（机械制造及其自动化专业论文）曳引电梯系统动态理论及动力学参数优化方法研究.pdf

滤江大学嬉士掌健论文：曳引电梯系统动态理论及动力学参数优化方法研究 摘要 随着城市化的发展和a 蜘生活水平的提高，电梯( 特别楚曳g 电梯) 在太 f _ l 生活一l ：佟 中目黼发挥潜重要作用。本学位论文结合杭州市产学研项目“中高速电梯动态特性仿真分析 乎台开发”，采瑁理论分撰、计算搬嫠囊枣l 实验磺究程续含静方法，对曳$ | 窀撵系统动力学 建模g 分析方法、动力学参数优化磐方面进行了深入系统地研究。 第一章，阐述了本学位论文的研究背祭与意义，详细介绍了国内外在电梯动力学、舒适 性评价和振动控制等领域的研究现状。在此基础之上，提出了论文的主簧研究如褰。 篇二章，在系统讨论曳引电梯系统瓣直振动动力学参数建模方法的基础上，利用 l a g r a n g e 方程分裂建立了戋s l 电梯l ：l 系统1 1 垂蠹整帮2 ：l 系统1 7 自由浚静垂直振动摸黧。 t 程实例验证了模型的有效性。 繁三章，以轿厢一鞣絮一导肉系统为硪突对象，刹用坐拣变换方法，建立了滚撵系统水 平振动的随机偏著激励模型及其分毫障方法。基于m o n t e k a r l o 法，瓣电捞水平振动噙窟螅绫 计分析方法进行了探讨。 簿匿章，基于一维弦戆波动理谂，娃曳g 绳轿瓣为研究辩象，建立了奄撵系统水平振 动的波动模型 基予坐标变换、分离变量洼秘g a r l e r k i n 搬授余壁淡，将分毒质量的波动模 型转纯走集孛质量的遴戳模裂，霹激蠢效缝进行模态帮褊寝诗算。 第五章，主要讨论t 垂主开发豹恕梯动力学镑寨分析系统豹整体框絮秘设计蕊戆，戳及 该系统中使用鹣摸态分耩、诺滴癍势辑、瓣态响应分轿积黻瓤搬动潜分析等数值方法。首次 援出了一耱蒸予f f t 帮r o m b e r g 数德耪分懋惩的d u h a m e l 积努耨算法r 垌f t 。 第六章，在努耩不闽类麓影酾因素静蒸磷主，建立了基予谐晌鹰最夺的电梯系统稚宣缀 动饶纯模型，并通谶灵徽度分析检验嫒伉解的有效性；首次提出了种新的蕻于字节裂动态 缡蕊的速转算法，可甄离效德求解电檬垂囊攮动优化横型。实际工鞭算恻骏诞了优化模型和 算法的有效往。 第七章，赫于试验模态壤论，进千- 了电梯系统囊寅振动锤击试黢模态分橱：利用附加镳 心质鬣的办法，进行了电梯系统攒直振动响应实验。电梯动力学特性实验验证了本文建立的 振动模型的正确性和分析方法的有效性。 第八章，辩论文的主要研究工作靼剞新点作了总臻，势对寒来媳研究王撵进簿7 矮望。 关键词：曳引电梯，垂蛊振动，水平振动，参数优化，灵敏度分椐，字节裂动态编码，试验 横态分拆，参数搂台。 濒迂大学撼 ：学靛避必；曳引电梯蒜绞动态理论赦韵力学参数优能方法研究 黛舞篇i 嗣翻 1 u l i i i ii 1 1 1 1 ：1 簟葺嗣i 啪 a b s t r a c t 翠f i 爆t h ed e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o na n di m p r o v e m e n to fl i v i n gc o n d i t i o n s , d e v a t o r s 。e s p e c i a l l yt r a c t i o ne l e v a t o r s , p l a y a ni m p o r t a m r o l ei nh u m a nj i 热 s u p p o r t e db y d e v e l o p m e n to fad y n a m i cs i m u l a t i o ns y s t e mf o rm e 嘏u ma n d h i g hs p e e de l e v a t o r s ，a ne n t e r p r i s e - c o l l e g e i n s t i t u t ec o o p e r a t i v ep r o j e c t ，a c t i v e l y a b s o r b e dt h eo r i g i n a lt h o u g h t s ，n e wt h e o r i e sa n dt e c h n o l o g i e so fc o r r e l a t i v es u b j e c t s , t h ed y n a m i cm o d e la n da n a l y s i sm e t h o d so ft r a c t i o ne l e v a t o r sw e r ee s t a b l i s h e d a n d t h eo p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e so fd y n a m i c sp a r a m e t e r s ，a r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yb y c o m b i n gt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，c o m p u t e rs i m u l a t i o nw i t he x p e r i m e n t s i nc h a p t e rt ，堍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 er e s e a r c ha r ei n t r o d u c e d 。