得到提高，高层建筑物受到越来越多人的喜爱，电梯成为高层建筑物的主要运载工具，为高层甚至超高层建筑带来极大便利。
超高速电梯对于乘坐人而言需要具有极高的舒适度，本文将对超高速电梯的含义、超高速电梯的噪声和振动控制的意义、产生噪声的原因、振动控制的相关措施进行论述，希望能对超高速电梯的噪声和振动控制有所帮助。
我国高层建筑和超高层建筑物的兴起，超高速电梯逐步成为社会科技产生的必然产物，并且逐步被广泛应用。
超高速电梯在运行中跟高速列车行驶相类似，研究中要关注超高速电梯的噪声，尽量借鉴国内外先进的超高速电梯技术，与成熟的高速列车研究理论相结合，逐步完善其超高速电梯技术水平。
超高速电梯运行时主要特点是其速度快，运行中因速度如果出现问题，就会造成人身财产损失，因此在关注安全性的前提下，要注意电梯舒适感，增强电梯的使用寿命，还需要对超高速电梯的速度进行调整，对减震方式进行优化，同时企业电梯还需要重视电梯噪声和振动控制的研究，进一步加强超高速电梯舒适度。
二、超高速电梯噪声1、空气阻力引发的噪声。
超高速电梯运行中空气阻力会引起风阻噪声，主要是由于电梯在井道进行上下的高速运动时，空气因其运动会产生急剧压缩，井道夹缝和电梯轿厢之间因空气流动性大，流动面积减少，轿厢速度突然增加会产生较大的风阻。
高层高速电梯振动特性分析
高层高速电梯振动特性分析摘要：振动是电梯在运行中经常出现的问题，不仅会影响电梯的使用寿命和功能，同时也对人们的生命安全造成一定威胁，因而电梯的振动问题越来越受到人们的广泛关注。
本文首先阐述了电梯基本结构及工作原理，分析了电梯垂直方向振动特性及控制振动的措施，希望对相关研究领域提供借鉴经验。
关键词：高速电梯；振动特性我国经济的快速发展，促进了建筑行业的发展。
电梯作为高层建筑中的重要设施，对人们的日常生活产生极大影响。
随着电梯应用比例的增加，人们对乘坐电梯的舒适度提出了更高要求。
多种因素都可对电梯的舒适性产生影响，振动是最常见因素，因而需要加强对高层高速电梯振动特性的研究，明确电梯振动的机理，采取有效措施，提高电梯安全系数，减少电梯振动对人们造成的影响。
1.电梯基本结构及工作原理随着电梯在高层建筑中应用频率的增加，电梯的安全问题也越来越受到高度关注，加强电梯运行中的振动特性研究十分重要。
电梯设备依附于建筑物，主要由8个系统和4大空间部分组成，即曳引、导向、轿厢、门、重量平衡、电力拖动、电气控制及安全保护系统和机房、井道与底坑、轿厢及层站部分[1]。
电梯在上下运行时，轿厢与对重是由钢丝绳连接，在曳引电动机的作用下，曳引轮开始转动，由于曳引绳和曳引轮之间的摩擦会产生曳引力，因而使轿厢、对重实现了相对的升降运动。
曳引机、曳引钢丝绳及导向轮等构件构成了电梯的曳引系统，钢丝绳对动力进行传递，进而推动电梯上下运行。
2.电梯垂直方向振动特性2.1电梯垂直震动机理电梯系统较为复杂，在其垂直运动方向上，曳引绳对动力进行传递而产生冲击力，进而施加给轿厢。
曳引机波动、钢丝绳与补偿链发生摆动以及导轨产生不平衡的摩擦，都会使电梯垂直方向受到不同的阻力。
另外，由于钢丝绳具有一定收缩性，某些情况下，会产生简谐震动。
针对那些齿轮形式的电梯，由于齿轮之间产生摩擦，会对齿轮造成磨损，齿轮啮合不稳，最终会导致电梯出现振动。
通常情况下，电梯的轿厢和载荷质量都要超过3吨，而钢丝绳的强度会随着电梯的运行而发生改变，因而电梯振动时主要具有惯性大、参数变化快及低频响应等特点。
高速曳引电梯机械系统振动特性探究
