施工升降机安全钳可靠性分析

1、施工升降机安全钳可靠性分析摘 要升降机已广泛应用于建筑工地垂直运输人员及货物，也是目前唯一上下运行的交通工具。与批量生产不同，大吨位载荷的施工升降机往往都是点菜式定做，不利于支持物理样机的开发，但同时又对其结构性能、安全性能提出了比较高的要求。用虚拟样机代替物理样机验证设计，不但可以缩短开发周期，而且设计质量和效率都将得到提高。 本文首先阐述了安全钳的发展过程，并对各种安全钳的结构性能进行分析对比。同时针对各种工况，分析计算了升降机安全钳的制动过程。建立安全钳的数学模型，并将安全钳系统的数学模型顺利导入ADAMS软件，在对各个部件施加约束和力后，进行了刚性系统动力学仿真分析，完成了安全嵌制停过

2、程的动力学仿真，得到了各参数与制停性能之间的关系。最后，对安全钳的可靠性能进行分析。 总之，升降机安全钳的可靠性分析，为设计可靠、稳定的高性能安全钳提供了有力的工具和实现方法，可以大大减少升降机的安全事故，保证人身和货物的安全。关键词： 安全钳；数学建模；动力学仿真；可靠性分析AbstractThe elevator already has been applied to perpendicularly transport the personnel and the goods widely.Its the only way to run high transporting.Different

3、 from the batch manufacturing,the big tonnage loading elevator is custom-built such as order dishes.It is not in favor of physics model machine exploitation.But it request highly structure function and safe function at the same time.Using virtual prototype to replace physics model not only shorten a

4、 construction cycle but also improve design quality and efficiency for verify design.At first,this paper analyzed the development of safe plier was introduced.The halted capablility of all kinds of safe plier were compared.The stopping process of the safe plier was analyzed according to several circ

5、umstances.Built the systematic safe plier mathematical model,It was transferred into ADAMS software.The multi-rigid bodies dynamics was simulated and analysised after exerted constraint and force on the components.The safety plier had been dynamics stopping process simulated.The relation between eve

6、ry parameter and the stopping effect was got.At the and,analyze reliable performance of the safe piler. In short,the reliable performance analyze of systematic safe elevator plier provides the forceful implementation and realization method to design a reliable stable high-performance safey plier,can

7、 greatly reduce elevator safety accident,ensure the safety of personal and doods.Key word: safe plier; mathematical model；dynamic simulation; Reliability abalysis目 录第一章 绪 论11.1 升降机安全装置的发展11.2课题研究的背景及意义61.3课题的研究内容7第二章 安全钳的工作原理及数学建模82.1 引言82.2 安全钳的结构性能分析82.3 渐进式安全钳的工作原理92.4 安全钳制停性能分析102.4.1 制停加速度计算102

8、.4.2 制停力分析122.4.3 制停距离计算122.5 渐进式安全钳的主要零件分析计算132.5.1楔块夹角计算142.5.2圆柱螺旋压缩弹簧的确定152.5.3 拉杆支座强度分析16第三章 对称双楔块渐进式安全钳动力学仿真183.1 引言183.2 ADAMS多刚体系统动力学仿真183.2.1 ADAMS仿真软件介绍183.2.2 ADAMS软件模块简介203.2.3 多刚体系统动力学仿真213.3 仿真实验与分析223.3.1 升降机系统的结构及工作要求223.3.2 仿真结果分析实例223.3.3 仿真结果分析和参数修正313.4 本章小结34第四章 总结35参考文献37致 谢39附

9、录一 英文科技文献翻译40附录二 毕业设计（论文）任务书51IV第一章 绪 论1.1 升降机安全装置的发展升降机作为一种垂直升降设备，其安全保护装置是必不可少的。早在古代阿拉伯人就曾在底坑内放置装满羽毛的大袋，为吊篮断绳起缓冲作用。近年来各类安全装置被广泛应用于升降机中。现根据其发展过程将其结构特点分述如下：1 棘齿形安全装置19世纪中期美国人奥迪斯在高层建筑升降机中创造性地发明了一种棘齿形安全装置。见图1.1。该装置的原理是：在竖井的两壁装有棘齿，起升绳连接在上横梁的板簧上，板簧通过杠杆与棘齿连接。桥箱可上下运行。当起升绳断开时，棘齿在板簧作用下卡在棘齿中起保护作用，该装置使用于低速电梯。图

10、1.1 棘齿安全装置2. 带缓冲阻尼的棘齿装置如图1.1所示，奥迪斯发明的棘齿装置其缺陷是冲击大。如图1.2为奥迪斯装置的改进，改装置是在升降机两侧棘爪上连接以液压阻尼起缓冲作用。图1.2 带液压阻尼器的棘齿安全装置3螺母丝杠结构图1.3所示为德国30年代用于升降机的安全装置，升降机的提升采用齿轮条结构。安全装置为丝杠螺母结构。螺母安装在升降台上，丝杠与螺母间隙较大，平时丝杠空转其转速与升降台一致，当起升机构发生故障时，螺母落到丝杠上，防止升降台坠落。该装置常用于重在低速。图1.3 丝杠螺母机构4带齿凸轮机构早期的升降机两侧为木制导轨，其侧面固定有涂油脂的小方木作为滑动导轨，制动导轨两侧是带齿