t h e d e v e l o p m e n tt r e n da n dc u r r e n tm s e a r c hs i t u a t i o n so ft h ed y n a m i c s , e v a l u a t i o no fr i d e q u l i t ya n dv i b r a t i o nr e d u c t i o nt e c h n i q u e so ft r a c t i o ne e v a t o r sa r ee x p a t i a t e d ，a n dt h e s t u d yc o n t e n t so f t h i sd i s s e r t a t i o na r ep r o p o s e d 。 i nc h a 辫e r2 ，t h em o d e l i n gm e t h o d so fd y n a m i cp a r s _ m e 括r so fav e r t i c a le l e v a t o r s y s t e mw e r ed i s c u s s e d 。t h e nt h ev e r t i c a lv i b r a t i o nm o d e lo faj ：l a n d2 ：1t r a c t i o n e l e v a t o rs y s t e mw e r ee s t a b l i s h e db a s e do nl a g r a n g ef o r m u l a e n g i n e e r i n gi n s t a n c e s s h o wt h ev a l i d i t yo f t h e s ev i b r a t i o nm o d e l s ， i nc h a p t e r3 ，t a k i n gt h es y 惑e mo fc a rc a b ，c a rf r a m ea n dg u i d e r 毽sr e s e a r c h o b j e c t ，u s i n gc o o r d i n a t et r a n s f o r m a t i o n ，ar a n d o m d e v i a t i o ne x c i t i n gm o d e lo ft h e l a t e r a v i b r a t i o no fa l le l e v a t o rw a sb u l i t , a n di t sc o m p u t a t i o nm e t h o dw a s 或u d i e d 。 b a s e do nm o m ek a r l om e t h o d ，t h el a t e r a lv i b r a t i o nq u a l i t yw a sa n a l y z e d ， i nc h a p t e r4 ，b a s e do nt h ew a v et h e o r yo fo n e d i m e n s i o n a ls t r i n gv i b r a t i o n ，a h o r i z o n t a lv i b r a t i o nw a v em o d e li sb u i l tt os i m u l a t et h ed y n a m i cp e r f o r m a n c eo fa h i g hs p e e de l e v a t o rs y s t e m 。t h r o u g hc o o r d i n a t et r a n s f o r m a t i o n ，s e p a r a t i o no f v a r i a b l e sa n dg a l e r k i n ，sm e t h o di su s e dt od i s c r e t i z et h eg o v e r n i n gp a r t i a ld i f f e r e n t i a l e q u a t i o n si n t oad u m p e d - m a s ss y s t e m ，w h i c hc a nb es o l v e de f f e c t i v e l yw i t hc l a s s i c m e t h o d s i nc h a p t e r5 ，t h ef r a m ea n dm e t h o d o l o g yo ft h ed e s i g n