高速曳引电梯机械系统振动特性研究

张建义，康诚

（1.杭州奥弗德机电科技有限公司；2.杭州西奥电梯有限公司，浙江 杭州 311100）

当今高层建筑的数量与过去相比明显增加，作为能够提升高层建筑利用效率的技术之一，高速曳引电梯得到了广泛应用，并为人们的日常生活带来了便利。但是随着行程以及速度的提高，电梯振动情况加剧，这给电梯乘坐的安全性与舒适性带来了无法被忽视的影响，因此，对高速曳引电梯所具有的振动特性加以研究，成为了现阶段有关人员的主要工作之一，本文所研究内容具有一定的现实意义。

1 高速曳引电梯机械系统的水平振动特性分析

如果电梯额定速度相对较低，那么发生在系统水平方向上的振动可以忽略不计，但随着电梯额定速度不断提升，高速曳引电梯所具有的安全性和舒适性，受水平方向振动的影响也变得越发明显。研究结果表明，与低速电梯振动加速度所对应峰值相比，高速电梯的峰值往往会高出数倍。与垂直振动随轿厢所处位置及载荷更改而变化不同的是，水平振动发生变化的部分仅仅包括轿厢载荷。另外，由于引起水平振动的原因主要是系统时变刚度和随机偏差，因此，谐波性并不明显。

现阶段针对高速曳引电梯机械体统的水平振动特性所进行的研究工作，受技术条件以及经济条件制约，往往忽视了存在于轿厢侧面和轿底的减振橡胶具有的作用，从而将包括轿架质量在内的参数与轿厢进行直接叠加，也就是说将轿架和轿厢视为一个整体。在对高速曳引电梯进行实际使用的过程中，为了在最大程度上对轿架向轿厢进行传递的水平振动进行降低，施工人员往往会选择将大量减振橡胶安装在轿厢侧面和轿底，正是由于这部分减振橡胶的存在，导致轿厢质心并不与轿厢架质心处于相同位置，因此，在对系统水平振动所对应物理模型进行建立的过程中，应当对质心偏移的情况加以考虑，本文所建立振动水平方向物理模型具体如图1所示。该物理模型在轿架上对轿厢进行了安装，并通过在轿厢侧面和轿底对减振橡胶进行安装的方式，在很大程度上对轿架所传递振动进行了减弱，而将导靴安装在轿架上，通过将其与导轨进行滚动接触的方式，完成井道中电梯的升降运动时，导靴弹簧和导轨在接触过程中所产生预压缩量，具有明显的减振效果。

图1 高速曳引电梯在水平方向上的物理模型

虽然导靴质量较小，在电梯运行过程中对水平振动产生的影响较易被忽略，但是随着电梯运行速度的不断提升，滚动导靴具有的作用应当引起重视，导轨制造及安装过程中的误差，导轨弯曲变形等情况的存在，都会导致电梯轿厢受到相应的激励。因此，本文在对水平振动特性进行研究时，重点考虑了滚动导靴可能带来的影响，通过对导轨及滚动导靴之间所产生相互作用加以分析的方式，得出了相应的径向物理模型，在对8自由度的电梯水平振动模型进行建立后，通过模态实验的方式计算出了高速曳引电梯机械系统在不同阶段所对应频率。

2 高速曳引电梯机械系统的垂直振动特性分析

由于曳引电梯兼具提升高度大，安全系数高，结构紧凑等诸多优点，因此，现阶段已经被广泛应用于电梯系统中，并发挥了应有的作用。以传统结构型式为依据对曳引电梯进行研究，可划分为两种不同类型，分别是牵引比2：1和牵引比1：1。本文在对高速曳引电梯机械系统的垂直振动特性进行分析时所建立的为1：1曳引比的物理模型，具体如图2所示。在该物理模型中，悬挂于曳引轮两侧的分别是轿厢以及对重，受曳引机动力作用，经由曳引钢丝绳进行牵引，完成相应的上下运行活动，对重的作用是对电梯轿厢系统和电梯自身所承载重量加以平衡，通过减少二者碰撞几率的方式，在最大程度上延长曳引轮能够使用的寿命。在对物理模型以及方程进行建立的过程中，需要注意的是补偿链和补偿绳存在的差别：由于中低速的电梯不存在张紧系统，因此，在正常情况下可以选择对补偿链加以应用的方式，对重量进行补偿；高速电梯则需要通过对张紧系统以及补偿链进行共同应用的方式，才能够做到对重侧与轿厢侧所具有重量的平衡。