高速曳引电梯机械系统振动特性探究发布时间：2023-01-13T07:00:14.764Z 来源：《中国科技信息》2022年16期第8月作者：滕启超[导读] 本文将以曳引钢丝绳的时变特性作为研究依据，通过建立物理模型，分析高速曳引电梯机械系统的振动特性，滕启超青岛市知识产权保护中心山东省青岛市 266000摘要：本文将以曳引钢丝绳的时变特性作为研究依据，通过建立物理模型，分析高速曳引电梯机械系统的振动特性，并利用仿真分析来论证相关论点，以此为电梯设计提供施工依据，确保电梯机械系统的稳定运行以及高效运用。
关键词：高速曳引电梯；导靴弹簧；机械系统引言：我国的高层建筑数量较多，若想帮助居民提高出行效率，需要采用高速曳引电梯。
但随着电梯行程数的提升及速度不断增长，导致电梯振动状况越来越明显，不仅影响了居民的乘坐舒适性，容易引发安全事故。
为此，笔者将针对高速曳引电梯的振动特性进行深入研究，以此保证电梯的系统结构设计合理，确保电梯的运行安全。
一、高速曳引电梯机械系统研究高速曳引电梯机械系统主要依靠电动机带动拽轮工作，利用曳引钢丝绳完成电梯厢的牵引。
当系统运转速度变化较为明显时，减速器便会完成电梯的拽引，进而转动拽引轮，使电梯受到拽引轮以及钢丝绳的牵引力作用，完成升降活动。
因此在电梯机械系统中，拽引系统是主要驱动部分，能够决定电梯是否保持可靠运行。
为此，在系统设计过程中，需要确保拽引轮上的钢丝绳始终维持临界平衡状态，且对重侧的钢丝绳与轿厢钢丝绳之间的拉力需要满足以下关系：T1/T2=efa其中，T1代表轿厢钢丝绳拉力，而T2代表对重侧钢丝绳拉力，至于e则表示自然对数，而a表示钢丝绳与拽引轮的接触弧中心角，f表示二者的当量摩擦系数。
因此可以结合上述公式得出以下结论，即电梯的拽引系数越大，则电梯拥有的负载能力越高。
二、高速曳引电梯机械系统振动特性分析（一）水平振动特性若电梯本身的额定速度较低，则系统水平方向的振动几乎可以忽略不计。
高速曳引式电梯振动主动控制技术研究
高速曳引式电梯振动主动控制技术研究摘要：高速曳引式电梯已经逐渐成为了我国高层建筑中普遍使用的梯型，在评价电梯品质的过程中其舒适性、功能性和安全性是其中最主要的指标。
其中电梯振动是影响电梯性能的重要因素。
特别是随着电梯速度的不断增加，电梯在运行的过程中的机械振动也会得到相应的增加，这种情况不仅影响了电梯的安全和寿命，而且也会使电梯的曳引系统产生额外的荷载。
因此为了保证电梯的安全和性能，应当加强对电梯振动的控制研究。
关键词:高速曳引式电梯;电梯振动;主动控制技术研究1、振动的主动控制技术的发展1.1永磁同步曳引机永磁同步曳引机的定子绕组采用永磁材料产生励磁磁场，它不需要励磁电流，转子中无励磁损耗。
永磁同步曳引机装有转子永磁体磁极位置检测器，用来检测磁极位置，以此对电枢电流进行控制，达到伺服控制。
现在应用较多的是无齿轮永磁同步曳引机，其结构形式可以分为径向磁场结构和轴向磁场结构。
径向磁场结构按定子和转子的相对位置不同，又可分为内转子结构和外转子结构。
轴向磁场结构又称盘式结构，不同结构形式的曳引机应有和场合不同，其磁场分布形式也不同。
内转子式永磁同步曳引机的永磁体嵌装在转子铁中，外转子永磁同步电动机的永磁体贴装在转子的内表面。
内转子结构承载能力强，适于大载重量、高速电梯，一般多用于高层住宅和办公楼，外转子结构轴向尺寸相对较小，可用于小机房或无机房电梯应用场合，但其载重量受到限制。
盘式结构曳引机轴向尺寸更小，可直接安装于电梯井道中，最适于无机房电梯使用。
1.2直线电机技术直线驱动就是直线电动机直接驱动。
直线电动机直接驱动系统是近15年发展起来的一种新型进给传动方式。
直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能、而不需要任何中间转换机构的传动装置，具有起动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高、行程长度不受限制等优点。