11、的凸轮，当提升绳与重力失衡，弹簧力使凸轮嵌入木导轨，使桥箱制动（图1.4c）。图1.4 带齿凸轮制动机构5. 安全钳机构（a）楔块式瞬时安全钳如图1.5所示楔块式瞬时安全钳嵌体2由铸钢制成，安装在桥箱架下横梁，每根导轨分别由2个楔形嵌块夹持，一旦楔块与导轨接触，由于楔块斜面作用，导轨会被越夹越紧。嵌体夹持导轨的必要条件为： 2-1式中：楔块角=60-80 2楔块与导轨间的摩擦角 1楔块与嵌体间的摩擦角图1.5 楔块形安全钳结构见图（b）滚柱式安全钳如图1.6所示，当提拉杆1提起时钢制滚柱在嵌体楔块内向上滚动，当滚柱贴近导轨时，嵌体水平移动，消除了与导轨间一侧的间隙。其条件为： 2+1式中：嵌块

12、楔形角 1滚柱与楔形嵌块之间摩擦角 2滚柱与导轨间摩擦角图1.6 滚柱瞬时安全钳（c）渐进式滚柱安全钳 近年来国外在交流电梯上常采用一种渐进式滚柱安全钳。结构简图如图1.7所示。嵌体的斜面由2个扁平弹簧代替，形成一滚道供钢制滚花滚柱在上滚动。滚柱的动作仍由提拉杆控制，提拉杆提起，滚柱上升并与导轨接触，楔入导轨与弹簧之间。图1.7 渐进式滚柱安全钳1.2课题研究的背景及意义升降升降机是广泛应用于建筑工地垂直运输人员及货物的重要工具，也是目前唯一上下运行的交通工具。随着社会的不断发展和现代化程度的提高，升降机已成为现代社会生产中所不可缺少的一种建筑交通运输工具。在升降机运行中，由于控制失灵、曳引力

13、不足、制动器失灵或制动力不足以及超载拖动、曳引绳断裂等原因都会造成升降台超速和坠落。近年来，我国升降机引发的重大安全事故时有发生，施工升降机安全装置的齐全与否以及安装调整的质量是直接关系到货物及人身安全的重大问题。安全钳是升降机设备的重要安全装置，是升降机增强安全保护措施功能的重 要组成部分。安全钳的主要作用是：当机在故障状态下超速下滑或坠落而达到限速器动作速度时，由限速器操纵安全钳使电梯桥箱安全制停后夹持在导轨上，从而防止意外事故的发生。1.3课题的研究内容本课题以施工升降机安全钳为研究对象，以数学建模和实验验证相结合的方法。课题研究的主要内容有：1.阐述了安全钳的发展过程，并对各种安全钳的

14、结构性能进行分析对比。2.分析安全钳的结果性能与工作原理，并建立安全钳的数学模型。3.用ADAMS软件对安全钳进行仿真分析，通过对仿真得出的数据进行分析，优化安全钳的可靠性能。第二章 安全钳的工作原理及数学建模2.1 引言安全钳是升降机设备的重要安全装置，是升降机增强安全保护功能的重要组成部分。安全钳的主要作用是：当升降机在故障状态下滑落或坠毁而达到限速动作速度时，由限速器操纵安全钳使电梯桥箱安全制停后夹持在导轨上，从而防止意外事故的发生。在升降机产品中，安全钳的选择和性能要求是提升产品质量的重要保证。2.2 安全钳的结构性能分析升降机安全钳分为三大类：瞬时式安全钳、具有缓冲作用的瞬时式和渐进

15、式安全钳。瞬时式安全钳按其制动元件的形式可分为偏心块、楔块和滚柱式三种。通常安全钳通过偏心块、楔块和滚柱来向导轨施加压力，没有任何弹性构件被引入以限制其制动距离，因此也被称为刚性安全钳。渐进式安全钳在制动期间以有限的压力作用于导轨上，其制动距离与被制动的质量及安全钳开始作用时的速度有关，制动力在安全钳完全制动后基本是均匀一致的。这种安全钳制动力的限定和保持，是靠限制力弹性元件的变形来实现的，动作后它以被限定的制动力制动，所以也称其为弹性滑移式安全钳。瞬时式安全钳在制停期间对导轨产生一个迅速的压力，制动距离很短，其动作力完全由所制停的桥箱质量及其运动所产生。一般用于速度1m/s以下的电梯。渐进式

