（机械电子工程专业论文）快速斜行电梯关键结构设计和动态特性研究.pdf

j i 一 苏州大学学位论文使用授权声明 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学9 本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索。 涉密论文口 本学位论文属 在年月解密后适用本规定。 非涉密论文囱 论文作者签名：弗 导师签名：日期：型! ! ：够：! 銎 一 j1j，l 快速斜行i 乜梯关键结构设计和动态特性研究中文摘要 中文摘要 随着现代交通技术和电梯技术的发展，应用于不同环境和场所的特种电梯应 运而生。为了给观光景点，位于山坡和山顶、路程较长的建筑物以及因为城区面 积紧张而将住宅建在山坡上的地区提供方便的交通设施，客观上提出了对斜行电 梯的需求。然而，与垂直升降电梯相比，斜行电梯在设计、制造、安装和运行过 程中会产生一些新的问题，电梯起动和制动时对乘客产生的水平作用力、下侧导 轨承受的下滑推力、牵引钢丝绳和随行电缆因重力而产生悬垂和松弛等。 本课题来源于苏州东南电梯公司承接的泰州大桥电梯项目，主要从以下几个 方面进行研究： 第一章，绪论。阐述了论文的研究背景和意义，介绍了国内外斜行电梯理论 研究现状和实际的应用情况，在此基础之上，提出了本论文的主要研究内容。 第二章，理论基础。学习研究了有关斜行电梯的基础知识，包括斜行电梯的 结构和组成，影响斜行电梯舒适性的因素，电梯运行的速度曲线以及电梯模态分 析和瞬态响应计算原理，为后续研究奠定理论基础。 第三章，可变角度倾斜机构设计。分析研究了斜行电梯运行产生的水平加速 度，乘客在轿箱内的受力分析，以及轿厢倾斜角变化状况，对斜行电梯可变角度 倾斜机构的传动丝杠、机电作动器和总体结构进行设计，对快速斜行电梯的设计 和制造具有一定的指导意义。 第四章，动力学模型。首先根据可变角度倾斜机构建立了轿厢质量动力学模 型。然后，在系统讨论曳引电梯系统振动动力学参数建模方法的基础上，对快速 斜行电梯物理模型进行合理简化，利用l a g r a n g e 方程建立了1 2 个自由度的斜行电 梯动力学振动模型，为进一步研究斜行电梯提供理论支持和有力的工具。 第五章，仿真研究。在前述研究分析的基础上，对斜行电梯使用m a t l a b 进行 仿真研究，对斜行电梯的运行参数进行优化。 第六章，总结和展望。对论文的主要研究工作和创新点作了总结，并对未来 的研究工作进行了展望。 本文创新点： 1 、研究设计了一种能够降低斜行电梯运行时产生的水平加速度的可变角度倾 中文摘要伙速斜行l u 梯关键结构设计和动态特性研究 斜机构，从而减小作用在乘客身上的水平作用力，为提高斜行电梯的运行速度提 供了一种设计方案。 2 、在研究分析垂直电梯动力学模型的基础上，根据斜行电梯的运动状况，构 建了斜行电梯的动力学模型，并运用m a t l a b 软件对斜行电梯运行参数进行优化设 计，为斜行电梯的设计、制造和安装奠定了理论基础。 关键词：斜行电梯；动态特性；结构设计 作者：张浩 指导老师：芮延年 k e ys t r u c t u r ed e s i g na n dd y n a m i cr e s e a r c hf o re x p r e s sr a m pe l e v a t o r a b s t r a c k e y s t r u c t u r ed e s i g na n dd y n a m i cr e s e a r c h f o re x p r e ssr a m pe l e v a t o r a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e mt r a f f i ct e c h n o l o g ya n de l e v a t o rt e c h n o l o g y , a l l k i n d so fs p e c i a lt y p ee l e v a t o r sa r em a n u f a c t u r e d i no r d e rt oo f f e rc o n v e n i e n tm e a n so f t r a n s p o r t a t i o nf o rt o u r i s td e s t i n a t i o n ，b u i l d i n g so ns l o p eo rh o u s e si nm o u n t a i n o u sa r e a s ， r a m pe l e v a t o ri sn e e d e dt os o l v et h i sp r o b l e m h o