特别是由于直线电动机无离心力作用，故直线移动速度可以不受限制；而且其加速度非常大，能实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停，因此，直线电机特别适合应用与高速电梯的驱动系统。
高层高速电梯振动特性研究与实验分析 王冲富
高层高速电梯振动特性研究与实验分析王冲富摘要：目前，我国经济快速发展，人口大量向城市集中，城市的高楼和超高楼越来越多。
高速曳引式电梯作为一种快速垂直的运输系统，成为了高层建筑垂直运输的最好选择，同时高速曳引式电梯在使用过程中也出现了不良振动问题。
文章对高层高速电梯振动特性研究与实验进行了研究分析，以供参考。
关键词：电梯；振动特性；实验分析前言随着我国城市化水平越来越高，大量的人口加速向城市集中，这导致了城市土地利用情况越来越紧张，出现了地狭人稠的情况。
在这种背景下，城市的高层建筑越来越多，并且建筑楼层也越来越高。
楼梯，这种低楼层的装置，已经不能满足当今城市的要求。
电梯具有占用空间小、提升速度快的特点，使其顺其自然地应用到了城市的高层和超高层建筑物中来。
高速曳引式电梯是目前在城市中应用最多的电梯类型。
1 电梯振动测试实验为了研究高速电梯的动态特性和验证仿真结果，进行电梯振动测试实验，配置了相应的测试系统。
实验的目的是验证所建立的模型和仿真结果的正确有效性。
通过电梯在不同的载荷、电梯运行曲线的改变、电梯安装时某些参数的不同得出的实验数据，分析这几种情况对电梯振动的影响。
1.1 振动测试系统本实验用到的振动测试系统是课题组自主研发的基于是基于labview设计的测试系统，其硬件部分由压电式加速度传感器，带低通滤波功能的电荷放大器，数据采集卡和PC机组成。
（1）加速度传感器压电式传感器的的材料一般采用刚度较大的材料制造。
它的原理基于压电效应，采用弹簧一质量模型。
优点是频带宽、灵敏度高。
压电式传感器主要由弹賛、质量块、压电元件组成。
压电元件由两片压电片组成，在每个压电片的表面上渡一层薄薄的银，形成金属膜，输入端和输出端都是这个压电片上引出，在这两个压电片中间还夹着一个金属块，每一个压电片就是一个极性，其中的一个极性直接和传感器的基座相连。
压电片中间的那个质量块，当发生振动的时候，外界通过弹簧对质量块施加载荷，从而产生压力，质量块内部就产生了电极化现象，质量块的表面电荷分布在压电片上，并且电荷是相反的。
高速曳引电梯机械系统振动特性研究
高速曳引电梯机械系统振动特性研究摘要：随着社会经济的不断发展，建筑水平的不断提高，各类的民用及商用建筑中普遍实现电梯的安装。
人们对电梯运作过程的可靠性与适用度提出了更高的要求。
在整个电梯工程运作过程中，相关参数要求众多，每个方向上的振动变化需要按照行业规范进行。
本文以高速曳引电梯机械系统为研究目标，针对电梯工作开展过程中各个方向上的震动变化，为提高电梯机械运作的安全和乘坐体验建立相关模型进行研究，结合实际情况进行分析，得到特性分析结果。
关键词：高速曳引；电梯机械系统；振动特性；探究引言：随着城市高层建筑的不断增多，人们对于建筑的相关设施提出更高的要求。
因此，电梯的使用与安装也更为普遍。
作为上下楼层的重要方式，高速曳引电梯逐步应用，并淘汰传统电梯，使人们的日常使用更为方便。
但随着电梯上下行速度的提高，在提高运作效率的同时，对电梯乘坐人员的安全和体验产生影响。
这就要求相关研究人员在高速曳引电梯的上下行速度、安全以及乘坐体验三者协调中达到平衡。
针对电梯运作时的振动问题，进行细致分析得到变化特征，找到高速曳引电梯运作的平衡点。