16、安全钳是靠限制施力弹性元件的变形来实现的，动作以后它以被限定的制动力制动，因此其制动的滑移距离比瞬时式的要长的多。偏心式安全钳卡紧导轨的面积很小，接触面上的压力会很大，在偏心块外部及导轨的受挤压部分会产生较大的变形。这类安全钳在我国使用不多。滚柱式安全钳一般情况下滚柱的直径不可能做得很大，与导轨和嵌体的接触面积比较小，接触面上的比压就很大，接触去内导轨和嵌体的局部变形也会较大。由于这个原因，一般不适宜用大吨位（额定载荷大于4000kg）的电梯。楔形式安全钳一般情况下楔块与导轨的接触面积要比偏心块式和滚柱式大得多，接触面的比压也相对较小，因此接触滑动区内导轨、楔块和嵌体的变形也相对小一些，也就是

17、说制动后对导轨的损伤较其他两种为小，可用于吨位较大的低速升降机。本课题采用的是对称双楔块、圆柱螺旋压缩弹簧式安全钳。2.3 渐进式安全钳的工作原理对称双楔块渐进式安全钳在制动期间以有限的压力作用于导轨上，其制动力的限定和保持，靠限制施力弹性元件的变形来实现。动作后它以被限定的制动力制动，其制停距离与被制动的质量及安全钳开始动作时的速度有关，制动力在安全钳完全动作后基本均匀一致。对称双楔块渐进式安全钳结构如图2.1所示。当钢丝绳拉起时，圆柱螺旋弹簧处于压缩状态，楔块与导轨面的间隙一般为23mm，升降机能正常运行。当钢丝绳出现松弛或者断裂时，圆柱螺旋压缩弹簧推动拉杆，通过可调螺杆、三角块、传动杆等

18、将楔块向上提起。在提起楔块的过程中，楔块与导轨面间的距离越来越小，最终楔块与导轨面接触。根据自锁原理，楔块与导轨之间的摩擦力使超速下降的升降机夹持在导轨上。楔块式安全钳一般情况下楔块与导轨的接触面积比较到，接触面的比压也就相对较小，因此接触滑动区内导轨、楔块、嵌体的变形也相对小一些。也就是说制动后对导轨的损伤较小。因而比较适合大载荷的升降机。图2.1 对称双楔块渐进式安全钳示意图2.4 安全钳制停性能分析假如安全钳制停是恒力，承载弹簧按平均制动力来确定其压缩行程，以保证升降台在满载情况下平均加速度在0.21.0g之间。2.4.1 制停加速度计算为了使安全钳能满足升降机各种制停情况，必须可能出现

19、的安全钳动作状态进行讨论。经常遇到的情况有：1. 拽引机停止转动，附带对重的升降台超速下降升降台超速时，限速器超速开关将控制电路切断，拽引机被制动，运转停止。此时升降台动力学模型如图2.2所示，其力学方程为：4F+*G/2*g- (P+Q+W)*g=(*G/2+P+Q+W)*a可得出升降台的加速度为： =8F+*G*g-2P+Q+W*ga*G+2P+2Q+2W式中：W提升钢丝绳重量； G对中重量； F每个安全钳制停力； 拽引系数，即拽引两边钢丝绳张力比。 图2.2 升降台系统动力学模型2. 拽引力仍在驱动运转，附带对重的升降台超速在这种情况中，拽引轮上的拽引效应与情况1刚好相反，其力学方程：4

20、*F+G/2*g-*(P+Q+W)*g=G/2+*(P+Q+W)*a因此很容易写出升降台制停过程中的加速度表达式： =8F+G-2P+Q+W*gG+2(P+Q+W) 3.升降台自由坠落 当钢丝绳断裂，升降台自由下落，其力学方程为：4F-(P+Q)*g=(P+Q)*a此时安全钳制停时的升降台加速度是： =4F-P+Q*gP+Q2.4.2 制停力分析 为了定量分析起见，假设P=Q，对重G=P+0.45Q，钢丝绳忽略不计。升降机驱动装置是一个双绕的无齿轮拽引机，去拽引系数=2，安全钳的制停力是由升降台的加速度来确定的（加速度amin=0.2，amax=1.0g）。因此得到四种情况下安全钳的制停力，如

21、表2.1：表2.1 安全钳的制停力状态拽引机Fmin（0.2g）Fmax（1.0g）F（0.35）1超速电机停止0.28Q*g0.89Q*g0.4Q*g2超速电机停止0.53Q*g1.0Q*g0.62Q*g3超速自由转动0.46Q*g1.0Q*g0.56Q*g4自由坠落无0.6Q*g1.0Q*g0.657Q*g从表中可以看出，安全钳夹持力的设计不能去下限值，如设定夹持力为0.6Q*g（自由坠落时的最小制停力），则在情况2时，加速度为0.35g的升降台制停力就不满足。为了使安全钳的夹持力不至于过大或过小，设计时刻按平均加速度0.6g来确定弹性元件的夹持力。在试验调整时。夹持力尽量去上限值。2.4