w e v e r , r a m pe l e v a t o rw i l lm e e ts o m e n e wp r o b l e m si nt h ep e r i o do fd e s i g n i n g ，m a n u f a c t u r i n g ，i n s t a l l i n ga n dr u n n i n g ，s u c ha s ， a c l i n i ca c t i n gf o r c ea c t e do np a s s e n g e ri nt h ep e r i o do fs t a r t i n ga n db r a k i n g ，d o w n s l i d e t h r u s to nt h eu n d e r s i d eg u i d e w a y , a n dr e l a x a t i o np h e o n o m e n ao fs t e e lw i r e sa n dc a b l e s b e c a u s eo fg r a v i t y t h i st h e s i so r i g n a t e sf r o mt a i z h o ub r i d g ee l e v a t o rc o n t r a c t e db ys u z h o ud o n g n a n e l e v a t o rc o l t d ，i t sm o s tw o r ki sd e s c r i b e da sb e l o w ： i nc h a p t e r1 ：i n t r o d u c t i o n t h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h ed i s s e r t a t i o na r e i n t r o d u c e d ，t h ed e v e l o p m e n tt r e n da n dt h ec u r r e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no fr a m pe l v a t o ri n t h ew o r l da r ee x p a t i a t e d ，a n dt h em a i nc o n t e n to ft h i sd i s s e r t a t i o na r ep r o p o s e d i n c h a p t e r 2 ：f o u n d a t i o n i n t r o d u c ts o m eb a s i ck n o w l e d g ea b o u te l e v a t o r , i n c l u d i n g ：e l e v a t o r sc o n f i g u r a t i o n ，h o wt oc a l c u l a t et h ee l e v a t o r ss p e e dc u r v e ，s p e e d s p i dc o n t r o lm e t h o d ，t h ec a u s eo fe l e v a t o rv i b r a t i o na n dt h ep r i n c i p a lm e t h o do fm o d a l ， t r a n s i e n tr e s p o n s e a l lo ft h e s el a yab a s i sf o re l e v a t o r st h e o r e t i c a ls t u d y i n ga n d s i m u l a t i o n i nc h a p t e r3 ：d e s i g no fv a r i a b l e - i n c l i n er a m pe l e v a t o r a n a l y z i n ga n ds t u d y i n g a c l i n i ca c c e l a t i o nw h e nr a m pe l e v a t o ri sr u n n i n gi nt h ep r o c e s s ，f o r c ea n a l y s i so f p a s s e n g e ri n t h ee l e v a t o rc a r , v a r i e t yo fa n g lo fi n c l i n a t i o n ；d e s i g n i n gd r i v i n gg u i