一、电梯机器系统运作横向振动分析在电梯运作的过程中，假若电梯保持稳定速度缓慢上升，便在实验过程中可以认定横向方向上的振动变化可以忽略，不影响实验结果。
但随着电梯上下行速度的不断提升，电梯的安全与乘坐体验将会受到横向振动的更多的影响,同低速状态下的相比具有较大的变化,其中横向振动方面电梯轿厢的影响更为严重。
由于当前的技术水平和安装条件的限制，高速曳引电梯的横向振动的研究通常忽略了轿厢底部与侧边的橡胶减振的积极作用,从而在实验过程中导致轿厢相关参数的不精确，将不完整的部分进行实验测试，导致了横向振动的增大。
而在实际施工过程中，在轿厢底部与侧边进行橡胶安装是常用的进行降低横向振动的手段。
因此在建立相关物理模型时因如图一所示，在此模型中对于轿厢的两侧加上了橡胶减震装置，对于上下行过程中的横向振动进行消减，再次进行实验数据发现横向振动相关参数明显发生变化。
高速电梯机械振动的时域最优主动控制
高速电梯机械振动的时域最优主动控制摘要：文章从高速电梯机械振动时域最优主动控制力设计、时域最优主动控制力布置方案设计两方面进行了详细的研究，并对设计结果进行了仔细分析。
通过本文对高速电梯机械振动时域最优主动控制的研究，旨在为电梯在高速运行的同时，其安全能够得到可靠的保障，其机械振动得到有效的控制。
关键词：高速电梯；机械振动；时域最优；主动控制前言随着科学技术的不断进步，电梯建设在速度上有了很大的提升，而为了在电梯速度得到提升的同时，其运行安全性也能够得到有效的提升，就必须对其机械振动时域最优主动控制进行深入探究，对其主动控制力及其布置方案进行科学合理的设计，以减少电梯运行给人们带来的安全隐患。
1高速电梯机械振动时域最优主动控制力的设计实际上，对于一般性能指标进行最优主动控制是非常复杂繁琐的，很难用简单的解析形式描述出来，而具有二次性能指标的线性系统最优主动控制则可以用解析式清楚的表述出，且计算过程较为简单。
该线性系统是当前控制理论中最为成熟与重要的部分，对与控制理论相关内容的研究与解析具有重要的指导作用。
所谓最优主动控制，就是在同时考虑控制与响应两者之间相互矛盾要求的基础上，使控制器性能指标达到最优化设计的一种控制过程[1]。
高速电梯机械振动的时域最优主动控制设计是以时间特定函数满足一定要求为前提基础，在状态空间中来进行的，这就需要建立系统状态空间模型。
状态空间模型设计方法对具有多输入、输出关系的时域控制器设计尤为适用。
通过对一般时变系统的考虑，假设系统状态空间模型为X(t)= A(t)X(t)+ B(t)U(t)+ d(t)X(t0)= X0Y(t)= C(t)X(t)其中，Y为输出列向量，即受控响应，它是状态的某种线性组合，如速度、加速度、位移等，U为控制力矩阵，即最优主动控制，d为确定性外扰列阵。
将相应维数权矩阵取值、预留稳态响应列阵取值、期望瞬态响应列阵取值、控制起始时间和终止时间共同带入到目标函数当中，求出目标函数的最小解。
浅析超高速电梯的噪声和振动控制
浅析超高速电梯的噪声和振动控制摘要：随着我国社会经济的快速发展，我国各大城市的现代化建设进程也在不断加快。
特别是随着高层建筑数量的增加，超高速电梯也得到了较好的应用。
但是超高速电梯在使用过程中，也容易发出噪音和振动，必须要在后续的发展中进行针对性的控制。
本文首先阐述了超高速电梯噪音与振动控制的重要意义，接着分析了超高速电梯噪音的主要来源，并结合这些来源探讨了对应的控制策略，最后还分析了超高速电梯振动的控制方法，给我国超高速电梯的建设与运营管理带来了一定的参考与借鉴。
关键词：超高速电梯；噪音来源；振动控制在当前我国电梯行业领域中，通常都将运行速度大于5m/s的电梯称之为超高速电梯。
而随着我国电梯行业技术的不断发展，以及超高层建筑项目的增加，使得超高速电梯也得到了较好的应用。
