毕业设计（论文）-高速电梯摆振控制器阀块及模拟试验装置设计.doc

学士学位论文高速电梯摆振控制器阀块及模拟试验装置设计摘 要现如今电梯在人们的日常生活与工作中起着重要的作用，带来了许多方便之处。随着高层建筑的不断出现，高速电梯的应用也越来越广泛，随之而来的振动问题也引起人们的极大关注：由于高速电梯运行速度快，一些微小的激励也会使其产生振动。振动会影响到电梯的工作性能，对其曳引系统产生附加动载荷，缩短电梯的使用寿命；强烈的振动还会影响到电梯轿厢上仪器仪表的正常工作，缩短精密仪器的寿命并且严重影响其精度，使电梯不能平层到位，导致安全事故的发生；振动以及振动产生的噪音还会影响司乘人员的舒适感和健康，从而影响电梯的品牌和信誉。因此研究控制高速电梯的振动显得尤为必要。本文主要讨论高速电梯水平振动的控制系统的设计原则，集中研究控制系统中高速开关阀阀块以及模拟试验装置的设计，并进行相关的实验分析。其中高速开关阀阀块为体现控制系统性能的重要组成部分，模拟试验装置则是模拟导轨的不平度对高速电梯引起的激励情况。关键词 高速电梯，水平振动，高速开关阀阀块，模拟试验装置DESIGN OF VIBRATION CONTROL UNITFOR HIGH-SPEED ELEVATORABSTRACTNowadays the elevator is playing an important role in peoples daily life and work with lots of convenience. Along with the perpetual advent of high-rise buildings, high-speed elevators are more and more widely used. The resulted problem of elevator vibration has also attracted peoples attention. As high-speed elevators run fast, tiny stimulations can also arose vibration.Vibration may affect elevators service behavior to produce a lot of additional dynamics loads on its drag system, which will decrease elevators service life; Strong vibration can also affect normal work of the instruments and meters on the elevator car, shorten useful life of the precise instruments and affect their precision, and make the elevator could not reach the designed floor smoothly, result in safety misadventures; Vibration with resulted noise will affect the comfortable sensation and health of passengers and drivers, thereby affect the trademark and credit standing of the elevator. So it is obviously essential to research on controlling the vibration of high-speed elevators.This paper mostly discusses the design principle of the high-speed elevators lateral vibration control system, and focus on designing the valve block and the simulation experiment facility of the system with relevant analysis of experiments. The valve block is an important part of the unit of the system performing the service behavior, and the simulation experiment facility simulates the stimulations resulted by rail unevenness.KEY