d e s c r e w , e l e c t r o m e c h a n i c a la c t u a t o ra n dc o l l e c t i v i t ys t r u c t u r e i nc h a p t e r4 ：d y n a m i cm o d e l t h ed y n a m i cm o d e lo fe l e v a t o r sm e c h a n i c a ls y s t e m i n t h i sc h a p t e rf r o mt h es y s t e m sd y n a m i ce q u a t i o n s ，a n dr e s e a r c ho nt h es t r u c t u r ea n d v i b r a t i o nm e c h a n i s mo fe l e v a t o r , a12 - d e g r e e - o f - f r e e d o md y n a m i cm o d e li se s t a b l i s h e d i i i a b s t r a c k e ys t r u c t u r ed e s i g na n dd y n a m i cr e s e a r c hf o re x p r e s sr a m pe l e v a t o r i nc h a p t e r5 ：s i m u l a t i o ns t u d y b a s e do nb e f o r e - m e n t i o n e dr e s e a r c ha n da n a l y s i s ， s i m u l a t i o ns t u d i n gr a m pe l e v a t o rw i t hm a t l a b i nc h a p t e r6 ：t h ec h i e fw o r ka n di n n o v a t i o n so ft h i sd i s s e r t a t i o nh a v eb e e n s u m m a r i z e d ，a n df u r t h e rr e s e a r c hs u b j e c t sh a v eb e e np r o p o s e d t h em a i ni n n o v a t i o no ft h i st h e s i s ： 1 r e s e a r c h i n ga n dd e s i g n i n gv a r i a b l e - i n c l i n er a m pe l e v a t o ri n o r d e rt om i n i s h a c l i n i ca c t i n gf o r c ea c t e do np a s s e n g e r , p r o v i d i n gad e s i g np r o j e c tf o ra d v a n c i n gr a m p e l e v a t o r sr u n n i n gs p e e d 2 b ys t u d y i n gv e r t i c a le l e v a t o rd y n a m i cm o d e l ，e s t a b l i s h i n gd y n a m i cm o d e lo f r a m pe l e v a t o r , a n du s i n gm a t l a bo p t i m i z a t i o nd e s i g n i n gr u n n i n gv a r i a b l ep a r a m e t e r o fr a m pe l e v a t o r , a l lo ft h e s el a y i n gat h e o r yb a s i sf o rd e s i g n i n g ，m a n u f a c t u r i n ga n d i n s t a l l i n go fr a m p e l e v a t o r k e yw o r d s ：r a m pe l e v a t o r ；d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c ；d e s i g no fs t r u c t u r e i v w r i t t e n b y ：z h a n gh a o s u p e r v i s e db y ：r u iy a n n i a n 目录 第一章绪论1 1 1 课题研究背景和意义l 1 2 国内外研究现状2 1 3 本课题主要研究内容3 第二章理论基础4 2 1 定义和分类4 2 1 1 定义4 2 1 2 按运行速度分类4 2 1 - 3 按使用用途分类4 2 2 斜行电梯的结构与组成5 2 2 1 斜行电梯的轿厢5 2 2 2 斜行电梯的导轨6 2 2 3 斜行电梯的电缆6 2 2 4 斜行电梯的导靴6 2 3 电梯振动的影响因素6 2 3 1 曳引机组的制造和安装缺陷”7 2 。