22、.3 制停距离计算由于制停过程中假设是匀加速，制停距离的计算公式可用下式：Smin=vp2/2maxSmax=（ vp2/2min）+A式中：vp安全钳动作时速度； amax升降机制停过程中的最大容许加速度（m/s2）； amin升降机制停过程中的最小容许加速度（m/s2）； A是从安全钳开始动作到安全钳提拉杆提起与导轨接触期间升降运行距离。2.5 渐进式安全钳的主要零件分析计算 升降机的主要参数有：表2.2 升降机主要参数序号参数名称数值单位备注1拽引轮轮槽直径0.56m2拽引轮转动惯量4.5Kg.m23拽引轮等效转动惯量6.3Kg.m24钢丝绳直径13mm4根5对重质量10200kg6升降

23、平台质量3000kg7提升能力3000-4000kg8升降速度1-2m/s9动滑轮质量136.2kg10升降最大行距21.6m11升降平台有效长度6.0m12对重有效长度5.6m13井道宽度2.4m14井道长度7m2.5.1楔块夹角计算当安全钳楔块被拉条起与导轨接触时，为保证超速下降的升降机能被夹持在导轨上，安全钳上的楔块受力必须满足向上力大于向下力这个自锁条件，即满足以下不等式:1N3cos-1 N32sin N3sin+ N32sin 可得楔角必须满足不等式 tg=1-21+12 式中：1楔块与导轨之间的摩擦系数； 2楔块与夹块之间的摩擦系数；图2.3 楔块式安全钳表2.3 楔块的参数表名

24、称参数值名称参数值楔角(red)artg1/10楔块宽度(mm)60楔块高(mm)200楔块槽宽(mm)40楔块上底长(mm)40楔块槽高(mm)102.5.2圆柱螺旋压缩弹簧的确定升降机在升降的过程中，弹簧所受载荷基本不变，为静载荷。按两个端面均与邻圈并紧且磨平的YI型硅胶锰弹簧来考虑，以保证两个支承端面与弹簧的轴线垂直，从而使弹簧受压时不致歪斜。弹簧直径由下式确定：d1.6PmaxKC 式中：Pmax弹簧承受的最大静载荷； K补偿系数； C弹簧指数（D2/d）； 弹簧钢丝的许用切应力。弹簧工作圈数由下式确定：n=Gd4/8D23kp式中：G弹簧钢丝的切变模量； D2弹簧中径；表2.4 弹簧

25、的参数表名称参数值名称参数值弹簧中径（mm）30长度（mm）145弹簧内径（mm）24有效圈数15弹簧外径（mm）36总圈数182.5.3 拉杆支座强度分析升降机在升降的过程中，要到不同的楼层提取物料，拉杆支座承受载荷主要为横向载荷，其主要破坏形式是螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓被剪断，所以要保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度，其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。 图2.4 拉杆支座螺栓组联接当钢绳将拉杆拉起时，拉杆支座受一个横向力，由此产生一个转矩，一个倾覆力矩，受力模型如图2.4所示。螺栓杆与孔壁的挤压条件为：p=（F/d0lmin）p螺栓杆的剪切强度条件为：=F/(d02

26、/4) 式中：F螺栓所受的工作剪力，N； d0螺栓剪切面的直径(可取为螺栓孔的直径)，mm； Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，mm； 螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，MP； 螺栓的轴向总拉力为： Q=Qp+CbFy/(Cb+Cm)式中：Qp螺栓所受的预紧力，N； Cb螺栓的刚度； Cm支座的刚度； Fy螺栓轴向的最大工作载荷；第三章 对称双楔块渐进式安全钳动力学仿真3.1 引言系统仿真是以系统理论、形式化理论、随机过程与统计学和优化理论为基础，以计算机和仿真系统软件为工具，对现实系统或未来系统进行动态试验仿真研究和方法。也有人称它为用模型代替真实系统进行试验研究，以获取所需要的信息的试验方

27、法。系统、模型和试验系统是系统仿真的三要素。而“建模仿真试验分析”则是仿真的基本框架。建立系统的软件模型并在计算机上进行模型试验，称为数学仿真。其中，试验系统为模拟机的称为模拟机仿真；试验系统为数字机并用各种数学方法对系统进行求解以生成数据结果的方法称为数值仿真；而利用动画技术来表达整个过程的方法称为图形仿真。本章以多体动力学理论为基础在ADAMS软件中建立安全钳系统的动力学模型进行仿真，并对仿真的结果进行分析。3.2 ADAMS多刚体系统动力学仿真3.2.1 ADAMS仿真软件介绍ADAMS是世界上应用最广泛且最具有权威性的机械系统动力学仿真分析软件。工程师、设计人员利用ADAMS软件能够建