WORDS high-speed elevator, lateral vibration, valve block, simulation experiment system目 录第一章 绪论11.1 概述11.2 电梯的类别21.2.1 按用途分类21.2.2 按驱动方式分类31.2.3 按速度分类31.2.4 按电梯有无司机分类31.2.5 按操纵控制方式分类31.2.6 其他分类方式41.2.7 特殊电梯41.3 电梯的特点及性能体现41.4 未来电梯的发展方向41.4.1 电梯群控系统将更加智能化41.4.2 超高速电梯速度越来越高51.4.3 蓝牙技术在电梯上广泛应用51.4.4 绿色电梯将普及51.4.5 电梯产业将网络化、信息化51.4.6 乘电梯去太空51.5 高速电梯减振研究51.6 论文的主要工作6第二章 电梯的结构及运行原理72.1 电梯的结构72.1.1 电梯名词介绍72.1.2 曳引式电梯基本结构72.2 电梯运行原理9第三章 电梯振动分析及摆振控制系统设计113.1 电梯的振动特点113.2 电梯振动的主要原因123.2.1 机械系统振动的主要原因123.2.2 电气系统振动的主要原因123.3 两个重要部件123.3.1 导靴123.3.2 导轨133.4 电梯水平振动模型133.4.1 轿厢振动模型133.4.2 导轨激励模型153.5 高速电梯水平减振的主要措施153.5.1 使用不与导轨接触的电磁导靴153.5.2 改进轿厢与轿厢架的直梁之间的橡胶减振垫163.5.3 应用一些质量和弹性元件做成动力吸振器163.5.4 高速电梯水平振动主动控制163.6 研究对象与数据163.6.1 对象电梯规格163.6.2 导轨不平的条件173.7 摆振主动控制系统设计183.7.1 设计思想183.7.2 液压作动器的组成和工作原理183.7.3 高速开关阀203.7.4 集成块的设计223.7.5 其他部件24第四章 摆振主动控制模拟试验264.1 引言264.2 模拟试验台架的组成和原理264.3 正弦激励模拟装置的设计264.4 摆振主动控制模拟试验294.4.1 蓄能器对主动控制系统性能的影响294.4.2 载波频率和占空比对PWM控制的影响314.5 结论38致谢39参考文献40第一章 绪论1.1概述电梯是垂直运行的电梯(通常也简称为电梯)、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。自从1852年，美国人奥的斯发明了世界第1台安全升降机-现代电梯的雏形以来，电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。尤其是在城市化高速发展的今天，越来越多的摩天大楼拔地而起，每天都有大量人流及物资需要输送。办公楼、商场、住宅的建造与电梯的品质愈加密不可分。在一定意义上，电梯就如同在水平路面上行驶的汽车，只不过它沟通是垂直方向，虽然就连如今最快速度的电梯也远赶不上普通汽车。换言之，电梯是标志着现代物质文明的垂直运输工具。据估计，截至2002年，全球在用电梯约635万台，其中垂直电梯约610万台，自动扶梯和自动人行道约25万台。150年来，人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求，推动了电梯技术的进步。1889年，升降机开始采用电力驱动，真正出现了电梯。19世纪末，采用沃德-伦纳德系统驱动控制的直流电梯出现，电梯的运行性能明显得到改善。1983年，变压变频控制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和节能等特点迅速成为电梯的主流产品。1996 年，交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，电梯技术又一次革新。随着电梯技术的发展，电梯的运行高度及速度也不断的得到提高。1993 年，三菱电机公司在日本横滨地区Landmark大厦安装了12.50m/s速度的超高速乘客电梯，是当时世界速度最快的乘客电梯。1997年，通力电梯公司在芬兰建造了当今世界行程最大（350m）的地下电梯试验井道，实际最大行程330m，理论上可测试17.00m/s速度的电梯。2002年，正在建设中预计2004年竣工的台北国际金融中心大厦，安装了日本东芝电梯公司速度为1010m/min（16.8m/s）的超高速电梯。该电梯连接地下1层和第89层观光层，提升高度为388m。电梯服务中国已有100多年历史，据统计，我国在用电梯34.6多万台，每年还以约5万6万台的速度增长。2003年中国电梯安装量已逾8万台，电梯行业正处于发展高潮。