高速曳引式电梯机械系统振动特性研究

兰天宇 黄建秋

（沈阳远大智能工业集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110027）

1 高速曳引电梯机械系统的垂直振动特性研究

曳引式电梯是目前使用最广泛的电梯之一，具有提升高度大、结构紧凑、安全系数高等优点。目前不仅曳引式电梯的使用数量不断增多，由于高层和超高层建筑工程的需要，其升降速度也明显提升。在传统结构形式基础上对曳引式电梯进行研究，其牵引比一般分为两种，即2∶1 或1∶1。本次对高速曳引电梯的机械系统垂直振动特性的分析，采用牵引比1∶1 形式建立物理分析模型，模型中电梯轿厢和对重分别悬挂在曳引轮两侧，在曳引机的动力作用下，通过曳引钢丝绳牵引轿厢进行垂直向的升降运动。

根据物理模型建立方程，对其振动特性进行分析。在此过程中要注意区分补偿链和补偿绳，在高速曳引电梯系统中，电梯存在张紧情况，需要对张紧系统和补偿链进行协同设计，才能使对中和轿厢侧保持重量平衡。电梯垂直向的振动原因主要是曳引系统运行时产生的振动，包括曳引轮偏心振动、导向轮不规则、电机输出力矩的波动等引起的振动。其本质属于多自由度振动系统。因此，在对其进行垂直向振动特性分析以及系统设计时，要充分考虑垂直向模型中的各方面影响因素。以物理模型的时变性为依据，对轿厢运动全程进行离散，结合曳引钢丝绳的智联给也行、电梯振动模型、导靴弹簧和张力系统等，采用模态实验方法，计算各阶段机械系统对应的频率和轿厢位置、重量变化情况。

2 高速曳引电梯机械系统的水平振动特性研究

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。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。

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。

3 高速曳引式电梯振动的控制策略

3.1 被动控制

被动控制措施主要有电梯轿厢支撑弹簧和橡胶参数的优化、电梯导靴支撑弹簧刚度的优化、导轮支撑弹簧刚度的优化等，这些措施可以有效避免轿厢的振动频率和导轨的振动频率过于接近导致的共振现象。此外，实验表明，通过在导轨上安装摩擦和油液阻尼器来增大整个电梯系统的阻尼系数，可以有效抑制轿厢的振动幅度。被动控制法可靠性较高，维护费用较低，但相对而言控制效果较为有限。

3.2 主动控制

近年来，高速曳引式电梯的振动主动控制技术得到了广泛关注，与传统的振动控制方法相比，振动主动控制技术可以根据检测到的振动信号采取积极的控制措施，主动消除或减少振动现象，保证电梯的安全运行。

高速曳引式电梯的振动主动控制方式有多种，目前常用的有主动/半主动吸振控制、隔振控制、阻振控制、消振控制等。一般而言，振动主动控制系统主要由传感器、被动悬置装置、控制装置及作动器组成。其中，传感器主要用于将被控制信号传输到控制装置，是整个系统的数据采集和输入源，在整个振动主动控制系统中，需要控制的参数包括电梯的速度、加速度、位移、压力及位置等，根据受控参数的不同，需要安装对应的传感器；作动器旨在快速为电梯系统提供合适的动态作用力；被动悬置装置用于在制动器失效情况下支撑发动机运转；控制装置是振动主动控制系统的输出装置，可直接控制作动器生成的力和位移的大小，以减少振动现象。

4 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。