28、立和测试虚拟样机，实现在计算机仿真分析复杂机械系统的运动学和动力学性能。利用ADANS软件，用户可以快速、方便地创建完全参数化的机械系统几何模型。它可以有效地将三维实体模型及有限元FEA(Finite Element Analysis)软件描述的零部件模态有机结合起来，准确地预测机械系统在虚拟实验室、虚拟场地上进行各种模拟实验的性能。ADAMS软件具有以下几个特点：1.利用交互图形环境和零件、约束、力库建立机械系统三维参数化模型。 2.分析类型包括运动学、静力学和准静力学分析，以及线性动力学分析，包括刚体和柔性体分析。 3.具有先进的数值分析技术和强有力的求解器，使求解快速、准确。 4.具有组

29、装、分析和动态显示不同模型或同一模型在某一个过程变化的能力，提供多种“虚拟样机”方案。 5.具有一个强大的函数库供用户自定义和运动发生器。 6.具有开放式结构，允许用户集成自己的子程序。 7.自动输出位移、速度、加速度和反作用力，仿真结果显示为动画和曲线图形。 8.可预测机械系统的性能、运动范围、包装、碰撞、峰值载荷和计算有限元的输入载荷。 9.支持大多数CAD，FEA和控制设计软件包之间的双向通讯。 ADAMS作为一款虚拟样机技术专业软件其核心理论是多体系统动力学，多体系统动力学是由多刚体系统动力学和多柔性系统动力学组成的。多刚体系统动力学的研究对象是由任意有限个刚体组成的系统，刚体之间以某

30、种形式的约束连接。研究这些系统的动力学需要建立非线性运动方程、能量表达式、运动学表达式以及其他一些量的公式。多柔性系统力学的研究对象是由大量刚体和柔性组成的系统。 多刚体系统动力学主要解决多个刚体组成的系统动力学问题，各个构件之间可以有较大的相对运动。多柔性系统动力学可以看作时多刚体动力学的自然延伸。根据多肉体系统组成的特点，一般以多刚体系统动力学的研究为基础，对系统中柔性体进行不同的处理，在机械系统中常用的处理方法有离散法、模态分析法、形函数法和有限单元等。将柔性体的分析结果与多刚体系统的研究方法相结合，最终得到系统的动力学方程（本课题中系统中各部件均假设为刚体，不作柔性假设）。3.2.2

31、ADAMS软件模块简介 ADAMS软件由核心模块、功能扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱模块组成。 图3.1 ADAMS软件模块图这里主要介绍一下几个与本课题相关的模块：1.ADAMS/View（界面模块）是以用户为中心的交互图形环境，它提供丰富的零件几何图形库、约束库和力库，将快捷的图标操作、惨淡操作等与交互式图形建模、仿真计算、动画显示、优化设计、曲线处理、结果分析等功能集成在一起。2. ADAMS/Solver（求解器模块）是ADAMS软件的仿真“发动机”，它自动形成机械系统模型的动力学方程，提供静力学、运动学和动力学的计算结果。ADAMS/Solver有各种建模和求解选项，以便精

32、确有效的解决各种工程问题。3.ADAMS/Postprocessor（后处理模块）是一个具有完整的绘图和动画模拟功能的工具模块。利用ADAMS/Postprocessor，用户可以更清晰地观察仿真结果，确切的也可将所有得到的结果转化为动画、表格或者HTML等形式。能够更反映模型的特性，便于用户对仿真结果进行观察和分析。它的主要用途包括：模型纠错、试验验证、设计方案改进和仿真显示。3.2.3 多刚体系统动力学仿真 随着多体动力学的发展，目前应用于多刚体系统动力学的方法主要有以下几种：牛顿欧拉法（Newton-Euler）、拉格朗日方程法、图论（R-W）法、凯恩法、变份方法、旋量法等。在求解机械系

33、统动力学方程时，常常采用3钟功能强大的变阶和变步长积分求解程序，即BDF、Gstiff和Dstiff来求解稀疏耦合的非线性微分-代数方程。ADAMS用刚体i的质心笛卡尔坐标和反映刚体方位的欧拉角作为广义坐标，即qi=x，y，z，iT，q=q1T，L，qnTT。采用拉格朗日乘子法建立系统运动方程：ddtTq-Tq+f+g=Q完整约束方程时：f（q，t）=0，非完整约束方程时：g（q，q.，t）=0 式中：T系统功能； q系统广义坐标列阵； Q广义力列阵； 对应于完整约束的拉式乘子列阵； M对应于非完整约束的拉式乘子列阵；系统动力学方程为：F（q，u，u，t）=0G（u，q）=u-q=0（q，t）