3 2 导向系统方面的设计、制造和安装误差7 2 3 3 电梯起制动中加减速时产生的冲击载荷7 2 3 4 钢丝绳张紧不均匀8 2 3 5 电梯斜行时产生的水平作用力”8 2 4 电梯运行速度曲线8 2 4 1 抛物线一直线形速度曲线8 2 4 2 梯形速度曲线的计算9 2 5 振动系统动力学模型求解方法1 3 2 5 1 模态分析1 4 2 5 2 瞬态响应计算1 6 第三章可变角度倾斜机构方案设计2 0 3 1 引言2 0 3 2 轿厢水平时受力状况分析”2 0 3 2 1 水平加速度2 0 3 2 2 受力分析2 1 3 3 可变角度倾斜机构的设计”2 3 3 3 1 控制系统2 3 3 3 2 作动器设计2 3 3 3 3 可旋转轿厢结构设计2 5 3 3 4 可变角度倾斜机构总体设计2 6 3 4 倾斜机构运行时倾斜角变化情况2 8 3 4 1 起动阶段2 9 3 4 2 制动阶段3 0 3 5 轿厢倾斜时受力状况分析“3 2 3 5 1 起动阶段3 2 3 5 2 制动阶段3 3 第四章动力学模型3 5 4 1 引言一3 5 4 2 轿厢动力学模型3 5 4 2 1 坐标系的定义3 5 4 2 2 坐标系的转换3 6 4 2 3 轿厢质量动力学方程3 7 4 3 斜行电梯动力学参数3 9 4 3 1 曳引绳、补偿绳的建模3 9 4 3 2 补偿链、随行电缆的建模4 0 4 3 。3 曳引轮的等效质量和转动惯量4 0 4 3 4 张紧装置的等效质量和转动惯量4 1 4 3 5 承重梁与底座橡胶的等效刚度、阻尼和质量4 l 4 4 建立斜行电梯整体的动力学模型”4 3 4 5 关于模型的说明4 8 4 5 1 曳引轮的转动刚度和阻尼4 8 4 5 2 动力学模型中的阻尼参数4 9 第五章仿真研究5 0 5 1m a t l a b 介绍一5 0 5 1 1 基本功能5 0 5 1 2 特点5 0 5 1 3 优势5 0 5 2 仿真实验一5 2 5 3 电梯运行参数优化”5 4 第六章总结和展望5 7 6 1 研究工作总结一5 7 6 2 问题和总结5 7 参考文献? 5 9 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文6 2 致谢6 3 快速斜行i u 梯关键结构设计和动态特性研究 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究背景和意义 1 8 5 4 年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯 第一次向世人展示了他的发明一历史上第一部安全升降梯。从那以后，升降梯在 世界范围内得到了广泛应用。随着现代化城市的高速发展，电梯承担着大量人流 和物流的输送任务，已经成为人们日常生活中不可或缺的垂直交通工具，也被誉 为人类现代物质文明的标志之一【l 】。 近年来中国电梯工业飞速发展，2 0 0 7 年中国电梯产销量达到了2 1 6 万台，超 过了全世界电梯产量的一半，电梯的生产能力跃居世界第一。2 0 0 7 年，新安装验 收电梯1 4 6 9 9 9 万台，同比增长2 4 。截至2 0 0 7 年底，全国在用电梯达9 1 7 3 1 3 万台。中国已经成为全球最大的电梯市场。2 0 0 8 年中国电梯产量达2 5 万台，目前 全国在用电梯突破1 0 0 万台，这是中国电梯行业发展的又一里程碑。 生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。自2 0 0 0 年以来，在观光景点、电 视塔以及因为城市面积紧张而将住宅建在山区后，逐渐出现了斜行升降电梯。斜 行电梯己被认为是长行程、输送能力强的坡道运输工具。在旅游景点的山顶和山 谷之间，架起这样的“输送桥”，使游客更能领略美好的自然风光【2 】。 斜行电梯的轿厢沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备， 从表面看来好像与普通垂直电梯并无本质区别，普通电梯上所有的部件均可在斜 行电梯上找到其影子，但其结构和功能却发生了很大变化【3 】。