图2 高速曳引电梯在垂直方向上的物理模型

导致电梯系统在垂直方向产生振动的原因，主要是曳引系统在运行过程带来的振动，具体可以分为曳引轮偏心振动，电机输出力矩波动，导向轮形状不规则，而由于上述原因产生的振动，会经由钢丝绳被传递到高速曳引电梯的轿厢，进而对乘坐舒适性产生影响。通过实验可以发现，无论是在电梯上升或是下降的过程中，曳引钢丝绳所具有的长度和电梯自身的载重都会随着电梯位置的更改而出现相应的变化，简而言之，就是曳引钢丝绳以及电梯载重均具有一定的时变性，因此，针对电梯开展时域离散处理的工作，并将减振环节与曳引机至张紧系统中的各个部分相结合是很有必要的。通过上文所叙述的内容可以发现，从实质上来说，高速曳引电梯属于多自由度的振动系统。

本文在开展相关实验的过程中，考虑到在建立电梯垂直方向所对应的振动模型时，钢丝绳具有的离散情况带来的影响是不容忽视的，因此，以对物理模型所具有时变性的特点为依据，对电梯轿厢运行的全过程进行了离散，不仅将曳引钢丝绳具有的质量特性与电梯振动模式进行了结合，还对以导靴弹簧、张紧系统为代表的电梯部件在质量、阻尼等方面具有的特征加以考虑，最终推导出1：1绕绳比所对应19自由度的电梯垂直振动模型，在此基础上，通过模态实验的方式计算出了高速曳引电梯机械系统在不同阶段所对应频率和井道中轿厢位置以及重量变化的情况。具体如下：高速曳引电梯机械系统在垂直方向所具有的频率，会随着电梯轿厢所处位置以及重量的更改而发生变化，若轿厢载荷发生变化，固有频率的变化较小；若电梯轿厢载重相同，固有频率往往会随着轿厢所处位置的更改而出现明显变化。无论电梯是处于满载、半载还是空载的情况，垂直方向所对应振动微分方程固有频率均不高于3Hz，与电梯曳引轮所对应转动频率的数值存在明显差距，因此，电梯在运行过程中出现共振情况的几率较低。

3 结语

总而言之，本文以导靴与导轨间的相互作用和曳引钢丝绳具有的时变特性为依据，对高速曳引电梯在水平以及垂直方向上所对应的振动物理模型进行了建立，并通过仿真分析的方式，在对高速曳引电梯所具有振动特性进行研究的基础上，进一步讨论了系统振动速度、位移等因素的变化规律，保证高速电梯安全性以及舒适性能够得到应有的提升。

[1]王晓伟,于艳杰,张瑞军,王胜春,田艳．高速曳引电梯噪声研究综述[J]．噪声与振动控制， 2014,22(03):184-185．

[2]谭芳，张耘，陈志勇．基于2∶1吊挂的高速电梯机械系统建模与分析[J]．三峡大学学报（人文社会科学版），2015,05（11）：143-145．

[3]罗军飞,汪迪,廖小利．曳引电梯机械振动系统的固有特性与动力学响应[J]．赤峰学院学报（哲学社会科学版），2016,01（24）：122-123．

[4]王红艳,陈劲松,廖琬．基于虚拟样机技术的高速电梯系统动态特性仿真研究[J]．郑州航空工业管理学院学报（社会科学版），2016,06（26）：166-168．