34、=0式中：u广义速度列阵； 约束反力及作用力矩； G描述广义速度的代数方程阵列； 描述约束的代数方程阵列；3.3 仿真实验与分析3.3.1 升降机系统的结构及工作要求安全钳制动的整个过程中，弹簧带动拉杆的转动，通过可调螺杆、三角块、传动杆等一系列传递，将楔块提升。弹簧的弹性系数直接影响楔块制动的性能及平稳。另外一个对安全钳制停性能起到关键行作用的是楔块与导轨、夹块之间的摩擦系数。升降机制停过程中要求在满载情况下平均加速度在0.2g1.0g之间，在载荷均匀分布的情况下，升降台的倾斜度不得大于其正常位置的5%，抬头点量不得大于其正常位置的1%。3.3.2 仿真结果分析实例本文对以下工况进行了安全钳

35、虚拟样机动力学仿真分析。 参数未调整时升降台制动仿真升降台在满载情况下，取弹簧弹性系数K=80KN/m，阻尼C=0.5，楔块与导轨的静摩擦系数Mu1=0,25，动摩擦系数Su1=0.2，楔块与夹块的静摩擦系数Mu2=0.2，动摩擦系数Su2=0.15，得到升降平台位移、速度、加速度曲线如图3.2、3.3、3.4所示。图3.2 满载情况下制动升降平台位移图3.3 满载情况下制动升降平台速度图3.4 满载情况下制动升降平台加速度从图3.2可以看出，在t=0秒开始下降，升降台所在位置为y=596mm，到达t=0.76秒时，升降平台不在移动，速度减为0，此时所在位置为y=-1500mm，

36、可得制停距离为2.096m。从图3.3可以看出t=0.28秒时楔块与导轨接触，产生向上的制动力，此时升降台速度约为2.765m/s，到t=0,76秒时速度减为0，所以制停平均加速度为5.76m/s2，约为0.6g。图3.4可以看出升降平台在整个制动过程中平稳无剧烈震动。图3.5是楔块与导轨在动摩擦系数为0.4时的正压力变化图。可以看出t=0.28秒时楔块与导轨接触产生摩擦力开始制停。在t=0.45到0.5之间时，弹簧产生一个缓冲作用。图3.6是楔块与夹块间在动摩擦系数为0.2时的正压力变化图。以看出楔块与夹块之间受到冲击载荷的作用。最大值2.33*105N发生在t=0.71秒。图3.5 满载情

37、况下楔块与导轨间的正压力图3.6 满载情况下楔块与夹块间的正压力图3.7是满载情况下升降台的倾斜情况，在t=0.46秒时倾斜度达到最大2.6mm，图3.8是满载情况下升降台的纵向抬头点头量，最大不超过10mm。升降台的所容许的最大倾斜度为： 2400/2*5%=60mm所容许的最大抬头量为：6000/2*1%=30mm所以仿真得到倾斜度与抬头量都远小于容许的范围。图 3.7 满载情况下升降平台的倾斜度图3.8 满载情况下升降平台的抬头点头量 参数调整后升降台制动仿真.1 圆柱螺旋弹簧弹性系数对制停性能的影响在ADAMS/View中建立相同的载荷，楔块与夹块、导轨间摩

38、擦系数，不同圆柱弹簧弹性系数的一系列模型，观察不同弹簧弹性系数下安全钳制动的距离、速度、加速度变化。图3.9、3.10、3.11分别是弹簧弹性系数K为40KN/m、50KN/m、60KN/m、80KN/m、100KN/m下安全钳制动后升降平台的位移、速度、加速度变化曲线。图3.9 弹簧各弹性系数下升降平台制停位移图3.10 弹簧各弹性系数下升降平台制停速度图3.11 弹簧各弹性系数下升降平台制停加速度.2 楔块与导轨间摩擦系数对制停性能的影响在ADAMS/View中建立相同的载荷，弹簧弹性系数，不同楔块与导轨间摩擦系数的一系列模型，观察不同摩擦系数下安全钳制动的距离、速度、加速度

39、变化。图3.12、3.13、3.14分别是楔块与导轨间动摩擦系数Su1为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3下安全钳制动后升降平台的位移、速度、加速度变化曲线。图3.12 不同摩擦系数下升降平台制停位移图3.13 不同摩擦系数下升降平台制停速度图3.14 不同摩擦系数下升降平台制停加速度.3 升降平台载荷对制停性能的影响 在ADAMS/View中建立相同弹簧弹性系数，相同楔块与导轨间摩擦系数，不同的载荷的一系列模型，观察不同的载荷下安全嵌制动的距离、速度、加速度变化。图3.15、3.16、3.17分别是升降平台载荷为空载、2t、2.5t、3t、4t下安全钳制动后升降平台的位

40、移、速度、加速度变化曲线。图3.15 不同载荷下升降平台制停位移图3.16 不同载荷下升降平台制停速度图3.17 不同载荷下升降平台制停加速3.3.3 仿真结果分析和参数修正从图3.9、3.10、3.11可以得到不同弹性系数工况下各仿真输出的制停性能参数（见表3.1）。当弹簧弹性系数从40KN/m增加到100KN/m，制停时间从0.86秒缩短到0.55秒，制停距离也从2.585m减小到1.0912m，弹性系数为40KM/m时，制停平均加速度约为0.35g，当弹簧弹性系数增加到100KM/m时，制停平均加速度增加到0.75g。从图3.11可以看出，弹性系数除了影响安全钳的制停加速度的大小外，还影

