消除电梯振动及轿内噪音的实验及理论分析

消除电梯振动及轿内噪音的实验及消除电梯振动及轿内噪音的实验及 理论分析理论分析 本文从电梯的振动特性入手 找出造成电梯振动以及轿内 噪音的原因 然后通过研究得出电梯系统中各个参数对电梯振 动特性的影响 以及改变参数后电梯的振动规律 从而找出和 电梯振动规律密切相关的一些经验参数 搭建了一种消除电梯 振动及轿内噪音的实验测试系统 并采用 matlab 对数学模型进 行仿真 改变电梯系统中的各个参数后对电梯进行仿真 得出 电梯的振动规律 本实验对制造 安装 改造维修工程应用中 有实际的指导意义 电梯机械系统的振动是影响乘客乘坐舒适感的主要因素 也是电梯厂家在制造 安装调试 维保中重点需要解决的问题 根据以往研究得出的结论 振动加速度和加速度变化率是影响 乘客乘坐舒适感的主要因素 将这两项指标作为电梯性能检测 的判定标准 本实验从电梯的振动特性入手 找出造成电梯振 动以及轿内噪音的原因 然后通过研究得出电梯系统中各个参 数对电梯振动特性的影响 以及改变参数后电梯的振动规律 从而找出和电梯振动规律密切相关的一些经验参数 1 消除电梯振动及轿内噪音实验的硬件组成消除电梯振动及轿内噪音实验的硬件组成 1 1 加速度传感器 压电式传感器的材料一般采用刚度较大的材料制造 它的 原理基于压电效应 采用弹簧一质量模型 优点是频带宽 灵 敏度高 压电式传感器主要由弹簧 质量块 压电元件组成 压电元件由两片压电片组成 在每个压电片的表面上渡一层薄 薄的银 形成金属膜 输入端和输出端都是这个压电片上引出 在这两个压电片中间还夹着一个金属块 每一个压电片就是一 个极性 其中的一个极性直接和传感器的基座相连 本测试系 统采用的传感器为朗斯测试技术有限公司产品 型号为 lc0401t 是被最为广泛使用的振动测量传感器 性能指标如下 灵敏度 41 3pc g 160hz 横向灵敏度 2 4 谐振频率 40khz 安装螺纹 m5 幅值线性 10 l000g 频率范围 10 1 8000hz 重量 21mg 1 2 信号采集卡 信号数据采集卡采用北京阿尔泰股份有限公司的产品 型 号为 usb2821 主要性能指标如下 12 位 ad 精度 l00ks s 采样频率 程控增益 1 10 100 1000 或 1 2 4 8 倍 单端 32 路 差分 16 路模拟量输入 数字量输入 输出各 8 路 ad 触发方式 数字量触发 ad 量程 10v 5v 0 l0v ad 缓存 8k 字 fifo 存储器 此种型号的数据采集卡 价格相对较低 测试性能稳定可 靠 可应用于多个领域的数据釆集 波形分析和处理系统 也 可用于构成工业生产过程监控系统 usb 接口类型使得本采集卡无需像通过串行数据接口那样 连接在电脑的串口 也不需要像 pci 接口类型的采集卡一样需 要装到电脑主板 pci 插槽中 因此实验主机可以是笔记本电脑 携带方便 可即插即用 且稳定性好 另外 usb2821 型的采集卡自身携带了 c 语言 vb 语言 等多种语言的函数模块 用户可以非常方便的根据自己的目标 函数编写自己的应用程序 1 3 电荷放大器 电荷放大器由朗斯测试技术有限公司生产 型号为 lc0601 是一款通用电型荷放大器 电荷放大器的工作原理是 通过电荷变换级将机械量转变为和它成正比的微弱电荷 q 同 时将高输出阻抗变为低输出阻抗 再通过适调级将电压调整为 比较平坦 使信号更稳定后 依次通过低通滤波器和高通滤波 器进行有源滤波 分别消除高频干扰信号和低频干扰信号对采 集信号的影响 末级功放 过荷级 电源几部分组成 使用时 根据传感器的灵敏度调节电荷放大器的灵敏度旋钮 使之相对 应 然后根据所釆集信号的特征选好相应的滤波频率范围和增 益的大小 接通电源预热 30 分钟后 便可以进行信号采集 消除电梯振动及轿内噪音实验过程分析消除电梯振动及轿内噪音实验过程分析 为了研究 分析所建立的数学模型正确性 