首先，垂直电梯的轿 厢架由上梁、下梁和立梁组成，主要起固定和承重轿厢的作用，斜行电梯是由安 装在轿厢下部的滑车完成这些作用；其次，垂直电梯的导轨主要起导向作用，而 斜行电梯的导轨不仅起导向作用，还需要承载轿厢和配重的作用力，以及牵引钢 丝绳因为重力作用产生的悬垂和松弛导致的下滑作用力，还有随行电缆自重作用 力等。 此外，当斜行电梯导轨与垂直面的倾斜角度大于7 0 时，因下侧的导轨要承受 较大的负载而会产生水平方向的运动，所以加、减速度只能到0 5 m s 2 ，实际上只 适用于l m s 以下的电梯，超过1 0 0 时无论加、减速度或者额定速度都必须进一步 下降，这就限制了斜行电梯的应用。因此，研究斜行电梯动态特性和水平加速度 第一章绪论伙速斜行i 【l 梯关键结构设计羽1 动态特性研究 的影响因素对于提高斜行电梯的运行速度、改善乘坐舒适性有着重要的意义。 1 2 国内外研究现状 斜行电梯是一种特殊的电梯，由于目前市场份额不是很大，虽然单台价值不 菲，但由于是量身定造，且与目前广泛使用的垂直电梯的结构布局有很大的区别， 其设计制造安装成本较大，因而大多数厂家都没有涉及到这个领域【3 】。 虽然有些国家已经开始生产和应用斜行电梯。例如，在法国罗卡玛多，在1 5 6 m 长的隧道中安装了斜行电梯。在意大禾l j t r e v i s e 安装了长达1 9 2 m 的斜行电梯。在美 国，有三处斜行电梯分别安装在科罗拉多州的斯诺麦斯、加州的比弗里山和圣迭 戈的一处展览中心【4 】。例如，意大乖l j m a s p e r o 为土库曼斯坦首都作为“独立与自由 象征的纪念碑的支撑腿上安装的两部行程3 0 m 的斜行电梯【5 1 。日本为改善长崎市斜 坡街区的交通环境，在南大浦区安装使用的行程1 1 3 m ，提升高度5 0 米的三菱斜行 电梯【6 】。2 0 0 9 年6 月3 0 日，韩国首台斜行电梯在首尔开始运行，其倾斜角度为2 5 0 ， 行程7 0 米，运行时间为2 分钟1 7 。 图卜1 井道斜行电梯图1 - 2 户外斜行电梯 但是，这些斜行电梯的运行速度都不超过l m s 。为了克服这些问题，人们正 在致力于开发研制新型快速斜行电梯。通过独特的动力机构设计，可以使水平加 速度理论上减小到接近0 9 值，实际值在0 0 0 0 9 - 0 0 0 5 9 之间，使乘客感觉不到水平加 速度的存在，也不会感觉到自己是在作倾斜式运动【8 1 。为此，以色列h a i f a 的t e c h n i o n 大学进行了一项模拟实验，实验是高度为一个半层楼，比例为1 ：5 ，采用普通交流 异步电动机和常用的调频控制器拖动电梯沿斜坡运行，目的是通过滑轮系统消除 斜行电梯对乘客横向力的影响。其研究表明：从安全角度考虑，最大水平加速度 2 丛鎏塑堡! ! 壁差丝笙塑垡生塑垫查竺丝型壅笙二里堕堡 值不大于0 o l g ，加速度变化率小于o 2 9 s ，垂直加速度值不大于( 1 士o 1 ) g 时，乘客 是可以接受的，对乘客不会造成任何不良影响【4 】。 查阅有关资料了解到，国外对斜行电梯的理论研究还非常少只是刚刚起步， 国内对此的研究更少，只有几本涉及电梯的书籍和杂志上提到一些关于斜行电梯 的简介。据了解目前在运行的斜行电梯运行速度较低，运行速度多为0 5 - 1 o m s ， 对电梯的振动、水平加速度和舒适度影响都比较小，但是，当斜行电梯速度进一 步提高即，2 m s 时，其振动、水平加速度以及舒适度问题就比较突出了。 斜行电梯在起制动运行时要产生水平作用力，使乘客感到不安全和不舒服。 为了减小这种水平作用力，就要减小水平加速度，这样势必导致电梯低速、低效 率运行。太长的候梯时间和运行时间会使乘客不满意，同时也将严重影响斜行电 梯的工作效率和效益。反之，当斜行电梯的运行速度提高时，其水平加速度必然 会提高，使乘客感到不舒适。这就涉及到斜行电梯结构和动态特性等问题的研究。 因此，本课题以快速斜行电梯为研究课题，通过对其关键结构和动态特性研 究来优化其工艺和结构参数，实现快速斜行电梯平稳可靠运动目的。 1 3 本课题主要研究内容 基于上述思想，本文主要研究内容如下： 1 、通过对斜行电梯的系统结构，运行影响因素等问题的分析研究，运用拉格 朗日方程归纳推演斜行电梯振动动力学模型。 2 、通过对斜行电梯运行过程中产生的水平加速度和轿厢内乘客的受力状况分 析研究，拟设计一种在斜行电梯快速运行时能够降低水平加速度的新平稳机构。 3 、对设计的快速斜行电梯新平稳机构进行力学分析、数学建模。 4 、运用m a f l a b 仿真软件，对所研究设计的快速斜行电梯进行仿真实验，并对 其运行参数进行优化。 3 第二章理论装础快速斜行i 【i 梯关键结构设计和动态特性研究 第二章理论基础 2 1 定义和分类 2 1 1 定义 广义的电梯概念包括载人( 货) 电梯、自动扶梯、自动人行道等，是指动力 驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运动的梯级( 踏步) ，进行升降 或者平行运送人、货物的机电设备。