e dd y n a m i cs i m u l a t i o n s y s t e mf o re l e v a t o r sw e r ei n t r o d u c e d b a s 蕊o nf 辩( f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ) m e 像o d a n dr o m b e r gi n t e g r a t i o nt e c h n i q u e , af a s ta n dh i 馥p r e c i s ed u h a m e li n t e g r a l a l g o r i t h mr f f t w a sp r o p o s 张 i nc h a p t e r 敷b a s e do i lt h ed i f f e r e n tp r o p e r t i e so fd y n a m i cp a r a m e t e r s ，m a k i n g u s eo fh a r m o n i cr e s p o n s ea n ds e n s i t i v i t ya n a l y s i s , av e r t i c a lv i b r a t i o no p t i m i z a t i o n m o d e lo fe l e v a t o r sw a sb u i l t ，a n dan e wd y n a m i cb y t ec o d i n gg e n e t i ca l g o r i t h mw a s p r o p o s e dt os o l v et h i so p t i m i z a t i o np r o b l e m 。a ne n g i n e e r i n gi n s t a n c es h o w st h e e f f e c t i v e n e s so f m o d e la n da l g o r i t h m 。 i nc h a p t e r7 ，e x p e r i m e n t so fm o d a la n a l y s i sa n dr e s p o n s ea n a l y s i so f ae l e v a t o r v e r t i c a lv i b r a t i o ns y s t e mw e r ec a r r i e do u t t h er e s u l t ss h o wt h ec o r r e c t n e s so f l 浙江人学博i + 学位论文：曳引电梯系统动态理论1 ；5 之动力学参数优化方法研究 d y n a m i cm o d e l sa n dt h ev a l i d i t yo f n u m e r i c a lm e t h o d se s t a b l i s h e di nt h i sd i s s e r t a t i o n ， i nc h a p t e r8 ，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 dt h ef 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 k e y w o r d s ：t r a c t i o ne l e v a t o r , v e r t i c a lv i b r a t i o n ，l a t e r a lv i b r a t i o n ，p a r m n e t e r o p t i m i z a t i o n ，d y n a m i cb y t ec o d i n gm e t h o d ，t e s tm o d a la n a l y s i s ， p a r a m e t e rf i n i n g 1 i 】 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师搬导卜进行的研究工作及取键的研究成墨 撵我耩知，除了文中耱巍勰暖标淀程致落懿逢方井，论文唾不包含箕建太已经发表或撰 过麓婿究藏聚，也巧i 瞧含为获褥盘姿叁望或其 龟教育瓶鞠鹃学位或证书两使舞j 过鹣 籽。写我一同工作的黼志对本磷究搿骰豹任籍贡融均已在谂文中作了明确的浇明并袭示 意。 学位论文作者签名：刚寇铂 签字同期：和彬s _ 年月厂日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作糟完全了解逝望盘望有关保戳、使用学位论文的规定，有权保 并向圜家有关部门绒机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授静 i l 丝三盎茔哥以将学位论文粒全帮或郝分肉容编入有关数攒瘁遘荐检索，爵醚采孺影禽 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在嬲密后遗用本授权书) 学位论文作者签名：刚凡事 签字日期：删年f 月日 学位论文作者毕业蜃去向： 工作单位 遭讽瞧缱： 电话： 躯编： 导师签名： 1 囊岳私 签字目期：o o 。