41、响其震荡性能。所以合理的选取弹簧弹性系数对升降机安全钳装置非常重要。表3.1 不同弹性系数工作下各仿真输出的制停性能弹簧弹性系数（KM/m）制停时间（s）制停位移（mm）制停平均加速度（mm/s2）400.862585.43410.6500.782094.93956.3600.711740.14600.4800.641466.95494.91000.551091.27326.6绘制成表格如下所示：图3.18 不同弹性系数下制停性能从图3.12、3.13、3.14可以得到不同楔块与导轨间摩擦系数工况下各仿真输出的制停性能参数（见表3.2）。当摩擦系数从0.1增加到0.3时，制停时间从0.86秒缩

42、短到0.73秒，制停距离也从2.539m减小到1.856m，摩擦系数为0.1时，制停平均加速度约为0.51g，当摩擦系数增加到0.3时，制停平均加速度增加到0.66g。表3.2 不同摩擦系数工况下各仿真输出的制停性能楔块与导轨间摩擦系数制停时间(s)制停位移(mm)制停平均加速度(mm/s2)0.1 0.862539.04922355.65382094.95852003.8631856.36470.5绘制成表格如下：图3.19 不同载荷摩擦系数下制停性能从图3.15、3.16、3.17可以得到不同载荷工况下各

43、仿真输出的制停性能参数（见表3.3）。升降台的额定载荷为3t，考虑到极限情况，仿真中设定到了极限载荷4t。当载荷从空载增加到4t时，制停时间从0.64秒增加到0.8秒，制停距离也从1.5m增加到2.714m，空载时，制停平均加速度约为0.73g，极限载荷时，制停平均加速度为0.51g。所以可以得出在弹簧弹性系数为80KN/m，楔块与导轨间动摩擦系数为0.2的情况下，升降台在不同载荷下制停加速度都在0.2g1.0g之间，满足制停要求。表3.3 不同载荷工况下各仿真输出的制停性能载荷制停时间(s)制停位移(mm)制停平均加速度（mm/s2）空载0.641500.47167.62t0.741925.

44、95642.52.5t0.762018.35142.23t0.782085.45200.04t0.802173.85003.8绘制成表格如下：图3.20 不同载荷下制停性能从以上的分析可以得到，弹簧弹性系数主要影响安全钳动作到楔块与导轨接触的时间及制停过程的平稳性。楔块与导轨间摩擦系数主要影响升降机的制停加速度及楔块与夹块间的冲击载荷。本文在仿真的基础山，选择了一组最优值，去弹簧弹性系数K=80KN/m，阻尼C=0.5，楔块与导轨的静摩擦系数Mu1=0.25，动摩擦系数Su1=0.2，楔块与夹块的静摩擦系数Mu2=0.2，动摩擦系数Su2=0.15。升降台的额定载荷范围内，满足升降机系统的工作

45、要求。其制停性能曲线如图3.21：图3.21 升降台制停性能3.4 本章小结本章根据第二章建立的安全钳机构完整的数学模型，把模型导入动力学分析软件ADAMS，建立安全钳机构的虚拟样机，对其进行运动学和动力学分析，然后仿真其运动和工作过程，并根据仿真结果分析、比较系统的设计方案，对该设计方案进行改进，直至满足设计要求。并根据参数要求和分析结果推出系统参数的最优解。第四章 总结升降机被广泛地应用于货物的垂直运输。由于缺少必要的安全保护装置，因钢丝断裂、脱扣、跑绳等原因造成平台坠落，导致货物损坏和人员伤亡的事故时有发生。虚拟样机技术作为产品设计的一项新技术，对传统的产品设计方法是一次革命。通过虚拟样

46、机技术，工程师可以通过对机械系统的运动仿真，在产品设计阶段发现产品设计的潜在问题，并快速进行修改，减少了对于物理样机的依赖，这样不仅可以节约成本，缩短产品开发周期，而且可以提高产品的性能，增加产品的竞争力。本文根据升降机的载荷性能等要求对双楔块渐进式安全钳的制停过程进行了 分析计算，并以多刚体动力学为基础，运用ADAMS/View软件建立安全钳系统的动力学模型，进行了安全钳制停性能仿真分析。本文的主要内容归纳起来有以下几点：1. 对各种升降机的结构性能进行分析对比，同时针对各种工况，分析计算了升降机安全钳的制动过程。对安全钳的主要零部件，给出了课供工程设计应用的参数计算公式及选择方法。2建立安