狭义的电梯( 美e l e v a t o r ，英l i f t ) 是指服务 于规定楼层、有轿厢的垂直或倾斜升降设备，不包括自动扶梯、自动人行道。自 动扶梯( e s c a l a t o r ) 是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电 力驱动设备。自动人行道( p a s s e n g e rc o n v e y o r ) 是带有循环运行( 板式或带式) 走道，用于水平或微倾斜角输送乘客的固定电力驱动设备1 9 。 斜行电梯是一种轿厢沿着倾斜的导轨升降运行，集观光和运输于一体的输送 设备。 2 1 2 按运行速度分类 电梯按速度分类可以分为低速电梯、快速电梯、高速电梯、超高速电梯四类。 1 、低速电梯：电梯的运行速度， l m s ，货梯的运行速度多在这个速度区间 内。 2 、快速电梯：电梯的运行速度为l m s v 2 m s ，多层( 1 5 层以内) 客梯 及住宅电梯运行速度多在此速度区间内。 3 、高速电梯：电梯运行速度为2 m s v 4 m s ，一般用于高层写字楼。 4 、超高速电梯：电梯运行速度为v 4 m s ，用于实行了分区控制的高层大厦。 随着电梯技术的不断发展电梯按速度的分类也有所改变。在电梯行业内部已 把高速电梯定义为4 m s ，6 m s 的电梯，超高速的运行速度为v 6 m s 。 目前使用的斜行电梯因为水平作用力对乘客的影响，安装使用的都是运行速 度， l m s 的低速电梯，本论文将设计一种可变角度倾斜机构，减小这种水平作用 力，使得斜行电梯的运行速度达到2 5 m s v 4 5 0 ) 和如图2 - 2 小倾角 斜行电梯( 倾斜角a 4 5 0 ) 。 2 2 斜行电梯的结构与组成 斜行电梯主要由曳引机( 绞车) 、导轨、对重装置、安全装置( 如限速器、安 全钳和缓冲器等) 、信号操纵装置、轿厢和厅门等组成。这些部分分别安装在建筑 物的井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连 接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢斜行升降。 2 2 1 斜行电梯的轿厢 垂直电梯的钢丝绳悬挂在轿厢上梁或通过导向轮兜在上、下梁上，为保证轿 厢的舒适性，轿厢是通过减震垫或弹簧、防晃器等间接与上、下梁固定。斜行电 梯的轿厢没有类似的轿架，钢丝绳拖动安装在轿厢侧边或底部的滑车使电梯沿斜 坡上下移动，轿厢固定在下部滑车上。 5 笫二章理论挂础伙速斜行i u 梯关 l l ! 结构殴计和动态特性研究 2 2 2 斜行电梯的导轨 斜行电梯的导轨与垂直电梯的导轨一样要起导向作用，但斜行电梯的导轨还 要起承载轿厢和对重的作用。 斜行电梯在运行过程中，其轿厢和对重的支撑是由导轨来完成的，当然有一 部分力由钢丝绳承担了。斜行电梯的导轨面上承受的压力与轿厢或对重重量及导 轨角度有关。因此斜行电梯的导轨不能采用普通电梯所用导轨，而要依据导轨面 上所承受的压力推算出导轨抗剪能力等等，单独设计制造。 2 2 3 斜行电梯的电缆 斜行电梯轿厢内的电源、呼梯信号、门机信号、光幕信号、称重信号等等与 垂直电梯一样，都要通过随行电缆把信号和电源传送到机房控制系统。但斜行电 梯的电缆由于重力的作用，会掉出斜向井道( 区间) 外，与井道钢架或导轨等产生干 涉，影响运行和美观。 因此对于传送动力和信号的控制电缆必须要有专用的导向系统，具体方案是 在随行电缆的运动部分( 下半段) 采用紧固措施，可以设计一个随动轮，随缆挂在随 动轮上，随动轮通过钢丝绳挂在轿厢底部，调节随动轮对随缆的拉伸作用，其上 行由轿厢带动运行，下行由其自身重力作用运行。随动轮在其专用导轨中运行。 由于随动轮自身重量的作用，可将随缆撑直，避免掉出井道。随缆选用圆形结构， 其运行方式就像钢丝绳在导向轮上一样，只是这个轮是运动的【2 】【3 1 。 2 2 4 斜行电梯的导靴 斜行电梯的导靴与垂直电梯中使用的滚轮导靴有诸多相似之处，但由于功能 的不完全等同，故结构上有显著区别。 斜行电梯的滚轮导靴与垂直梯的滚轮导靴都是起导向作用，并防止轿厢左右 前后晃动。故导轨项部三端面均有滚轮与导轨面接触，但由于受力不同，斜行电 梯的滚轮导靴三个方向的滚轮数远比普通导靴要多，其中承受轿厢重量的上滚轮 要有数个之多，而防止左右晃动、向上跳动的滚轮一般也有2 个，这也是因为轿厢 或对重本身的重量和运行方式与普通电梯的区别决定的，其承载上述滚轮的钢板 强度、滚轮、滚轮轴强度一定要计算好，并留有足够余量。 