上海东方明珠电视塔，塔高468m，该塔配置奥的斯公司电梯、自动扶梯20余部，其中装有中国第1台双层轿厢电梯，中国第1台圆形轿厢三导轨观光电梯（额定载重量4000kg）和2台7.00m/s的高速电梯。中国最高的摩天大厦，位于上海浦东的金茂大厦，楼高420m，88层。金茂大厦配置电梯61台，自动扶梯18台。2台三菱电机公司额定载重量2500kg、速度为9.00m/s的超高速电梯是目前我国额定速度最快的在用电梯。世界自然遗产湖南张家界武陵源风景区，安装了号称世界最高的户外电梯、世界最高的双层观光电梯。发展至今，我国电梯行业已有上海三菱、广州日立、天津奥的斯、杭州西子奥的斯、广州奥的斯、上海奥的斯等约10家大型知名电梯企业。截止到2004年，中国国际电梯展于1996年、1997年、1998年、2000年、2002年、2004年共举办了6届。展览会交流了世界各国的电梯技术和市场信息，促进了电梯行业发展。在2004年在上海“第六届中国国际电梯设备及技术展览会”上，有来自世界各地近三百家相关单位参展，推出了众多代表世界先进技术发展的最新产品，展会盛况空前，让人们见识了现代科技在电梯业的最新成就。世界最大的电梯和自动扶梯供应商之一的芬兰通力电梯公司，此次将KONE AltaTM高速电梯以及通力DCS目的选层系统引进到中国。新推出的高速电梯KONE AltaTM通过基因运算法则、模拟自然进化论的优化法则来关注高速电梯的性能、质量以及舒适度，给予建筑设计更多的自由，从而更好地为高层楼宇服务。通力Alta是为未来高达500米的超高建筑而开发的电梯。目前通力已研制出速度超过10米/秒，载重量超过5吨的世界最强的电梯马达。由于使用了强大的双转子驱动，它们能达到17米/秒的速度。曳引机采用了独特的矢量控制无齿轮系统，运用了专利技术：永磁轴向同步马达。它们紧凑，效率极高，有很高的动力/重量比。通力Alta 控制系统运用遗传算法，优化设计轿厢在各种交通形态的路线，使用模糊逻辑和人工智能完成特殊的控制任务。通力特殊的静音轿厢技术的通力双层轿厢，使得不论是小吨位还是大吨位的电梯，都运行平稳安静。灵活使用部件和辅助系统，通力Alta 为客户提供高层建筑的解决方案。而且，由于采用了独特的安装技术，通力Alta可以在大楼建设期间，运送现场工人和材料。2004上海电梯展上展示的通力目的选层系统，乘客在候梯大厅里用操作面板选择要去楼层，系统会自动提示应乘坐的电梯号并一站式带乘客到目的地，大大缩短了等电梯的时间，提高了运营效能。芬兰通力电梯公司以高科技、高节能的独特产品迅速扩大在中国的市场份额。公司中国总裁纪利仕宣布，通力电梯将把欧洲最先进的技术带到中国。目前在中国，通力电梯已进入了国家大剧院、首都博物、台北金融中心等著名建筑。作为最早进入中国电梯市场的外资品牌，瑞士迅达公司早在1980年，就看好并进入中国的建筑市场。经过二十多年的发展，中国已经成为迅达在全球最重要的市场。目前，迅达已在中国建立了两个整梯经营公司、两个部件生产企业、1个培训中心及1个研发中心。瑞士迅达中国公司总裁马克诺布尔日前在沪宣布，中国已经成为世界最重要的电梯市场，占全球四成份额。预计上海电梯市场今年的需求量将超过7000台，其中住宅电梯占七成左右。1.2电梯的类别电梯的定义为：用电力拖动的轿厢运行于铅垂的或倾斜不大于15的两列刚性导轨之间运送乘客或货物的固定设备。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。 根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下： 1.2.1按用途分类 乘客电梯, 为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。 载货电梯, 主要为运送货物而设计, 通常有人伴随的电梯。 医用电梯, 为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。 杂物电梯, 供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。 观光电梯, 轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。 车辆电梯, 用作装运车辆的电梯。 船舶电梯, 船舶上使用的电梯。 建筑施工电梯, 建筑施工与维修用的电梯。 其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。1.2.2按驱动方式分类 交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。 直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。 液压电梯，一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。 