（浙江省特种设备检验研究院 浙江杭州 310000）
摘要：目前，我国经济快速发展，人口大量向城市集中，城市的高楼和超高楼越来越多。高速曳引式电梯作为一种快速垂直的运输系统，成为了高层建筑垂直运输的最好选择，同时高速曳引式电梯在使用过程中也出现了不良振动问题。文章对高层高速电梯振动特性研究与实验进行了研究分析，以供参考。
关键词：电梯；振动特性；实验分析
前言
随着我国城市化水平越来越高，大量的人口加速向城市集中，这导致了城市土地利用情况越来越紧张，出现了地狭人稠的情况。在这种背景下，城市的高层建筑越来越多，并且建筑楼层也越来越高。楼梯，这种低楼层的装置，已经不能满足当今城市的要求。电梯具有占用空间小、提升速度快的特点，使其顺其自然地应用到了城市的高层和超高层建筑物中来。高速曳引式电梯是目前在城市中应用最多的电梯类型。
1 电梯振动测试实验
为了研究高速电梯的动态特性和验证仿真结果，进行电梯振动测试实验，配置了相应的测试系统。实验的目的是验证所建立的模型和仿真结果的正确有效性。通过电梯在不同的载荷、电梯运行曲线的改变、电梯安装时某些参数的不同得出的实验数据，分析这几种情况对电梯振动的影响。
1.1 振动测试系统
本实验用到的振动测试系统是课题组自主研发的基于是基于labview设计的测试系统，其硬件部分由压电式加速度传感器，带低通滤波功能的电荷放大器，数据采集卡和PC机组成。
（1）加速度传感器
压电式传感器的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賛、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。压电片中间的那个质量块，当发生振动的时候，外界通过弹簧对质量块施加载荷，从而产生压力，质量块内部就产生了电极化现象，质量块的表面电荷分布在压电片上，并且电荷是相反的。当外力的方向发生改变的时候，电压的方向也随之发生了改变。因压力而产生的电压的大小和外力的大小成正比。本实验采用的压电式传感器带有磁性，使用时，将传感器与被测试的物体的铁片粘在一起，形成刚性连接，当其感受振动时，由于传感器弹賛的刚度相当大，而质量块的质量越小，惯性越小，因而灵敏度越高。质量块感受到与被测试的物体相同的振动，受到一个与加速度方向相反力的作用，力的大小正比于加速度的大小。作用力越大，产生的电压也就越大，振动加速度变化，作用力也随之变化，压电片表面上的电压也随着变化。将此电压信号输送到电压放大器后通过转换就能测出振动加速度，放大器中加适当的积分电路，并通过适当的滤波，对数据进行必要的处理，就可以得出被测对象的振动速度和位移。
（2）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，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。电荷放大器可配接压电加速度传感器。其特点是将机械量转变成与其成正比的微弱电荷，而且输出阻抗极高。电荷变换级是将电荷变换为与其成正比的电压，将高输出阻抗变为低输出阻抗。
（3）测试系统软件
本实验振动测试与分析系统是中南大学振动研究实验室课题组自主开发的，是基于labview设计的测试系统。labview是由美国(NI)公司研制开发的，是基于图形化编辑的语言，也可以是通用的编程系统，也是一种集成的开发环境，工业届、学术届都很喜欢用这种软件来作为测试系统的软件。labview与其他计算机语言的显著区别是labview使用的是图形化编辑语言G编写程序，这种软件类似于硬件描述语言VHDL语言，所有的子程序都可以是框图的形式，也可以直接调用labview自身的函数库，即本身就有的图形化模块，用户只需要将图形化的模块连接起来，就可以开发出自己所需要的的测试系统，并且我们利用labview进行数据处理、分析和计算。
1.2 振动测试实验
为了验证建立的电梯系统垂直振动模型及相应的仿真程序的正确性。我们利用振动测试系统做现场振动实验。选取了一台和仿真参数一样的电梯进行现场试验。