厂年6 月e l 浙江大学博 一学位论文：曳引电梯系统动态理论及动力学参数优化方法研究 致谢 本学位论文是在导师陈子辰教授的精心指导f 完成的。值此论文完成之际，我要深深地 感谢陈老师在我三年多的学习和生活中所给予的淳淳教诲和悉心关怀。在日常学习、课题研 究和论文撰写的过程中，白始至终得到了导师的精心指导和热情帮助，从论文的选题、方案 拟定、理论和实验研究到定稿，无不凝聚着导师的智慧和汗水。导师渊博的学识、敏锐的洞 察力、务实求新的治学作风、扎实勤勉的1 二作态度和诲人不倦的高尚品德，时刻影响和激励 着我，使我终生受益。 特别感谢梅德庆副教授。本学位论文是在梅老师的具体指导和悉心帮助下完成的，论文 中的许多j 二作都凝聚着梅老师的智慧和心曲。梅老师严谨的治学态度、强烈的事业心、不断 开拓进取的创新精神，使我受益匪浅。同时感谢梅老师三年多以来在生活上对我无微不至地 关怀。 衷心感谢实验室傅建中教授、王文副教授、何闻副教授、应济副教授、杨克己副教授等 老师在学习和课题研究中给予我的帮助和指导。 感谢课题组张春良博士、陈弧良硕士、浦军硕士、陈顺平硕士、丁立强硕士和杜小强博 士生、i l 天浆礴士生、菠严峻媾士生、李砍馕七生、抟痰武颈士生等绘予我的支持帮帮助。 是他们的通力合作使课题研究工作得以顺利究成。 感谢沈润杰博士、鞠华博士、刘盛博士、潘开林博士、徐月同博士和攀国平、余佩琼、 吴髓雄、羹永、翥武嘉、4 j 方华、鹣永挂、强、赛誊程、耜懂寓、徐爱群、林溢鹾、季国 顺、范宗尉、林伟青等博十生同学，以及实验室诸位硕士师兄弟给予我的热情帮助和商益启 避。是她们使貔攻博期阀繁张繁重拣学习鄹研究充满着乐趣，馒我度过了慷快两令人濮忘的 美好时光。 感谢浙江大学对我的培养。浙人这所百年名校所凝聚的求是、创新、开拓、进取精神， 薅我鹃一生将产圭重要懿影睫。 感谢西子奥的斯电梯有限公司在课题研究过程中提供的帮助和台作。特别感谢西予奥的 款公司郑永魔王程师、杨志华工穰师、刘成轩l ：程师，与他们的蠢盏讨论扁造我顺利完成相 关毳 究工干# 。 感谢父母的养育之恩，感谢他们含辛茹游地培养我们兄妹成人成才；感谢岳父岳母对我 鳇荚陌和支拷；特别感潜我的妻予寒文穆女童= 薄我的懋鳃、鼓辩秘关爱，爱是家a 熬炎憝奉 献，使我能够顺利地完成三年多的博士学位论文研究t 作。 感谢所有帮助、关心、理解和支持我的来人、师长、同学、同事和朋发们。 最磊，谨囱百忙串麴出宝贵时闻评审本论文静各位专家、学者致鞋最诚挚豹谢意。 硝宪铸 二二零零五年四月于求是园 浙江大学博t 7 学位论支：氮哪j 乜梯系统动态理论投动力学参数撬傀，法研究 第一章绪论 1 _ t 课题研究的背景与意义 随蓿城市纯的飞速发展和现代城市中九口不断增长，入锏对空阍酾需求越来越大，丽城 市的生存空间却是十分有限的。为了更加充分地利用育限的空间资源，现代城市规划前已越 来越多地把目光投向发展霸l 建造高层、超赢层建筑。发展高层建筑，酋先必须解决其中的运 赣翔瑟，壤撵无疑是鳞决这滔嚣鹃瞧“霹芎亍选彝。 电梯是随着高层建筑的兴建而发联起来的一种运输工具其地位相当于“垂直运动的汽 车”，是王见代城市生活必不可少的交通l ：具。据统计，荧国每天乘坐电梯的人次多于祭其它 交通王嶷数人数。据2 0 0 2 年统计，强瓣我霪在崩电撵3 4 6 万台，每掣额撵安装量逶黻6 万 台的速度加速增长。当今世界，电梯的使j j 量已成为衡量现代化程度的标志之一 “。 随着高层、超高层建筑的涌现，电梯不断向高扬程、高速方向发展。然而，随之而来的 是电梯在攘个运行过程中产生过大的枧械振动和冲击会影噙电梯的= _ 佟性能，对其曳g l 系统 产生酣翱动载萄，致丽缩短电梯豹使蠲寿命；强嚣的攘动还会影响电梯轿耀上仪器技袋的正 常工作，缩短精密仪器的寿命，且严重影响其精度，使电梯不能平层到位，导致安全臻故发 生；振动以擞振动产生的噪音还会影响乘客的舒适感和健康，从而影响电梯企业的品牌和信 誉糍。 功能性、安全性和舒适性是电梯品质的三大要索，电梯的搬动是影响其好适性鼹主要魄 弼素。秘前，国幽外电梯在功能链和安全性等方面的技术已经醇臻完善，商舒适性蔡求成为 制约电撵发展麓瓶襞 “。譬在1 9 6 2 _ 筝，擞器主最大弱壤梯公司美国o t i s 彀撵公司藏 嚣发出了8 m s 的裹遮电撵。到鼹蓖必l ，o t i s 公嗣、露本三菱公谣笛都您生产爨t1 0 m s 以上的超高速电梯，2 0 0 3 年1 1 月在台北1 0 1 大楼投入使用的东慧电梯运行道度已选1 6 8 r r d s 。 谯国内，大多是能生产骶予3 m s 羽龟梯，嚣益在麓态瞧能、舒遥感等方瑟无法与避稿电梯 攘毙。搴安上，国内对予孛裹楼电檬瓣鬟求，多是壤羧避蜀。 2 0 0 4 年豁季课题组曾对运舒在沪杭地区2 0 0 余家使用单位的4 6 螽电梯进行了动态性能 测试i 4 ，4 ”，测试对象覆盏了上海三菱、上海东芝、广州豳立、广。州通力、硼予厌津奥的斯、 苏辩 逐达等圭耍品辞豹不闻速壤、不阉载重瀚电梯。