齿轮齿条电梯, 将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。 螺杆式电梯，将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。 直线电机驱动的电梯，其动力源是直线电机。电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。1.2.3按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。 低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯。 中速梯，常指速度在1.002.00m/s的电梯。 高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。 超高速，速度超过5.00m/s的电梯。 随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。1.2.4按电梯有无司机分类 有司机电梯，电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。 无司机电梯，乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。 有/无司机电梯，这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。1.2.5按操纵控制方式分类 手柄开关操纵，电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。 按钮控制电梯，是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。 信号控制电梯，这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。 集选控制电梯，是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。 并联控制电梯，23台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。 群控电梯，是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。1.2.6其它分类方式 按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房)电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。 按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。此外，还有双层轿厢电梯等。1.2.7特殊电梯 斜行电梯，轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速。 立体停车场用电梯，根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。 建筑施工电梯，是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。1.3电梯的特点及性能体现电梯是建筑物中垂直交通的主要工具，造价较高，对工程影响较大，一般占工程投资的5%-10%，电梯的平面设置对建筑物平面、立面及结构影响较大，建筑物施工后很难变动，同时电梯属永久及耐用设备，一旦设置后，其控制系统、速度、载重量是不可轻易变动的。电梯又是机电一体化的大型复杂产品，从其结构来说，主机、门机、控制柜、安保等各子系统内部及其之间的有机配合是电梯能否正常运行的关键，配合的一体化水平越高，电梯的工作可靠性和技术性能就越优；从其使用来讲，电梯的使用寿命一般在20年以上，大修周期不少于10年，在长年的使用中要求电梯既能安全工作，又能保持良好的性能，尤其在大修周期内，主要部件应能正常工作，经大修后应基本恢复原有的性能，电梯的使用特点要求各子系统之间长期保持良好的匹配性。电梯的性能指标中控制精度与乘坐舒适性是电梯性能的主要体现。在长距离电梯运行时，基本规模中必须考虑到乘客在轿内的感受，还需考虑以下因素：电梯乘坐时间60s或更少；适当的比值，加速运行时间匀速运行时间减速运行时间。匀速运行时间与加速运行时间的比率限定了提升高度。1.4未来电梯的发展方向1.4.1电梯群控系统将更加智能化电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源，如基于专家系统的群控、基于模糊逻辑的群控、基于计算机图像监控的群控、基于神经网络控制的群控、基于遗传基因法则的群控等。