在一些楼层非常高的建筑项目中，只有超高速电梯才能够较好的满足楼房消防与各类运输方面的任务，不仅仅给楼房居住民众带来了便捷的出行，同时也能够保证居住人群的安全性。
在这种情况下，就有必要针对超高速电梯进行全方位的研究与分析，同时做好电梯噪音和振动的有效控制工作。
1 超高速电梯噪音与振动控制的重要意义在当前我国高层建筑不断增多的背景下，超高速电梯的使用也变得越来越广泛。
而在超高速电梯运行过程中，噪音与振动的控制是非常重要的，这里也进行综合的阐述。
1.1 超高速电梯运行过程中的噪音和振动会直接影响乘坐电梯人员的具体体验。
当前我国社会民众的生活质量都得到了显著的提高，因此平时他们也非常重视自身的生活品质，对于电梯乘坐体验也有较高的要求，需要相关人员做好电梯噪音与振动的控制。
1.2 超高速电梯在运行过程中出现噪音和振动的情况，也说明了电梯某些构件和部分区域出现了一些问题，虽然该问题不会对电梯正常运作带来太大的阻碍，但长期下去也有可能造成零部件的磨损，并且也会影响整个电梯的寿命。
因此，对于电梯管理人员来说，必须要充分重视噪音和振动的情况与问题，并进行针对性的调整与改善。
高速电梯机械系统振动的分析与计算
高速电梯机械系统振动的分析与计算<em>打开文本图片集近来年，随着城市化地进程的加快和城市人口的不断增长，现代城市中高层建筑物也在逐渐增。
电梯作为高楼的一种重要垂直交通工具，需求量也逐步增长。
同时，人们对电梯的要求也有了更高的要求，在保证其安全稳定的同时，也要求电梯的高速。
高速电梯中的机械系统振动问题是高速电梯的关键，本文就高速电梯机械系统振动进行分析，并探讨其计算公式。
高速电梯；机械系统振动；计算引言随着我国社会经济和科学技术的快速发展，电梯也成为了高层建筑中的重要交通工具。
按照驱动方式的不同，可以将电梯分为螺旋电梯、曳引电梯以及爬轮电梯和液压电梯四种类型。
按照电梯的速度又可以将其分为低速电梯、中速电梯、高速电梯以及超高速电梯四大类。
其中，高速曳引式的电梯具有舒适和安全的特点，并成为了当前国内外高层建筑物中使用最多的一种电梯类型。
为了满足当前人们对电梯快速的要求，很多高层建筑都安装的快速电梯，但随着电梯运行速度的增加，也带来一系列的问题，给电梯系统中的某些安全部件带来了冲击，除此以外，电梯速度的加快，电梯振动时产生的噪音也影响到了乘客的舒适感。
因此，加强对高速电梯机械系统振动的分析与计算具有重要意义。
一、对高速电梯机械系统工作原理的分析就目前来说，按照电梯的使用情况可以将电梯的工作状态分为两种，即电梯升降系统和电梯的维护系统。
在电梯的升降系统中，电梯的运转主要是靠电动机带动曳轮进行工作的，然后在曳引钢绳的牵引下电梯厢和对重分别连接到曳引钢绳的两端，在电动机系统运转变速的过程中，就有电梯的减速器进行曳引，从而带动曳引轮的转动。
电梯轿厢的升降运动和对重都是由曳引钢绳和曳引轮之间相互摩擦产生的牵引力，最终实现电梯的升降。
在电梯的维护系统中，主要针对的就是电梯在升降过程中出现的问题，或者是对电梯系统进行定期检测和维护，该系统主要的作用就是控制好电梯，使电梯在良好的状态下工作，避免维护不当在电力工作中发生安全事故[1]。
超高速电梯的噪声和振动控制
超高速电梯的噪声和振动控制作者：张继坤来源：《科技资讯》2017年第29期摘要：由于社会的不断进步，我国的经济和科技都得到了可持续发展，我国各专业的技术人员的整体水平也相应的提高了很多，其中包括城市规划者。
而大量的高层建筑受到了越来越多的城市规划者的青睐，电梯作为高层建筑的灵魂，为高层甚至超高层带来了极大的便利。
那么，今天笔者以超高速电梯的舒适感为出发点，将针对超高速的含义、超高速电梯的噪声和振动控制的意义、产生噪声的原因、振动控制的相关措施这几方面进行论述超高速电梯的噪声和振动控制。