遇过谲硪发现，瀚肉众韭( 包括台资垒 故) 主袭燕褪电梯熬安全瞧寒珐娆洼，奄产鼹毫撵我动惑缝戆与国羚瓣类逡糖还曩离e 较大 的差距。特别是电梯的垂赢振动( z 方向) ，很多产品超标或者只能达到国标要求的最低标 搬；承早振动( x 、y 方向) 由予国内电梯的运行遮度比较低，振动永平一般都比较低。图 1 1 - l 为黧幽帮沥上主要的2 2 辩不弼黧号龟梯的动态性麓分希魏线，横坐标为电襟编弩，缀 坐标为电梯的动态性能指标。为了鼹察电檄动态性能与冀运行速痉| ! l 冬芙象，图中还绘澎了穗 第一譬鳞论 瘫的娥襟速度努毒越线( 为了对比爨曩，舂土幽轰瞧捞速度放大了2 菇，左下圈箨邀撵速瘦 被放大了5 倍。) n o n 。 露1 1 - 1 主要蠹产电梯动态性能分奄 电梯主要分为曳日l 电梯和液压电梯两大娄。液压电梯由于受提升离度的约康，霞辐层、 超越层建筑中的应用受到根大限制：曳引电梯是耳裁国内外裹屡建筑中运行的主要梯戮。因 此，针对曳引电糖进行动力学建模与分析方法、电梯参数优化等方耍的研究，对于提裹国产 电撵的动态性能和品质其有重要的意义。 1 2 瞧梯概述 l 幺l 趣梯酶发艇史与趋势 邀捞的发威与舞降搬骞一定熬联攀。据考雷学家磷究发瑷，我篱最早在公元翦 1 0 0 年 裁其骞了秀晦搬瓣雏澎辘轳。公嚣翦1 3 6 年，掰基张德凌诗掇一静卷衙式拜骅辘。在缱 居避蕊干多年中，舞终娥一壹蹙靠人力、蠹力或东力俸为动力“。 1 8 5 8 年美鬻制造商粪的新发明了安全装簦和珏蒸汽机为动力的载入升降机。1 8 8 0 年德 国鬟早出现了搦奄力撬凌静舞辩杭。o t i s 电梯公司1 9 0 3 年掩出曳引式电梯，巍引式电梯克 8 m m s 。 ” 孙 柚 埔 瞄 |【66mil； pljz 浙江大学博学位论文：翘引毡梯系统动卷理论擞动力学参数优化方法磺究 i 昔i 黛i 鼍i i 置黼i i i i 黼嗣i 置i i i i i 嵩爿葺宣i i 誓黛i i i 写高赫i i i 宣簟皇i 叠ii ii i i i i i 黼萱胃瞄黼 鼹y 提癸菇度、载重撂方瑟浆限制葶l l 安全运嚣方瑶戆缺熙，为现钱迤撵豹发震葵定了基璐l 。 二次人战之后，电子技术j “泛应用丁电梯。电梯控制从单一电梯控制列群控，调速方式 也鼠褒流调速经羼交流稠建、挟绥溺速、谰瑶藕遮捌调颧谰压谲蘧、永磁同步电机溺速、齑 线电机调速等先进的调速方式。 自1 9 0 7 年美国舆的斯公司在上海安装我国前第一台电梯以来，至2 0 0 2 年中翻已发展剖 棚有器种外资、中资髌梯生产公司2 0 0 余客，啦及火量的魄梯配你生戏企渡，年生产鼙在6 万台班上1 。 电梯经过一螽多年静笈鼹，逐渐形戒了三丈系捌电鹊接术i i ：美国技零、敬溯技术耧 赃洲技术。荧国l u 梯技术是以o t i s 为主的电梯技术，其中包括加零大。美国技术始终保守 先遥技术，献没有褥最先避静电嚣技术在髓弄各国斑用。敬溺 电梯技术是潮际上琏羽最j 、的 电梯技术。在全球欧洲电梯技术以电梯耐用而称麓，一般如梯寿命为2 5 颦。加上酸渊人比 美翻a 市场先导注好，所以在全球谶行台资台作，使欧洲电梯技术成为国际通用技术之先锋， 同时欧洲电梯标准也为国际电梯标准。甄洲电梯技术是以豳本为主母的电攒技术。獗日本由 r 对用户心理掌握的好，以舒适性好而闻名。但是妇本电梯企业出于自身利益考虑，虽然使 蠼时的舒适感好，藤电梯寿命只有欧洲电捞数6 0 ，保证镬是毒愈只有 5 年。 据分析，未来的电梯将向高速化、智能化、人性化、舒适化发展i ”8 1 。 1 2 2 电梯的构成与分类 电梯( e l e v a t o r , l i f t ) 是服务予固定楼朦的围 定升降设备。它具育一个轿厢，远行在至少薅列 垂赢倾斜角小于1 5 0 构剐性等轨之问，是瓣宣输 送人癸或货物的交通工具i 1 。 ( 1 ) 电梯的构成 电梯是一种较为复杂的机电一体化设备。它 由谗多机械构 _ = ，电子、电气、夫规模集成如路 蝌成的微型计算机荼统，以及声、光控制部件簿 组成。许多高科技产品如嘲络技术、光纤通信技 术、遥控拽术婶都已往电梯上得到广泛应用。人 们通常将电梯从功能角度分为电梯机房 ( m a c h i n er o o m ) 、电梯井道( h o i s t w a y ) 、电梯 轿黼( 1 i f tc a r ) 和屯梯屡站( 1 a n d i n gh a l l ) 等四 大都努t ”。 电梯机房( 成称控制问) 一般被设置谯电梯 井通顶部( 机穗上美式) 。机房内安装有曳引概 斛1 2 - ! 电梯臻构鼹 第一章绪论 i 赫i i i i _ i1, i i i 黼 ( t r a c t i o nm a c h i n e ) 、嚣向轮( g u i d ew h e e l ) 、控毒i 屏( c o n t r o lc a b i n e t ) 、限逮器r u n a w a y g o v e r n o r ) 、掇黢舞芙( f i n a ll i m i ts w i t c h ) 、憨迤深控澍鑫( m a s t e r p o w e rs w i t c h ) 等主要竣簧。 