这些群控系统能适应电梯交通的不确定性、控制目标的多样化、非线性表现等动态特性。随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统能与大楼所有的自动化服务设备结合成整体智能系统。1.4.2超高速电梯速度越来越高21世纪将会发展多用途、全功能的塔式建筑，超高速电梯继续成为研究方向。曳引式超高速电梯的研究继续在采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等方面推进。采用直线电机驱动的电梯也有较大研究空间。未来超高速电梯舒适感会有明显提高。1.4.3蓝牙技术在电梯上广泛应用蓝牙（Bluetooth）技术是一种全球开放的、短距无线通讯技术规范，它可通过短距离无线通讯，把电梯各种电子设备连接起来，无需纵横交错的电缆线，可实现无线组网。这种技术将减少电梯的安装周期和费用，提高电梯的可靠性和控制精度，更好地解决电气设备的兼容性，有利于把电梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。 1.4.4绿色电梯将普及要求电梯节能、减少油污染、电磁兼容性强、噪声低、长寿命、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等。甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯补充能源。1.4.5电梯产业将网络化、信息化电梯控制系统将与网络技术相结合，用网络把各地的电梯监管起来进行维保；通过电梯网站进行网上交易，包括电梯配置、招投标等，也可以在网上申请电梯定期检验。1.4.6乘电梯去太空坐电梯进入太空，这一设想是前苏联科学家在1895年提出来的，后来一些科学家相继提出了各种解决方案。2000年，美国国家宇航局（NASA）描述了建造太空电梯的概念，这需要极细的碳纤维制成的缆绳并能延伸到地球赤道上方3.5万km。为使这条缆绳突破地心引力的影响，太空中的另一端必须与一个质量巨大的天体相连。这一天体向外太空旋转的力量与地心引力抗衡，将使缆绳紧绷，允许电磁轿厢在缆绳中心的隧道穿行。普通人登上太空这个梦未来将实现。1.5高速电梯减振研究 电梯作为运载工具，在现代社会和经济活动中发挥着重要作用。在电梯的使用过程中，其外观、舒适性、故障率等是评价电梯的重要指标。其中舒适性，即人乘坐电梯的感觉是用户衡量电梯厂家产品档次的一个重要尺度。由于高层建筑不断增高,为适应高效运输的要求,电梯的速度也在不断提高,目前电梯的最高运行速度已超过10/,而且还在继续上升。速度的提高需克服许多技术上的困难,其中反映电梯舒适性的振动及噪声问题在高速电梯中比较突出,这个问题在高速电梯的设计过程中已得到重视。电梯在整个运行过程中的过大的机械振动和冲击使乘客感到很不舒服(舒适感差)，在上、下行，起、制动阶段更是如此。早在1962年，世界上最大的电梯公司，美国OTIS电梯公司就制作了8ms的高速电梯。到目前为止，OTIS公司、日本三菱等电梯公司都已生产出1012ms的超高速电梯。而在国内，我们仍只能生产低于2m/s的中低速电梯。而且在动态性能，舒适感等方面无法与进口电梯相比。事实上，国内对于中高档电梯的需求多是依赖进口。因此，在我国，如何控制和减小高速电梯在整个运行过程中的机械振动，从而提高产品的质量，成为一个急需解决的具有深刻实际意义的热点问题。日立公司研制成的，每分钟可达810的高速电梯，比我国目前通常使用的客梯快倍，且具有噪音小、安全度高的优点。目前世界上使用的高速电梯多因导轨不平而发生振动和噪声，为了解决这个问题，日立公司发明了一种能减少电梯升降时振动和噪声的“活动性磁力型导轨”，这种导轨安装电梯，可大大减轻乘客的不舒适感。国外高速电梯的舒适性已达到较高水平,而国产高速电梯的舒适性相比之下仍存在较大差距。除了工业基础的原因外,系统的振动及噪声控制设计方法还不完善。电梯轿厢的振动谱在低频段与人体的敏感频段一致,明显的低频振动会引起乘客的不良情绪反应,因此对高速电梯的减振设计是不可缺少的。国外电梯振动的最新发展是将主动控制技术应用到高速电梯的振动控制中,其中以水平振动控制的研究较多,具有良好舒适感的电梯其垂直或水平稳态振动水平按ISO标准小于68mG(1mG=0.0098m/s)。电梯系统是一种悬挂结构系统,有较多的弹性环节,而电梯轿厢本身又是框架结构,因而系统的阻尼较小,特征频谱丰富。电梯在运行过程中系统所受激励主要来自曳引机的高频激励以及导轨对轿厢的冲击作用,而轿厢中的响应信号频谱主要集中在系统的低频特征频率及曳引机的高频激励频率附近,因此电梯系统的隔振主要是控制曳引机激励的传递率、减小电梯系统外的冲击作用以及合理调整系统的特征频率,特别是电梯轿厢结构的特征频率。