关键词：超高速电梯舒适感噪声和振动控制中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（b）-0098-02随着我国电梯技术的不断进步，电梯的速度变得相应加快，一般分为低、中、高速电梯。
被广泛的应用到各种楼层当中，包括办公楼、大型超市、卖场等。
高速或者超高速电梯的产生，不但满足了高层和超高层的消防及运输要求，还为人们的日常生活带来了方便。
1 超高速电梯的含义我国对于高速电梯的定义，一般把电梯速度超过5.00m/s叫做高速电梯，可分高、中、低速电梯，电梯技术人员可以根据楼层的需求来调节电梯速度。
对于高速或者超速电梯的制造以及验收，国家并没有特别严格的标准，但是在设计和安装验收时，一定要以电梯相应的验收规范为标准。
对于噪声和振动情况要充分引起重视，毕竟其直接影响着电梯的舒适感。
2 超高速电梯的噪声和振动控制的意义面临着高层建筑和超高层建筑的不断增多，超高速电梯的产生也是社会发展一个必然产物且被广泛的使用，深受人们的喜爱。
超高速电梯在井道中运行就像高速列车经过隧道比较相似，研究人员在研究超高速电梯的气动噪声，都可以借鉴高速列车比较成熟的研究理论。
因为超高速电梯的速度很快，电梯在运行中就难免出现各种各样的问题，尤其是噪声和振动的发生，电梯的舒适感就会受到影响，也直接影响电梯的使用寿命。
另外，由于超高速电梯速度的加快，一些老式的减震方法就受到了限制，这也是影响电梯舒适感的原因之一。
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k6 的选择也须满足强度及隔振性能的要求 , 由于电梯
轿厢负载是变化的 ,橡胶减振器的静刚度设计成分段
其中 Z = ( Yt Yt) t , A =
O6 ×6
I6 ×6 ,B = I,
-K -C
Φ = ( O1×6 Ft) t , I 为 12 ×12 单位矩阵 , t 表示转置 。
m6 的加速度 a6 = [ O1×5 1 ] M - 1/ 2 ( [ - K - C ] Z +
近存在固有频率 ,因而在整机试验过程中 47. 75Hz 的 振动非常明显 ,如图 4 所示 ,其中的实测频率与仪器的
图 6 局部修改前 P 点的时域响应及频谱
图 7 局部修改前 L 点的时域响应及频谱
图 4 实测的时域响应及其频谱 (19. 1Hz 和 47. 75Hz) ,其中 milli (g) 表示 9. 8 ×10 - 3m/ s2
部分 ,分别测试相应的固有频率 , 如图 5 所示 。按线性
理论 , P 点激励 , L 点测量的频响函数 HL P (ω) 可表示
∑ 为 : HL P (ω)
=
N r=1
<L r<Pr
λ2r
Kr 1 - λ2r + jgr
(6)
其中 λr = ω/ ωr ,ωr 为第 r 阶固有频率 , gr 为阻尼比 ,
图 2 软 、硬橡胶减振器对应的幅频响应
2 主要参数对振动传递率的影响[8]
模型中 m1 = 900kg 是不变的 , m5 + m6 = 1300 ～ 2300 kg , m2 = 9. 5 kgm2 为转动惯量 , m3 = 1800kg 是恒 定不变的 , m4 可按设计调整 , 而系统阻尼难以控制 。 因此 ,主要的可调参数就是各环节的刚度系数和可变 的质量 。 2. 1 橡胶减振器的静刚度
图 8 局部修改后 P 点的时域响应及频谱
图 5 轿厢结构的测试示意图 A - 框架 ;B - 厢体
2. 3 m4 和 m5 的影响 m4 的增大将使得图 3 中的第三阶固有频率降低 ,