2 3 电梯振动的影晌因素 电梯是与人们的日常生活息息相关的交通工具，因此它不仅要满足人们对于 安全性和可靠性的最基本要求，更要使乘客在整个的乘坐过程中感到轻松、安静 6 丛望塑堡坚垡差壁丝塑丝生塑壁查壁丝型壅 笙三主墨堡苎型 和舒适，而不会带来任何的噪声、紧张、不适，甚至伤害。 对于一个在轿厢当中站立的乘客来说，能够引起其感到不适的生理极限的一 般水平：垂直的加减速度，1 0 - 1 5 m s 2 ；加加速度( 加速度的变化率) ，2 5 m s 3 ； 噪声，5 0 d b a ；水平振动，1 5 - - 2 0 m g ( 其中g 为重力加速度) ；耳压变化，2 0 0 0 p a 【1 0 l 。 对于斜行电梯还要加入以下要求，水平加速度值不大于0 0 1 9 ，水平加速度变 化率小于0 2 9 s ，垂直加速度不大于( 1 士o 1 ) g 【4 1 。 一般将人在轿厢中所体会到的上浮感、下沉感、重压感、浮游感、不平稳感 等通称为不舒适感【1 1 】。 电梯是一种复杂的机电设备，并且其悬挂提升设备具有柔性体的特点，因此 其中的各种运动部件在实际运行过程中由于内部的或外部的原因不可避免地会出 现不同程度的振动现象，而这些振动在钢丝绳和轿厢上面的直接反应是电梯乘客 感到不适的最重要的来源。根据振动产生的原因，又可分为以下几个方面： 2 3 1 曳引机组的制造和安装缺陷 曳引机组是整个电梯系统的基础和动力源，由电动机、联轴器、制动器、减 速箱、机座、曳引轮等组成。在电梯运行过程中，电动机的转子偏心、减速箱与 电机的同轴度误差、蜗轮与蜗杆之间的啮合脉动、曳引机座的弹性变形、曳引钢 丝绳在曳引轮槽内的非正常脱槽等等，都可能引起电梯系统的振动 1 2 q 5 】。 2 3 2 导向系统方面的设计、制造和安装误差 电梯导向系统由导轨、导靴和导向架等组成，其作用是限制轿厢与对重的部 分活动自由度，使轿厢与对重只能沿着导轨作升降运动。导轨本身的安装缺陷， 如导轨对中误差、导轨垂直度误差、导轨接头不够平整、轨距在全高上误差过大、 导轨支架松动等，均可能引起电梯轿厢垂直或水平振动，电梯运行速度越快，电 梯振动越剧烈。另外，导轨由一系列按照一定间距分布的导轨架支撑着，在导轨 架支撑的地方导轨刚度相对较强，而导轨架之间的部分刚度则明显较弱，这就意 味着导轨的水平刚度在高度方向上呈周期性变化规律，从而也会导致轿厢产生振 动【1 6 2 2 1 。 2 3 3 电梯起制动中加减速时产生的冲击载荷 电梯的工作特点是经常起动和制动。在加减速过程中，曳引钢丝绳除了受静 载荷外，还承受着惯性载荷。由于钢丝绳及绳头弹簧是弹性体，因而在上述两项 载荷上还叠加了按一定频率变化的振动载荷，惯性载荷与振动载荷构成了电梯的 第二章理论摧础伙速斜行i 乜梯关键结构设计和动态特性研究 动载荷。由于动载荷的作用，钢丝绳将出现抖动现象，从而使轿厢产生振动，影 响乘坐舒适性【2 3 之6 1 。 2 3 4 钢丝绳张紧不均匀 钢丝绳张紧不均匀，会使电梯运行时钢丝绳受力不均匀，有几根受力绷紧， 有几根很松，在某一时刻内受力较大的曳引轮绳槽必然磨损加快，从而形成节径 差，形成异常抖动，从而带动轿厢抖动。节径差又引发绳间相对滑移，对运行中 的振动和噪音的影响更大，而且是不能调节的。应调整各钢丝绳张力，使各钢丝 绳张力在平均值的5 范围内。测试方法：测试时让电梯停在中间偏上楼层，在轿 顶上用手以相同的力拉对重侧每根钢丝绳。如果拉丌距离大致相同，则说明钢丝 绳张紧均匀，否则必须调节其松紧度。另外钢丝绳安装前盘旋捆扎，内有回复扭 应力，直接安装的话很容易引起电梯运行中的抖动，所以安装前应充分释放这种 力【2 7 1 。 2 3 5 电梯斜行时产生的水平作用力 当斜行电梯沿斜坡运行时，不但有垂直加速度，还有水平加速度，特别是当 斜行电梯起制动时，因较大的水平加速度会对乘客产生较大的水平作用力，使乘 客感到不安全和不舒服【8 】o 2 4 电梯运行速度曲线 在电梯运行过程中，其加速度曲线和速度曲线的选择非常重要，因为它关系 到电梯运行的稳定、效率以及乘客的舒适感 2 8 - 3 0 l 。目前工程上所选用的速度曲线 一般可分为梯形曲线和正弦曲线。 梯形速度曲线如图2 - 3 由抛物线和直线段构成，其运行效率较高，但其加速度 却有突变，这会对电梯机构造成过大的冲击，而且使乘坐舒适感变差。正弦速度 曲线如图2 1 4 由于正弦曲线本身的特性，其加速度曲线是连续的，加速度变化率曲 线也是连续的的加速度按正弦变化，仅在电梯起动和制停时加速度变化率有一次 跳变，因此乘坐舒适感得到改善，但由于正弦函数的计算复杂，不适用于实时产 生速度信号，且分析不方便。两种速度曲线中梯形速度曲线应用较为广泛，以下 以梯形速度曲线计算为例。 