1.6论文的主要工作本论文以上海交通大学车辆研究所和日本FUJITEC（富士达）公司的合作项目为研究对象，由车辆研究所提供原始资料及实验数据，主要针对导轨不平对轿厢引起的振动，探讨高速电梯水平振动控制系统的设计原则，研究系统参数的影响规律及相应的参数调整方法，通过实验手段确定摆振系统中高速开关阀的选用及模拟实验装置的参数。第二章 电梯的结构及运行原理2.1电梯的结构2.1.1电梯名词介绍 电梯：是用于高层建筑物中的固定式升降运输设备，它有一个装载乘客的轿厢，沿着垂直或倾斜角度小于15的导轨在各楼层间运行。 轿厢：是直接运载乘客的类似于车厢的部分,一般在门关闭后是一个封闭的箱体。 轿门：轿厢的门，乘客从轿内看到的自动开、闭的门。它跟随轿厢一起上下运行。 层门（或称厅门）：设置在各楼层电梯入口处的门，它不随电梯上下运行，但随轿门一起开启或关闭。 呼梯盒（或称召唤盒）：设置在各楼层电梯入口层门的旁边，一般有上下两个带箭头的按钮，供乘客召唤轿厢来本层站时使用。 轿内操纵盘：安装于轿厢内壁上，有代表各楼层的数字按钮，还有开关门按钮以及紧急呼叫按钮，主要供进入电梯后乘客选择目的楼层使用。2.1.2曳引式电梯基本结构曳引式电梯是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯，其基本结构介绍如下： 曳引系统 曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。 曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。 曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。 导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。 当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。反绳轮的个数可以是1个、2个甚至3个，这与曳引比有关。 导向系统 导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。 导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。 导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。 门系统 门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。 层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。 开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。 轿厢轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。 重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。 电力拖动系统 电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。 曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机。 供电系统是为电机提供电源的装置。 速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相联。 调速装置对曳引电机实行调速控制。 电气控制系统 电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。 操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。 控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。 位置显示是指轿内和层站的指层灯。层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。 选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。 安全保护系统安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。 机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用；缓冲器起冲顶和撞底保护作用；还有切断总电源的极限保护等。 