相应地振动传递率下降 ,而 m5 的增大同轿顶弹簧刚度 减小的影响是一致的 。但 m3 和 m5 的大小是不能随意 改变的 ,只能在非常有限的范围内调整 。
1 系统的理论模型[7]
假设电梯系统的有限自由度模型如图 1 所示 ,其 中共有 6 个自由度 ,分别由平衡对重 、曳引主机 、轿顶 返绳轮及轿厢等纵向及扭转振动组成 。主机及轿厢 的减振元件为橡胶减振器 ,其他弹性元件为弹簧和钢 丝绳 ,而阻尼则来自系统的结构阻尼 、导轨对系统的 摩擦阻尼以及气流阻尼等 。在理论模型的建立中 , 将 摩擦阻尼及气流阻尼用粘性阻尼表示 。分别以 m1 ～ m6 表示曳引主机质量 、曳引轮转动惯量 、平衡对质量 、 轿顶返绳轮质量 、轿厢框架质量及厢体质量 , 以 k1 ～ k6 表示主机减振器的复刚度 、转轴的扭转刚度 、对重 侧钢丝绳与绳端弹簧的等效刚度 、桥厢侧钢丝绳与绳 端弹簧的等效刚度 、轿顶弹簧的刚度及轿底减振器的 复刚度 , C1 ～ C6 为结构阻尼 , C0 为摩擦及气流阻尼 。
静刚度 。令 Y = M1/ 2 X ,由方程 (1) 得到 :
¨Y + CY + KY = F
(2)
其中 C = M - 1/ 2 CM1/ 2 , K = M - 1/ 2 KM1/ 2 , F = M - 1/ 2 F ,
由 (2) 可得系统振动的状态空间表示形式 :
Z = A Z = BΦ
(3)
及其可安装性 。图 3 是采用软 、硬绳头弹簧所对应的振
动传递率 ,显然采用软弹簧对隔离高频振动非常有利 。
但实际情况是采用过软的弹簧将使悬挂系统的跟随性
变差 ,影响电梯的平层准确性 。轿顶弹簧 k6 对主机振 动隔离的作用同绳头弹簧 , 其设计仍须满足强度及刚
度要求 。为抑制弹簧本身的振动 , 增大弹簧的阻尼 , 在 弹簧末端串接橡胶元件可得到良好的效果 。
k4 R
f2 ( t)
- k3 K=
k4
k3 R
- 2 k3
k4 R
- (2 k4 + k5)
k5
f3 ( t) F=
f4( t)
k5
- ( k5 + k6) k6
f5 ( t)
上述矩阵中的其余元素均为 0 , R 为曳引轮半径 。k1 = k1 (1 + ηj ) , k6 = k6 (1 + ηj ) ,η为结构阻尼比 , k1 , k6 为
图 1 垂直振动分析模型
根据上述模型及参数可建立系统的振动方程 :
MX¨+ CX + KX = F
(1)
其中 M , C , K , F 分别为 :
Ξ 收稿日期 :2001 - 01 - 15 第一作者 张志谊 男 ,博士 ,1970 年 11 月生
第 2 期 张志谊等 :高速电梯振动控制的理论及实验研究 6 9
k6
- k6
f6 ( t)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结果 。当 k1 介于两者之间时 , 曲结连续变化 。在 k1 =
1980kgf/ mm 的情况下 ,相对变形量及主机振动的隔离
都得到满足 ,但高频段稍有恶化 。电梯系统的冲击作
用主要集中在低频段 ,因而选择较硬橡胶减振器对隔
离作用于基础的冲击影响较小 。轿底减振器的静刚度
钢丝绳与绳端弹簧串联 ,钢丝绳刚度只能在有限
70 振 动 与 冲 击 2002 年第 21 卷
的范围内变化 ,而绳端弹簧的刚度则容易改变 ,可在大
范围内调整 。按强度及刚度要求设计弹簧 :
d Ε 1. 6
图 3 软 、硬弹簧对应的幅频响应
线性 ,在一定载荷范围内是一定的 。m5 在 525～1525kg 范围内变化 ,当 m5 = 525～1025kg 时取 k6 = 180kgf/ mm ,当 m5 = 1025～1525kg 时取 k6 = 270kgf/ mm。图 2 即是在电梯轿厢空载时的频响函数 ,因而隔振设计是 合理的 。 2. 2 隔振弹簧的刚度