电梯井道楚指电梯上行、”f 行的空间，在此间布置了导轨( g u i d er a i l ) 、导靴( g u i d es h o e ， 安装谯电梯轿厢上) 、缓冲器( b u f f e r ) 、随行电缆( t r a v e l i n gc a b l e ) 、 偿装援( c o m p e n s a t i n g d e v i c e ) 、限遮张紧装置( g o v e r n o r t e n s i o nd e v i c e ) 、隔氆教( 乎麓援) 、辩垂装鬣( c o u n t e r w e i g h t d o v i c e ) 。 电梯轿厢魑电梯中装载莱客威货物的金属结构体，由上下四飙尝裁导向沿导孰作垂照 井降运动。絮出轿题架( c a rf r a m e ) 、矮耨体( 钮括轿辣艨c a rp l a t f o r m 、轿耀壁c a l w a l l 、 轿嚣颈c a rr o o f 轿| 、jc a rd o o r 秘轿瑟操缀蕊板c a ro p e r a t i o np a n e l ) 、自渤开门机( d o o r o p e r a t o r ) 、安全镑装置( s a f e t yd e v i c e ) 、平层感应装置( 1 e v e l i n gi n d u c t o rd e v i c e ) 和超载与 称载装置( o v e r l o a da n dw e i 曲t i n gd e v i c e ) 等几部分组成。 电梯熬瓣站落分位予电掇备鼷蓐豁，镪旗电禚鬈门、稻嗅按键、楼瑶援示和清簖汗关( 一 般设在消防毫梯的篓辩) 等。 ( 2 ) 电梯的分类 彀撵豹分娄方法毒多葶孛，常燕麴寄按邀糖用途分类、攘拖动方式分粪、按驱动系统分类、 按曳s 极鸯嚣减速雅分类、按额定速度势嶷等。对予本掌位论文的研究丽富，君两种分炭方 法比较重要。 1 ) 肖落轮鬯棒与无落辘魄梯 电梯按笺g f 祝有无减速箱可戳分为有落轮电褥捐无落辘电梯鞭类。霄馐轮奄梯曳；l 鞍的 转速与电动楗的转速不耀簿( 电裁橇转速 曳；l 轮转速) ，中阅有蛹轮一螭括减速箱或齿轮减 速籀( 行星德辘、斜齿轮) 。无逸轮电撵曳g 轮转速与瞧凌枫转速檩等，串翔笼蜗轮蜗杼 减速箱戒齿轮减速箱。对予这类电梯，要求电动机其寄掇檄低转速、大转艇鼬能力。 隧1 2 - 2 笼糍轮曳喀 桃( 庄) 尚有拷轮戋零i 概右) 泛年来，淹祷永磁孝琦料辅永磁电机技术的谶步以及电乎技术和控剁技术的发矮，容磁鳓 步无搬轮曳g l 电撵越来越受剿凰渴外电梯杼渡的普遍熏褫。采磁同步无齿轮曳引电梯同传统 4 浙江大学祷i ：学位论文；曳引电梯系统动态理论教幼力学参数优化方法到f 究 的有齿轮曳引电梯相比，具有结构简单紧凑，低能耗、商效率噪声低，性能价格比磷，安 全霹靠槛裹等撬点阳。 表】2 - 1 是某通力【毡梯公司对载羹1 0 0 0 k g 、速度1 0 m s 的液压梯、双速梯、传统的v v v f 电梯以及最新的永磁同步无齿轮曳引电梯的性能数据进行的统计对比1 3 8 l 。 表 + j 嚣静电撵辨挂末秘疑济装攒对地1 3 8 】 渡匿 敢遮 传统v v v f 隶醛鲻步电撬 载重嫩( k g ) 1 0 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 0 速度( m j s ) joioi oio 魂鞋甥宰( k w 2 7i 01 05 ， 额定 乜流 6 5 3 02 51 4 瞧藏f a ) 起动电流8 01 0 03 52 0 1 年趁韵次数 1 00 0 047 0 037 0 0 28 0 0 1 0 0 0 0 0 年能耗 年起动次数 8 0 0 075 0 062 0 0 3s k w h y ) 2 0 0 0 0 0 年趋动次数 2 60 0 01 0 0 0 075 0 044 0 0 3 0 0 0 0 0 热损失( k w ) 6 0 电2351 o 耗油曩 l 3 0 03 53 50 萋粼k 醇 1 2 0 06 5 06 5 0 3 3 0 机房噪街( d b a ) 6 5 7 06 5 7 06 5 7 0 6 5 7 0 典型机房面袭( 2 ) 1 01 5i 5 0 从袭中可以看出，永磁同步凭齿轮曳引电梯具脊明显的优势。有趣由相信，由永磁同步 电辘驱秘的兹齿轮电梯将成为电禚发袋的主流。 2 ) 串低速电梯与( 怒) 高速电梯 电梯接遮发分类霹戳分为低速毫撵、中速毫梯、赢逮邀糖、超嵩速邀褥酉类l l l ： 】) 低速魄梯：彀撵麴运季速度v 一4 m s ，l 3 丁实行了分区控制的离层大厦。 第一牵绪论 叠嗣宣簟i i 高r i l r 麓警嗣爿毒黑篇宣麓嘲宣辅葺警i i 葺薯 邀棒瓣运 予速凄选拇与电梯在大楼内的撬升高度密溺榴美，针对笃字楼使蠲韵电稀，撬 供电梯速度参考数据如一】： 袭i 2 - 2 也群遴攫提升稿淡的选掸关系 提弹离壤( m )1 8 梯建缱( m s ) 7 5 9 0 1 1 0 1 3 0 1 3 0 17 5 2 s 30 4 0 4 0 1 。3 电梯动力学研究现状 电捞楚一个复杂的枫毫体纯系统。一般采说，电梯的撤动主要是指电梯轿厢、沿并道的 霉赢振动( z 方囱) 和在家平平藤肉的横向振动( 朝水平振动，x 、v 方良) 。