对消除电梯振动及轿内噪音的实验及理论

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。以下是由查字典范文大全为大家整理的对消除电梯振动及轿内噪音的实验及理论，希望对你有帮助，如果你喜欢，请继续关注查字典范文大全。

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

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。

2.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;

仿真程序流程图如图1所示。

图1仿真计算流程图

应用数值计算方法编写Matlab程序计算得到空载轿厢运行的振动位移仿真曲线如图2所示。

图2电梯振动加速度曲线

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。

2.1.1.改变电梯轿厢的质量M=5000KG后,在满载载情况下运行电梯的振动位移仿真图如3所示。

图3电梯满载运行振动位移

将上图3与图2比较,可以看出,电梯轿厢在质量M增加的情况下,电梯的振动位移明显加剧。究其原因,当系统的总质量增加的情况下,系统的振动动能T增加,而刚度在相比同一时刻的同一位置没有改变,因此由U = 1/2kx2可知,振动幅度增大。

2.1.2.改变电梯的模型刚度为设计变量,其相关参数有钢丝绳的直径,和电梯钢丝绳的总长度L。在这里,我们改变钢丝绳直径A1,使钢丝绳的直径为电梯模型参数的1.5倍。即改变系统的刚度尤,振动位移仿真图如4所示。

图4 1.5A1电梯振动位移曲线

将上图4与图2比较,可以看出,电梯在改变系统刚度的情况下,使刚度增大的情况下,电梯的振动位移明显减小。分析其原因我们可以知道,弹性势能U = 1/2kx2,当刚度增大的情况下,X将要减少,振动的位移也就减少了,这个对我们的实际中有指导意义,在高层高速的电梯中,我们可以增大系统的刚度,比如增大钢丝绳的直径或者增加钢丝绳的根数n。

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。

图5加速度不变,增大P

和图4比较可以看出,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加速度变化率、最大加速度等参数,对电梯振动特性影响较大。

3.结论

在实验过程中改变部分参数进行现场实验,得出电梯的振动特性和振动规律,发现实验所得出的振动规律和仿真所得出的规律是一致的,从而验证了数学模型的正确性,因此在仿真中固有参数和运行参数的改变得出的振动规律是正确的。结论对实际工作中,电梯的制造、安装调试、改造维修减弱电梯振动具有指导意义

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