2 4 1 抛物线一直线形速度曲线 电梯的运行需要选择恰当的加速度a 和加速度变化率p 的数值，使其既能满 足乘坐舒适感的要求，又能使电梯运行时间尽可能地缩短，提高运行效率。这样， 8 丛望塑堡! ! 堂茎丝笙塑堂生塑垫查堑丝型壅笙三至墨笙苎型 电梯在起动时，应该是逐渐加速的过程，并要逐渐地过渡到稳定运行阶段。因此， 理想速度曲线通常是抛物线一直线形曲线，如图2 - 3 所示【3 l j 。 a m 少_ 、 。 o i p p 捌 厂 一 o uu 图2 - 3 梯形速度曲线 “ a mn 、 一 0 p p m、 厂、 。 o uu t 一 图2 4 正弦速度曲线 由图2 - 3 可见，开始起动到时间t 1 为变加速运行抛物线段，加速度a 由零开始 线性地上升，当到t l 时，加速度达到最大值；此后，进入匀加速线性运行段；到 时间乏，速度的变化开始减小，直到t 3 时开始进入匀速运行段。由“幻为制动减 速段，其运行过程与起动加速段对称。由起动加速到制动减速停车，总的运行时 间为l 加速度曲线为梯形曲线，加速度最大值为a m ，加速度变化率为p 。 2 4 2 梯形速度曲线的计算 由于加速度随时间变化，故把运行时间分为7 个时间段来计算各段参数【3 2 1 。 当0 t t 时，电梯运行在变加速抛物线段 a = p 。t ( 2 1 ) ，：i 1p 。f2(2-2) 占= 1 ，f 3 ( 2 - 3 ) 当t = t 1 时 a l = p 。t l = a 棚 ( 2 - 4 ) 9 第二帝理论綦础伙速斜行i u 梯关键结构设计和动态特性研究 。 v ，= 扛r 1 2 驴扣。3 当t l t r 2 时，电梯运行在匀加速直线段 a 2a 当t = t 2 时 v = y l + 乜。o t 1 ) s = s 。+ v 。o r 。) + 五1 口。o r ，) 2 a 22a ” v 2 = ，l + 口m0 2 一t 1 ) s ：= s 。+ v 。( t 2 - t 。) + 五1 口。o ：一f ，) 2 当t 2 t t 3 时，电梯运行在变加速抛物线段 a = a 。一p 。o t 2 ) 当t = t 3 时 ( 2 - 5 ) ( 2 - 6 ) ( 2 _ 7 ) ( 2 - 8 ) ( 2 _ 9 ) ( 2 - 1 0 ) ( 2 - 1 1 ) ( 2 - 1 2 ) ( 2 - 1 3 ) v = v ：+ 口。o f z ) 一j 1 p 。o f z ) 2 ( 2 1 4 ) s = s z + y z o f ：) + 互1 口。o f z ) 2 一否1 成o f ：) 3 ( 2 1 5 ) 口3 = 口。一p 。0 3 一t 2 ) ( 2 - 1 6 ) y ，2v ：+ 口。( t 3 - - t 2 ) 一丢。o ，一r ：) 2 ( 2 一1 7 ) s ，2s ：+ v ：( t 3 - - t 2 ) + i 1 口。( f ，一r ：) 2 一否1 p 。o ，一f z ) 3 ( 2 1 8 ) 当3 4 时，电梯运行在匀速直线段 a = 0 ，。， 1 0 ( 2 - 1 9 ) ( 2 - 2 0 ) 快速斜行i 【l 梯关键结构设计和动态特性研究 第二章理论壤础 当t = t 4 时 j = s 3 + ，。o f 3 ) a 4 = 0 1 ，4 2 1 ，” s 4 = s 3 + v 。0 4 一t 3 ) 当t 4 t t 5 时，电梯运行在变减速抛物线段 当f = 如时 口= 一p 。o t 。) 口5 = 一p ，。0 5 一t 4 ) 一a 。 ，5 2 v 2 ( 2 - 2 1 ) ( 2 - 2 2 ) ( 2 - 2 3 ) ( 2 - 2 4 ) ( 2 - 2 5 ) ( 2 - 2 6 ) ( 2 - 2 7 ) ( 2 - 2 8 ) ( 2 - 2 9 ) = s 。+ v 。o s - - t 4 ) 一否1 尸。o s f ) 3 = j 一+ s s 一文 ( 2 - 3 。) 当t 5 t t 6 时，电梯运行在匀减速直线段 当t = t 6 时 a 2 一口 y = v 5 一a mo t 5 ) ( 2 - 3 1 ) ( 2 - 3 2 ) s = 屯+ v s ( t - - t s ) 一丢口。o 一岛) 2 ( 2 - 3 3 ) 口62 一口” v 。= y ，一口。0 6 - t s ) = v ，= 互1 | p 。r 。2 ( 2 - 3 4 ) ( 2 - 3 5 ) 尸 疋 “ 办 。妒d 肛 j 6 风 0 。矿 _ 一厶v v 第二章理论攮础伙速斜行i u 梯关键结构设计和动态特性研究 s s2s s + y st - t 5 ) 一五1 日。，( r s r s ) 2 = j s + s z s - 2 s 。+ j ，+ s - ( 2 弓6 )