蛙撵系统黔振 动与控制鬃统、毖 l 系线、譬囱系统、袋蹩补偿系统鼓及窀梯的载荷分布等具有密切的关系 系。在本文中，主要研究机械系统动力学特性( 包括曳 l 系统、导自系绫、鹱璧於接系统以 及电梯她载薅分京等) 对电梯振动静影响裁律，控翻系统产生的波动主簧阻激励的形式予以 考虑。不过工程实践表明。台理选择控制系统的p i d 参数等瓣簿低电檬的振动水平瞧其有 薰要麴意义。 1 3 。i 电梯的垂轰振动建模与分析方法 电梯系统整鸯方商静振动主要燕通过曳 i 缝( 钢熊缝或钢带) 向轿厢传递的，曳引帆输 出力矩的波动，皴及戋g l 轮、耱】饕轮、对重轮帮张紧轮静偏心( 域蠢不规鳓) 怒垂巍攘秘的 主簧攘滁。实际调研表确l “。奄梯的瀑富强动撼有狠强韵谐渡性，与奄梯系统的禁些低阶 鼹寄摄动具有密塌静联系。疆祷国内， 科技工作者对电裸的垂蛊搬动臻模与势擀方法研究比 较多，已经形裁了许多溅熬静理论和实际瘦掰成果。 湖南大学鞠陈炳炎、予穗介等人 “3 ，”9 ”l j 利用投格朗臼方程建立了l ：l 电撵系统7 鑫 国度擐动模型，针对迫梯动力学模麓参数为时燮参数的特点，提出了秘基于实测系统鞭蠢 频率翡电梯动力学模墅修磁方法，对湖南益阳电梯总厂生产的t k j t l 0 0 0 i 6 - j x p c 型电捞进 行了动力学建模与修正，瑕得了令入满意逾结慕。在藏基础之上，张们还提出了一种以降低 轿耀摄大振动拥速度福值海日称静动态特性优傀方法，并编制了晌艘的f o r t r a n 计算程序。 浙江：r 娃大学的张聚、杨乏华等人 5 吨“，“2 瓷1 ：t 电梯系统7 自由度攘动模型的蒸础上，对 电瓣辫整个雩亍稷避行离散，把鞭来韵时变系统模黧转化为一系列时不变的瞬时系统迸彳予数值 求鼹。上海交遥大学的王帮辉昝”l 入钟对抗矧瓶子电梯韵2 ： 曳g 系统建立了8 自瞻度摄 浙江太学博：| + 学位论文：曳$ 电梯系统动志理论投动力学参数优纯方法研究 宣i 皇薯赫躺i i i 羞i i i i 嗣篇i i i i i i i i 糊i i 嗣i i 宣i i i i 辅鞴i i i i i i 宣葺黼攀簟嗣圈薯赫黼萱i 萱 动模型，麻m a f l a b 平台分析电梯系统模型的频率特性以及频率特性与电梯参数之闽的关 系；刘邑躲 | 毒一些激獭疆及宅禚戆运行遮褒撵为输入，遴一步分辑邀搽参数变托霹斡激翁璃 麻的影响。北京科技人学的雷鹏等人搬据建立的电梯实验台，应用m a f l a b 仿真软件对电 梯系统j i 行建模与仿真，研究通过调整控制系统来改进电梯动态性能的方法。上海交通大学 的郑延攀等人”5 。”瞧立了曳g l 电梯l ：l 系统垂直振动秘承平振动 e 骏簿蕈鲍模型，缝照基 础上裁瑙c 语言开发个邀稻动态往髓分析软骨，荠w 蓦 j 埔该软件对上海三菱某型号魄梯进 行了分析计算和电梯动态性能评价。 英国的k n a i 等人1 1 5 - t 6 1 认为一个离速电梯的动力学系统可默分为露相耦台的三个部分 ( 童耍嚣1 3 - l 辑示) ：第一部分楚电气驱动系统，主簧楚曳； 耱转速静溺琢控铡系统；第二 部分是绳索( 包括曳引绳、补偿绳，链) 以及通过它们连接的质量( 转动惯量) 系统，这 系统的力学特性依赖于电梯在井道中的恩体位置；最艨一部分是轿厢与轿架之间的隔振系 统。绳豢( 包括曳；缀、於偿绳避) 辩予整个毫梯动力学蒋洼是至美蓬要瓣，困淹它疆又 地影响划电梯的共振特性和对激励不间频率成分的振勘的传递率。建立遮一高速电梯系统的 动力学横型的难点在于，绳索的质量是不可忽略的，并且各部分的质照和刚度随电梯襁井道 中的具体位置而变化。k n a i 等人据此建立一个1 0 自由度离散质量模型( 如图1 3 2 辫示 ， 并箍导了系统静动力学方程。实际电撵实验潮试蕾碉u 该模型静有效瞧。 鞠1 3 1 葛速电梯菘缱模型 鹫1 3 - 2 矗建耄梯系统动力学攒整 不j 建，献强内辨豹支辍来蓍，炎多数a 瀚研究：j ：律主簧莛钎对菜特定梯受，没有系统 地考虑不舄缡桷形式的电撵在建楼时的蕉雾；匡痰的磷炎传都没毒考瘩曳 | 绳、 镁蓉缝 ? 第一章绪论 戆交鬣与弹蛙特性，这霹畿与国内戆瞧梯速壤较低、穗于 毫褰不火有关。 1 3 0 电梯的水平振动建模与分析方法 也梯系统的雄商振动羊n 水平振动都是影响电梯动态舒适性的霪爱冈索但国内外剥于水 平振动的醑究帮相对较少。一方瑶，楚因淹毫梯系统承平振动与宅梯的黄葫蘩式、结鞫釉运 动参数、导向系统特性等都有密切的关系，振动机理比较复杂，建模困难；，j 一一方面对于 瘟搦跑较j 豹中骶速毫梯，零平振动对瞧梯动悫努逶蛙鹣影晌远没有亟壹振渤犬。不j 窭，骧 着电梯运行速魔的提高，水平振动对于电梯性能盼影响越来越显著。研究表明，电梯系统的 永平振动正比于电梯的运幸亍速度l ”。因此对于离速、超赢速电梯，电梯系统的水平振动是不 容怒榄的。 导轨是电梯系统水平振动的主要激励源【”。导轨对电梯的激励主要米自两个方面：导轨 的位置误差及变形( 主要包括导轨变形、导轨倾斜和接头误差等) ，导轨刚度随导靴位置与 导轨支架之间距离的变化。 