主机减振器的设置是为了缓和主机对基础的冲击 作用及隔离噪声的传播 ,其静刚度 k1 的选择必须同时 满足强度及隔振隔声性能的要求 。主机的稳态激励频 率为 19. 1Hz , 而橡胶减振器在满足静态相对变形 < 15 % 条件下的 k1 > 500 kgf/ mm ,为减小 19. 1Hz 附近频 响函 数 的 幅 值 , 分 别 以 k1 = 600kgf/ mm 及 k1 = 1980kgf/ mm 计算幅频响应 | H( jω) | ,得到图 2 所示的
第 21 卷第 2 期
振 动 与 冲 击 JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK
Vol . 21 No. 2 2002
高速电梯振动控制的理论及实验研究 Ξ
张志谊 华宏星
(上海交通大学振动冲击噪声研究所 ,上海 200030)
摘 要 本文针对电梯振动研究主机振动的隔离 ,通过理论分析确定系统主要参数对振动隔离的影响规律 ,同时
HL P (ω)
≈
<L r<Pr
jgr Kr
(7)
由 (7) 可得到 :
μ
=
| |
HPP (ω) | HL P (ω) |
| =|
<Pr | <Lr |
(8)
通过 μ的大小可判断ωr 与A 和B 的关系 。图 6 及图 7 是
P 点冲击激励所对应的 P 点及 L 点响应频谱 , 而 μ >
1 ,由此可知 47. 75Hz 与 A 有关 。通过调整 A 的刚度 , P
借助实验手段确定系统的固有频率 ,并有针对性地调整系统的固有频率 ,使之避开主机的激励频率 。在理论及实验分析 的基础上对实际电梯系统实施隔振 ,同时采取提高系统旋转部件的平衡精度以及安装质量等其他措施 ,实测结果表明电 梯的垂直振动得到有效抑制 。
关键词 :电梯系统 ,振动隔离 ,频率辨识 中图分类号 :O324 ,TB535
平衡精度以及安装质量等 ,电梯的实测垂直振动水平
Pmaxκα [τ]
(5)
ks
=
Gd4 8 nD3
其中 d 为钢丝直径 , D 为弹簧中径 , G 为材料剪切模
量 , n 为有效圈数 , Pmax 为最大载荷 ,κ及α分别为曲度 系数和弹簧旋绕比 , [τ] 为材料剪切强度许用值 , ks 为
弹簧刚度 。除了考虑 (5) 外 , 还必须保证弹簧的稳定性
3 厢体固有频率的调整[9]
尽管采用多层隔振措施 ,电梯轿厢仍受到主机的 激励作用 。由于减速箱蜗轮蜗杆的啮合作用而产生 47. 75Hz 的激励 。原始设计的轿厢结构在 47. 75Hz 附
图 9 局部修改后实测的时域响应及频谱
分辨率有关 。为避开固有频率 47. 75Hz ,厢体需作局
部改进 。以轿底减振器为界 , 将厢体结构分为 A , B 两
点冲击激励所对应的 P 点响应频谱如图 8 所示 , 47.
75Hz 下降到 45. 5Hz ,图 9 则是局部刚度调整后的测试
结果 ,可以看到 47. 75Hz 振动已经消失 。
4 实验研究
根据理论及实验分析的结果 ,合理选配橡胶减振
器的刚度 、弹簧刚度 、轿厢及绳轮的质量 ,修改厢体结
构的局部参数以改变固有频率 ,同时提高旋转部件的
F) , 令 E = [ O1×5 - 1 ] M - 1/ 2 [ K C ] ,由 f 1 ( t) 到 a6
的传递函数为 :
H ( s) = E ( sI12×12 - A) - 1 [ O1×6 1/ m1 O1 ×5 ] t
(4) 由 (4) 可计算频率响应 ,进一步可得到系统参数对振动 传递率的影响规律 。