电梯轿厢振动监测装置方案及原理设计文献综述

文 献 综 述

引 言

电梯是现代城市生活中最为常见的交通工具之一，随着建筑施工技术的进步，高层建筑以及超高层建筑越来越多，在大型城市已经成为了城市建筑的主流。电梯也从最初的短短一两分钟的乘坐时间，发展到了几分钟甚至十几分钟的旅程。轿厢在运送乘客过程中，受到井道内风压、驱动控制器、负载分布情况的影响，不可避免的存在振动，而该振动恰恰是影响乘客乘坐舒适度的重要因素，也是影响电梯安全性的重要因素。近年来，国家有关部门十分重视电梯的舒适性和安全性的检测，因此利用当前数字化检测技术，研制一套可以自动检测电梯轿厢振动的装置具有重要的实用价值。

一、电梯的发展历程及现状

1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙bull;格雷夫斯bull;奥的斯第一次向世人展示了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。随着人类历史上的几次工业革命，电梯也经历了几次技术革新，从最初的简易升降机，到出现了封闭式轿厢的真正意义上的电梯，再发展到今天集机、电、光等高科技于一体的现代电梯。我国使用电梯的历史也已有了一百多年，在这一百多年里，我国电梯行业的发展经历了以下几个阶段，上个世纪五十年代之前，属于进口外国电梯的阶段，这个阶段我国电梯仅有一千多台；上个世纪五十年代至八十年代为引进外国技术自主生产阶段，这一阶段我国电梯约有一万余台；上个世纪八十年代至今，属于行业快速发展阶段，目前我国在用电梯已达300万台，成为了世界最大的电梯生产和使用国家^[7]。随着国内经济的快速发展，一方面，高层建筑越来越多，电梯作为楼宇中的交通工具，其应用日益频繁；另一方面，人们生活质量逐步提高，对乘梯舒适性也逐渐提出了更高的要求。近年来，国内外一些研究机构及研究人员对如何提高电梯舒适性均有探讨和研究，并取得了一定的成果^[8]。

二、电梯的结构和振动分析

电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。现代电梯主要由曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统等组成^[13]。曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。导向系统的主要功能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。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。重量平衡系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常，由对重和重量补偿装置组成。电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。

从整个电梯系统而言，电梯的振动主要来源于对重系统，对重会在振动的激励下产生相应的受迫振动。另外，对于电梯的各个部分来说，电动机的制造误差或者转子的不平衡，电机轴和减速箱之间的安装误差，导靴与导轨之间的相对运动以及轿厢的结构等因素，都会造成电梯的振动。可以说，电梯的振动是一个复杂的系统性问题。一般来说，电梯的振动主要是指电梯轿厢沿井道的垂直振动(Z方向)和在水平面内的横向振动(即水平振动，X、Y方向)^[5]。电梯在运行过程中，其自身结构系统会形成一个复杂的多自由度非线性弹性系统，具有自身的固有振动频率。在该弹性系统中，曳引机发出一定频率的激励，该激励振动通过电梯系统中的各个弹性环节传递到电梯各部件，使得电梯各部件发生相同频率不同振幅叠加的响应振动。

在竖直方向上主要存在如下弹性环节：轿厢底与轿厢架之间的超载橡胶垫、轿厢架与轿顶轮之间的联接弹簧、轿顶轮与曳引系统之间的提升钢丝绳和绳头弹簧、曳引系统跟基础之间的横梁与支承橡胶以及曳引系统跟对重之间的提升钢丝绳和绳头弹簧等^[4]。电梯垂直方向的振动主要是通过曳引钢丝绳、绳头弹簧(曳引比1：l电梯)或轿顶轮(曳引比大于2：1的电梯)向电梯轿厢传递的，曳引机输出力矩的波动，以及曳引轮、轿顶轮、张紧轮的偏心，钢丝绳的扰动，绳头弹簧与减振垫的弹性性能等是垂直振动的主要振源^[5]。

电梯系统的垂直振动和水平振动都是影响电梯动态舒适性的重要因素，从所查文献来看，关于水平振动的研究相对较少^[15]。主要原因是中高速电梯系统水平动态特性与电梯的传动形式、结构和运动参数以及导向系统特性等都有密切的关系，振动机理的分析相对比较复杂。不过，随着电梯运行速度的提高，水平振动对于电梯性能的影响越来越显著。研究表明，速度成正比。因此对于中高速电梯而言，电梯系统的水平振动与电梯系统的运行电梯系统的水平振动是一个不容忽视的重要问题之一。