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针对高层高速电梯，为了研究电梯机械系统垂直方向振动的动力学特性和相关振动规律，选取了某楼高度大于1OOm的一台速度为2.5m/s作为实验电梯。将振动测试系统连好线，进行往复的实验，
以电梯的上行工况为例，为了避免测试的实验数据有漏掉的信号，我们先采集原始的数据，在大范围频率内测试，再进行数据分析和处理。分别测试电梯在空载、中载、满载上升时，电梯的振动加速度、速度、振动位移，频谱曲线。
1.3 仿真与实验结果对比
实验采集到的振动曲线频率在0.5}8000HZ之间，采集的范围比较大，得出的实验曲线比较乱，不能清晰的反映电梯机械振动特性的振动规律，无法和仿真结果进行对比分析。因此我们需要对采集的原始数据进行分析和处理。根据电梯的动力学模型计算出电梯振动系统的固有角频率的取值范围。
（1）电梯在起动时的振动位移很大，并且偏离偏离平衡位置向上，在减速阶段，电梯的振动位移不大，但偏离于平衡位置向下；和仿真的结果进行比较，发现仿真结果在起动段由于惯性力作用，振动偏离中心向上在运行段振动回到中心位置，在减速阶段，由于惯性力的作用，振动偏离中心向下，振动的整体规律与仿真结果得出的规律一致。
（2）电梯的振动位移随着电梯的运行，振动逐渐减弱，与仿真结果一致。
2 高速曳引式电梯振动的控制策略
2.1 控制振源
（1）采用流水线性的气动格局轿厢，可以有效地减小电梯通道内轿厢和空气的剧烈摩擦。
（2）电梯安装人员在轿厢安装前，要先将轿厢平放在地上，对轿厢进行重心检查。
（3）安装轿厢补偿装置。轿厢补偿装置主要安装在轿底。其通过对轿厢的重心进行自动调节，使轿厢保持良好的平衡状态，减小导轨和导轨之间的摩擦。
（4）对轿壁表面进行减震处理。安装人员可以在轿壁表面，安装减震夹层或者涂抹减震粘子等减小电梯振动。
（5）在轿底脚架之间安装减震装置。如在轿底安装减震垫等。
2.2 精确安装，定期维护
（1）在安装前，安装人员要首先对电梯各部件进行合理检查。
（2）在电梯安装过程中，安装人员要严格按照标准组装电梯，保证电梯各部件安装位置精确，这样可以有效避免电梯在运行时由于部件错位从而产生剧烈振动。
（3）电梯在使用了一段时间后，要及时进行维护。比如安装人员要及时为曳引轮、钢丝绳添加润滑油，以减小电梯各部件之间的摩擦振动；要定期检查紧固螺丝是否有松动情况，同时也要检查电梯各部件是否有变形现象，并且及时更换。
2.3 采用主动控制系统
主动控制系统能及时监测振动水平及振动位置，并根据实际情况采取相应措施，消除或减少振动产生的危害，保证电梯的正常运行。主动控制系统目前已经开始应用到了高速曳引式电梯中。主动控制的方式包括主动、半主动吸振控制、隔振控制、阻振控制、消振控制。主动控制系统的应用有效地减小了电梯的振动现象，延长了电梯的使用寿命，为电梯的正常运行提供了有力的保证。
3 结束语
电梯振动不仅影响乘客乘坐的舒适度，影响电梯的使用寿命，更严重还会带来重大的安全事故。在如今现代高层建筑中，高速曳引电梯应用越来越多，电梯的安全使用越来越被使用者重视。为了保证电梯的舒适安全使用，工作人员一定要端正态度，及时规律地对电梯进行维修维护，并且在电梯系统中安装主动控制系统。
参考文献：
[1]包继虎.高速电梯提升系统动力学建模及振动控制方法研究[D].上海交通大学,2014.
[2]饶勇.高速电梯曳引系统多向耦合振动建模与减振设计技术及其应用[D].浙江大学,2016.
[3]吴慧.高速曳引电梯的动态特性研究[D].南京航空航天大学,2013.
[4]马幸福.基于虚拟样机技术的高速电梯系统动态特性仿真研究[D].湖南大学,2009.
论文作者:王冲富
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/15
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