电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。 电梯的基本结构如图2.1所示： 1-减速箱；2-曳引轮； 3-曳引机底座；4-导向轮； 5-限速器；6-机座； 7-导轨支架；8-曳引钢丝绳； 9-开关碰铁； 10-紧急终端开关； 11-导靴； 12-轿架； 13-轿门； 14-安全钳； 15-导轨； 16-绳头组合； 17-对重， 18-补偿链； 19-补偿链导轮； 20-张紧装置； 21-缓冲器； 22-底坑； 23-层门； 24-呼梯盒； 25-层楼指示灯； 26-随行电缆； 27-轿壁； 28-轿内操纵箱； 29-开门机； 30-井道传感器； 31-电源开关； 32-控制柜； 33-曳引电机； 34-制动器图2.1 电梯的基本结构剖视图2.2电梯运行原理如图2.2，曳引式电梯的曳引传动关系为安装在机房的电动机通过减速箱、制动器等组成的曳引机，使曳引钢丝绳通过曳引轮，一端连接轿厢，一端连接对重装置，轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮绳槽内产生摩擦力，这样电动机一转动就带动曳引轮转动，驱动钢丝绳，拖动轿厢和对重作相对运动。即轿厢上升，对重下降，轿厢下降，对重上升。于是，轿厢就在井道中沿导轨上、下往复运行，电梯就能执行它竖直升降的任务。轿厢与对重能作相对运动是靠曳引绳和曳引轮间的摩擦力来实现的。这种力就称为曳引力。要使电梯运行，曳引力T必须大于或等于曳引绳中较大载荷力P1与较小载荷力P2之差。即TP1-P2（图2.3）。电梯曳引系统上的曳引力就是曳引绳与曳引轮间的摩擦力，也叫做驱动力，它是通过曳引绳使轿厢运行的力（图2.4）。1-电动机 2-制动器 3-减速器 4-曳引绳 5-导向轮 6-绳头组合7-轿 厢 8-对 重 图2.2 曳引式电梯曳引传动关系 图2.3 曳引力和载荷关系 图2.4 曳引系统受力分析第三章 电梯振动分析及摆振控制系统设计3.1电梯的振动特点任何一个运动的系统都会产生机械振动，电梯也不例外。电梯的振动是电梯乘坐舒适性评价的重要指标。在正常的情况下，电梯振动不至于达到影响乘客的健康和安全的程度。但振动达到一定的量值，且振动频率在人的敏感频带时，或者电梯的起制动特性比较差时，都会使乘客有明显的不舒适感。研究表明，人对不同频率的振动是有不同感觉的。实验证明，在振动强度不大的振源下，改变频率作试验，在01Hz的振动主要影响头部，如持续几分钟后往往有不舒服的感觉；12Hz时易使人打瞌睡；34Hz时腰胸局部有较大振动；58Hz时不舒服感觉大；930Hz时脸、颈部振动大、视线受到干扰，30Hz时振感最明显；3080Hz时振感逐渐减小，到高频区时脚部有发麻感觉。除了频率对人员各部位有影响外，振动强度对人体亦有较大影响，一般来说如20Hz以下的振动，振动加速到10cm/s时让人引起感觉，随着振动加速度的增加感觉更加明显，如超过50cm/s，即会造成人体器官平衡失调，导致神经与心血管障碍。此外人站在轿厢内的感觉，水平方向的振动比运行方向振动更让人有不舒服的感觉。历年来经过大量检测数据统计及参照国家标准电梯技术条件（GB1005888），均证明实现规定正常运行轿厢内振动范围为水平振动不大于15cm/s，运行方向振动不大于25cm/s是合适的。如果机械振动超过这个范围，即被认为异常与故障。为了减小振动或排除异常与故障，必须对振动进行检测，并还需对振动进行分析，找出振源或采取措施改变振动或频率，尤其是减小人体敏感的振动。电梯平稳运行时，轿厢一般经历的是窄带的随机振动。对于水平振动，从轿厢乘坐的舒适感而言，通常在0.5Hz以下不会引起乘客的注意，而大于30Hz的振动一般主要由轿厢各部件组成的物理系统来衰减（轿厢各部件的质量、刚度、阻尼所组成的系统，在振动传递中起了低通滤波的作用），一般也不会造成乘客的心理反应（振动造成噪音的例外）。而在0.530Hz范围内，往往也是轿厢振动能量较为集中的频带，且这个频带范围内的振动对人体也比较敏感（如人的最敏感频带水平向是12Hz）。平直运行中的垂直振动主要来自于曳引机啮合振动，曳引机在旋转过程中的脉动（即曳引轮旋转速度的不均匀量又称扭振）是轿厢振动的激励源。 轿厢水平振动主要与这些因素有关：导轨安装的垂直度，轿厢的静平衡状态，滚动导靴的外形，井道外形及气流，轿厢速度的高低等。轿厢导轨的垂直度及导轨接头的间隙与台阶将是水平振动的重要原因。 轿厢的悬挂中心偏离或补偿电缆的悬挂，轿厢的偏载，都会是轿厢产生一个不平衡力，这样容易使导轨出现变形。3.2电梯振动的主要原因3.2.1机械系统振动的原因 曳 引 机 蜗轮副侧隙过大；蜗杆刚度偏低；蜗杆轴承磨损、径向跳动增大；制动轮和电动机转子动平衡不良；电动机与减速器联轴器同轴度精度低；电动机轴承磨损，径向跳动增大；速度反馈器件安装不良，使反馈信号抖动。 