通常利用 matlab 编制计算机仿真程序 对电梯的运动动力学方程进行计 算机仿真 我们选取某高层电梯为仿真对象 并对该电梯进行 计算机仿真 该台电梯参数如下 钢丝绳根数 n 8 钢丝绳直径 d 0 01m 轿厢自重 轿架总质量 m 4000kg 轿厢运行阻尼系数 c 0 83n s 额定载重量 1000kg 对应 相关轿厢面积为 2 4m2 轿厢和曳引机之间的距离 l 92m 电梯运行的最大速度 v 2 5m s 根据电梯运行的速度图像 应用 matlab 仿真软件 从仿 真得出的振动位移图像和加速度图像可以看出 在电梯启动和 制动阶段 电梯轿厢振动随加速度增大振动加剧 随着电梯轿 厢和曳引机距离的缩短引起系统的刚度发生变化 电梯在匀速 运行阶段也存在振动现象 电梯机械系统的振动主要取决于激励源的振动频率和电梯 机械系统的自身的固有振动频率 由于曳引机产生的激励源和 曳引机运行速度的加减速 使得电梯机械系统的振动呈现较强 的规律性 导轨的不平度对电梯轿厢产生的冲击是电梯系统垂 直主要简谐振动的激励源 但是振源的激振力一般是因为电梯 在制造 安装过程中质量存在缺陷而引起的 比如反绳轮的偏 斜 曳引机径向跳动引起的力矩波动 导轨安装的不平度 导 轨接头处的毛刺 导靴缺油或者有沙粒等 一般很难避免 因此 抑制电梯振动一方面主要应可以通过电梯机械系统 的设计 制造和安装等的相关质量控制进行有效的降低 另一 方面在外界激励固定存在的情况下 只能通过调整电梯机械系 统运行参数的方法来降低电梯系统的振动 我们还可以通过改 变系统的固有频率 即改变电梯轿厢的质量来有效的避开电梯 振动的频域带 以此避免电梯发生共振 进而减少电梯的振动 下面我们将对电梯的固有参数和运行参数进行优化 从而得出 一些电梯振动的有关的经验参数 对以后的电梯的设计 制造 和安装调试有重大的指导作用 2 1 系统固有参数的优化 系统所建立的模型中 刚度 k 为系统的总刚度 其中包括 曳引机承重梁减振橡胶刚度 轿厢侧固定端绳头弹簧刚度 轿 底超载橡胶刚度 同时我们将轿厢自重作为电梯垂直振动的试 验变量 质量参数在标准内通过乘坐人员的增加或者减少可以 被任意改变 将电梯垂直振动的位移作为优化目标 影响电梯的振动幅 度主要考虑的因素应考虑电梯的载荷 位置和模型的振源激励 电梯的试验载荷分为空载 半载 满载 我们分别改变电梯轿 厢的质量 改变电梯的系统的刚度 改变电梯在顶层时离曳引 机的长度 分别进行 matlab 仿真 2 2 电梯运行参数的优化 经过电梯运行的加速度曲线分析后 通过适当的调整加速 度变化率 最大加速度等参数可以改变电梯运行中激振力振动 位移的大小 从而得到最小的振动响应 在任何运行的条件下 振动加速度既要满足性能指标 又要满足运行效率最高 通过 优化和合理匹配参数 可以使轿厢的振动加速度减小 减少振 动 使电梯运行更平稳 更舒适 当最高运行速度一定时 起制动时间由满足下式关系 t2 2vm am 由上式可知 t2 是 am 的函数 am 的值过小 会使 启动加速度段的运行时间 t 增加 电梯运行效率减少 电梯运行总时间缩短 运行效率提高 但振动加剧 振动 位移增大 最大振动加速度增大 电梯的运行效率相对降低 运行总时间稍微长一点 但振动相对减弱 振动位移减少 最 大振动加速度减少 在加速度 am 不变 改变加速度变化率 p 的情况下 电梯 的振动特性有明显的变化 所以 改变电梯运行加速度变化率 p 对振动影响较大 并且电梯运行时间只有一点点增加 因此 电梯的运行效率基本没有什么很大的影响 改变电梯的运行参 数如 在空载轿厢运行的情况下得出了电梯的振动仿真曲线 经过分析得出振动规律 在电梯轿厢质量增加的情况下 振动 幅度增大 增大电梯曳引钢丝绳的直径 振动幅度减小 改变 电梯的顶层高度 电梯的振动幅度无明显变化 但电梯在位于 顶层时 振动加速度衰减的改变很明显 改变电梯运行的最大