天津火学的李立京等人l ”1 把导靴系统简化为线性弹簧一阻尼系统，建立了考虑轿厢水 平移动( 平行轿厢门) 与摆动的2 自由度水平振动模型，如图所1 3 - 3 所示；他们将导轨简化 为一系列刚性圆弧的连接，并将其横向挠度作为激励输入，计算了电梯轿厢的振动加速度响 应。 图1 3 - 3 电梯轿厢水平振动模型 r o b e r t s i ”研究了在导轮上的位移和外力系到电梯轿厢质心力系的转换原则。k e n 1 c h i o k a m o t o 等人1 分析了三种可能存在的导轨扰动模式。傅武军等人1 7 5 1 在r o b e r t s 和k e n 1 c h i o k a m o t o 等人的工作基础之上，同样把轿厢一轿架之间视为刚性联接，以坐标变换为基础， 建立了轿厢除垂直移动以外的5 自由度水平振动模型；并研究了在导轨正弦、三角、脉冲和 阶跃等模式的扰动下，电梯轿厢的加速度响应。 导轨的刚度在不同位置是不同的：在靠近支架的位置刚度比较大，而在远离支架的地方 刚度则小得多。n a k a o 等人i l8 】等人研究了由于导轨刚度变化引起的电梯水平方向参数振动， 8 浙江大学博0 学位论文：曳弓 屯梯系统动态理论投动力学参数优化方法耐究 赫宣羞i 篁搿黼i i i i i i i 暑赫鞘蔫i i 囊i i 蕾篇i i i i i i i i 薯鞘篇i i i i i 宣置置i i i 粼ii 嗣i 通过理论分析和仿真计箨发现，导轨刚度周期性的变化也会激起轿厢在水平方向的振幼，特 嗣蹩刍簿辘澍度变豫匏颧率藿运赣嚣陶有簇率蠡搴2 信瓣，轿簇藏叠发生副燕豹振动。 对j ：高速、高扬程电梯，曳引绳的波动对电梯系统的水平振动具材重要的影响。z h u 等 人 8 1 - 8 2 1 铃人基于波动理论分别建立了刚定曳引绳和运动曳引绳电梯轿厢振动的边值问题，井 讨论7 系统潮有振动零l 啕癌豹分辑方浚。 目翦国内外对于电梯系统水平振动的研究大多还处于理论和仿真研究阶段，还没宵形成 一套成熟的理论体系和分析方法。 1 4 电梯振动评价研究现状 电梯系统的振动是影响电梯好适憷的主要因素 l ，也是电撵厂髓在垒产、安装、维护 熏点荚注的问题。一般认；i f ，振动加速度( a c c e l e r a t i o n d e c e l e r a t i o n ) 和加速度变化率( t h e r a t eo f c h a n g eo f a c c e l e r a t i o n 。c o m m o n l yk n o w n 鑫sj e r k ) 怒入稍感到不逑魏主饕毽絮”“* 由予加速度容易测量井正比予惯性力，电梯盼振动水平一般通过两个加速度搬搽来餮 鬣，鄢振动加速度弱鼹火峰一蜂值( p e a k t o p e a k ) 和a 9 5 值”。两种指标均是当电梯从距 裹 亍穰一端0 5 m 熊秀：始蠢接懿额定速瘥遴 j = 到距离抒稚男一端8 5 m 处遮一遘翟静测灏值 ”，二者基本单位均为m g ( 1 m g “l o 。2 m s 2 ) 。l o r s b a c hi n 认为对于现代电梯而言，最大珂以 接受熬攒动求平瘦该是最大振动加速发蜂一峰值不超过1 2 r a g ，振动加速发a 9 5 值不超过最 大蜂一蟪毽懿一半。 h a r r i s o n f t o l 认为振动自日速度的峰一峰值鼹有一定的鹱祝性，不适合予傍为餐鬟啦梯振动 求平的指标。他提出把振动加速度的标准偏麓作为指标，可以有效消除测鬣过程f i q 影响、环 境噪声豹予捷和坐标系选择戆影螭。 国梅g b l 0 0 5 8 1 9 8 8 电梯技术条枣 烧定电撵起裁动热、减速凌最大蠖不大予 1 , s m s 2 ；额定速度h n s v 一 2 m s 的电 捞平均掘、躐速度瘟不枣予o ，7 涮f ；莱鬻壤搽与藏褒蘸撵的锈藤运错靖鹳水平方秘每辫誊 方向振动加速度应符合袭i 4 - l 规定。 表1 4 - l 匿标对不喇等级电梯加速度簧求 匿本三餐魄梯公司的渡进英纪 卅试为，砖裹速、凝搦程电鹳魈逡动特髅与振旗搬豁痰 雠1 9 5 德搀指在椠一时间范潲内筑计餐( 速艘、加速艘、掇动加谜艘等) 姒零为饕体“f 限曲0 ，8 5 鬣蒋隧 阈静置愤| 戳。关于镐值酌计算方涟碉参考文献 1 0 2 3 或奉文辩录 6 。 9 第一帮嫡论 控剿在熟袭1 4 - 2 联示豹藏溺蠹。 表1 4 - 2 岛德l u 梯舒适性指标 辩紫 项巨睁际毽 豁 最大加( 减) 速艘 09 r i g s 最天热速度壅诧事 1 3 m ，s 3 适起动时振动加速殷 0 l m s 2 感剖动n 振动加速艘 o 1 m ，f 加递度波动00 9 m s 2 ( p - p ) 对电梯振动的评价不能仅仅局限在振动加速度和加速度变化率的指标上，还应该充分考 虑人体生理对振动的反应 4 3 , 8 5 - 9 1 。人体对振动的反应不但取扶于振动的强度( 振动的能量) ， 还与振动的频率和振动方向有关。研究表明 ”，8 5 8 6 1 , 人体全身垂直振动在4 8 h z 有一个最 大的共振峰，主要由胸部共振产生，对胸部内脏影响最大；在l o h z 附近还有一个较小的共 振峰，由腹部共振产生，对腹部内脏影响较大。人体对丁- 水平振动耍比垂直振动更敏感些， 影响比