承重装置 承重梁的刚度偏低；机座隔振橡胶邵尔硬度和个数选择不合理。 悬挂装置 绳头隔振装置刚度过大或过小；各根钢丝绳松紧度相差太大，摆幅过大，激发线振动；安装时轿厢重心与曳引绳中心偏差太大；抗绳轮与轮轴同轴度偏差大。 轿 厢 轿厢壁板振动频率与系统振动频率相近，产生共振、轿厢自重太轻，动态性能差；杠杆或称重装置铰接点配合过于松动，速度变化时沿导轨垂直方向振动。3.2.2电气系统振动的原因 电 动 机 转子与定子间轴度偏差过大，因偏心产生不平衡单边磁拉力，导致振动；谐波磁场造成径向力，引起振动(在ACVV系统中低电压时出现)；各相回路阻抗不平衡，从而产生负序旋转磁路，造成振动，一般出现在绕组重绕修复时因工艺不良、匝数不致的电动机。 拖动和控制系统 三相电源电压或调速器输出三相电压，不平衡大于8%；速度反馈器件馈线布设不合理而受干扰；调速器中调节器值过大，值过小；调速器速度调节响应滤波时间选择不合适；调速器速度给定信号不稳定或受干扰；调速器称重补偿锁定信号不稳定。总的来说，电梯轿厢的振动主要来源于曳引机运转产生的振动，曳引轮绳槽的误差，导向轮的偏差，钢丝绳直径偏差与各曳引绳张力不均匀，导轨质量及其安装误差，导靴形状与安装偏差，空轿厢自身不平衡，或与轿厢固有频率引起共振等。3.3两个重要部件3.3.1导靴轿厢导靴安装在轿厢上梁和轿底安全钳座上面，对重导靴安装在对对重架上部和底部，一般每组四个。导靴的主要类型有滑动导靴和滚动导靴两种。滑动导靴常用于2m/s以下的电梯。滚动导靴主要用于高速电梯，也可应用于中等速度的电梯。滚动导靴以三个滚轮代替了滑动导靴的三个工作面，三个滚轮在弹簧里的压紧下始终紧贴在导轨的三个工作面上，这样的弹性支承使轿厢具有良好的缓冲吸震作用，大大改善了乘坐舒适感，并能在三个方向上自动补偿导轨的各种几何形状误差以及安装偏差。滚动导轨外缘包以橡胶或聚氨酯材料，由于导靴运动以滚动代替了滑动，大大减少了运行阻力，节约了能量。为了降低运行噪声，减少运行中的摩擦阻力，采用尽量大的滚轮直径。一般，当额定速度为5m/s时，轿厢的导靴滚轮直径至少为250mm，对重导靴滚轮至少为150mm；当额定速度为2.5m/s时，轿厢和对重边的导靴滚轮直径至少为150mm或75mm。若轿厢采用滚动导靴，当外轮缘有不平的干扰点时，就会产生水平振动。水平振动的频率取决于轿厢的速度和滚轮的外圆尺寸。如轿厢速度为2.5m/s，滚轮直径为200mm，其干扰点的频率约为4Hz左右。3.3.2 导轨一般来说,导致水平振动的因素有导轨交接处的突起、导轨表面的高低不平、导轨的弯曲以及导轮自身的缺陷等因素。因此制造平直的导轨以及安装导轨时尽量使两根导轨对直,这将大大减少电梯的水平振动。不过,这会大大提高安装和制造成本。3.4电梯水平振动模型电梯系统振动的力学模型如图3.1所示，具有两个方向的振动，主要振源有两个，其一是曳引机，其二是电梯导轨。导轨对电梯系统振动的影响主要由于其接头不牢及垂直度误差造成的，所以必须提高电梯导轨的制造和安装精度，同时适当增加导轨的刚度以减小电梯水平方向振动。 图3.1 电梯系统振动的力学模型3.4.1 轿厢振动模型出于乘坐舒适性的考虑，运行速度超过2.0m/s的高速电梯往往采用滚动导靴。滚动导靴不但可以减少导靴与导轨之间的摩擦力，导靴的弹性支撑对导轨的缺陷还具有一定的补偿作用。虽然滚动导靴由滚轮、弹性支撑、靴座等组成，但在很多情况下井不能简单地用质量一弹簧一阻尼系统准确地描述导靴系统。研究表明，导靴系统的横向受力与横向位移是一种非线性关系，只有满足一定的条件，即滚轮对导轨具有一定的预压力，滚轮与导轨之间的位移较小，才能将导靴横向位移与横向受力看成线性关系。根据电梯导轨技术条件与安装要求，可以认为对于安装后验收合格的导轨，导靴横向受力与横向位移的线性关系是近似成立的，可将导靴系统简化为弹簧一阻尼系统。电梯轿厢上梁和底部均安装导靴，在水平方向上起到固定轿厢的作用。轿厢沿导轨运行时，只考虑轿厢的水平移动(平行轿厢门)与摆动。如图3.2所示，设为轿厢质量；为轿厢摆动的转动惯量；为导靴系统的刚度；为导靴系统阻尼；为轿厢的水平位移，、分别为导靴l、2、3、4的水平位移；为轿厢摆动的角位移；、分别为滚轮l与滚轮3及滚轮2与滚轮4到质心的垂直距离；为轿厢上行运行速度。可建立轿厢水平振动的2自由度模型。 图3.2 轿厢水平运动模型其振动微分为： （3-1） （3-2）若只研究图3.1中轿厢右侧导轨对轿厢水平振动的影响，可假设图3.2中轿厢左侧导轨是理想导轨，即。并且假设（为轿厢上下导靴的距离），则振动微分方程可简化为 （3-3） （3-4）求得系统的2个固有频率 （3-5） （3-6）式(3-3)描述了轿厢质心对导轨激励的响应，式(3-4)微分方程描述了轿厢在导轨的激励下绕质心的摆动，求解式(3-3)、