47、全钳的数学模型，然后导入到ADAMS/View中，成功建立了安全钳系统的仿真模型。3. 安全钳系统的仿真计算中，通过修改安全钳系统的各种参数，来评价安全钳制停性能的影响，得到各参数与制停性能之间的关系，在仿真的基础上本文给出一组最优值，使安全钳制停性能更加平稳。本文仿真研究结果表明，升降机安全装置系统的动力学模型是比较正确的，运用虚拟样机技术进行升降机安全装置系统动力学仿真分析是可行的。同时也证明使用该技术为升降机安全装置的设计和试验提供较重要的参考数据，将大大缩短安全钳系统的设计周期，节约研制经费。就升降机而言，在当前的工作基础上，今后可以进行以下几个方面的研究： 1. 进一步完善安全嵌装置

48、仿真模型，建立精确的弹簧钢丝模型和液压缓冲模型，分析调节螺杆对制停性能的影响，分析各传动机构相对位置制停性能的影响，进行全面的安全钳性能研究。 2 用ADAMS/View软件，对安全装置某部分进行强度方面的研究。 3. 完善平层保护、超载保护、上下行程限位保护等的装置。参考文献【1】李宏，卫晓平，张波.升降机的安全装置.起重运输机械，2001,6:9-11页.【2】魏海燕.虚拟制造技术的相关概念及其应用.机械工程师，1999，（9）：1-2页.【3】李瑞涛，方媚，张文明.虚拟样机技术及其在矿山机械领域的应用展望.矿山机械，2000,28（5）：11-12页.【4】GB75882003电梯制造与

49、安装安全规范.【5】杨兰春等.电梯拽引机.北京；机械工业出版社，2000.【6】濮良贵，纪名刚.机械设计.高等教育出版社.【7】理论力学.哈尔滨工业大学教研室.高等教育出版社，2002.【8】何乔治，何峰峰.电梯基本原理及安装维修全书.机械工业出版社.【9】郑建荣.ADAMS虚拟样机技术入门与提高.北京：机械工业出版社，2002.【10】DMSO.Virtual prototyping-concept to production.Dmso Press USA.【11】张越今.多体动力学仿真软件ADAMS理论及应用研究.机械科学与技术，1997,5（16）：753-759页.【12】洪熹振，计算

50、多体系统动力学.北京：高等教育出版社，1999.7.【13】袁士杰，吕哲勤.多刚体系统动力学.北京：北京理工大学出版社，1992.【14】张越今，宋健.多体动力学仿真软件ADANS理论及应用研讨.机械科学与技术，1997,16（5）.【15】王行仁.面向二十一世纪，发展系统仿真技术.系统仿真学报.1999.10(2).【16】郑凯，胡仁喜，陈鹿民.ADAMS 2005机械设计高级应用实例.机械工业出版社.【17】机械设计手册. 北京：化学工业出版社，1987.【18】熊光楞，彭毅.先进仿真技术与仿真环境.北京：国防工业大学出版社，1997.7.【19】机械设计手册.第三版第二卷.化学工业出版社

51、.【20】殷国富，陈永华.计算机辅助设计技术与应用.北京：科学出版社，2000【21】KahA.S,ParkJ.P.Object Oriented Dynamics Simulator.Computional Mechanics,1994,14(3),277-287P.【22】M.Otter,M.Hocke,A.Daberkow,G.Leister.An Object-Oriented Data Modal for Multibode System Advanced Multibody System Dynamics Simulation and Softerware Tools,Kluwer

52、 Academic Publishers,1993.致 谢本文在指导老师黄磊老师的精心指导下完成，论文从选题、分析计算、软件学习到论文撰写、修改的整个过程，无不倾注着黄老师辛勤的汗水和关心。黄老师渊博的理论知识、严谨的治学态度、谦逊的人生态度使我终生难忘，也是我大学期间得到的最宝贵的财富之一。在日常生活学习中， 我要感谢在大学四年中所有教过我的老师和我的辅导员，在这宝贵的四年中，他们不仅传授我们知识，而且还教会我们做人的道理。让我们在这个快速发展的社会，能够跟上时代的步伐。正是在他们的指导下，我才能顺利地完成大学学业。我还要感谢机械专业的所有同学，正是有了你们，我的大学生活才会变的丰富多彩。能

53、够顺利的完成学业，也离不开你们的关心和支持，在此对他们表示最真挚的谢意!同样我要感谢我的家人和朋友，他们的信任、支持和付出才能让我顺利完成学业，在此表示深切的感激。最后，谨向百忙中抽出时间参加本论文评审和答辩的各位专家、学者致以崇高的敬意和诚挚的谢意！附录一 英文科技文献翻译Discusses the construction hoists safe useAbstract: construction lifter is an important equipment in high-rise building construction, but also to the construction

54、 site of the accident hazards. This paper based on past cases and construction experience of elevator safety use and management were briefly discussed. Keywords: elevator; Safe use Construction lifter also called topical construction elevator or referred to lift. It is the high-rise building construction