（浙江省特种设备检验研究院 浙江杭州 310000）
摘要：由于近年来我国经济的发展，人们对电梯的使用次数不断增多，也越来越重视电梯的安全。特别是电梯的动态特性，对电梯整体运行效果有着很大的影响，因此，本文就电梯机械系统的动态特性进行了分析和研究。通过剖析电梯机械系统，为电梯动态性能的优化设计提供了依据。文章对曳引电梯机械系统的动态分析及参数优化进行了研究分析，以供参考。
关键词：电梯；模态分析；动态响应；灵敏度分析；优化设计
前言
电梯的组成十分复杂，经过多年的发展，我们对电梯机械系统进行了分析，将其详细分为了5个部分，分别为轿厢和对重装置、导向系统、层轿门和开关门系统、机械安全保护系统以及驱动系统。正是由这5部分组成了电梯机械系统。在实际研究时，需要对这5部分进行研究和设计，并分别对其进行质量控制。轿厢和对重装置中的轿厢是人们乘坐的空间，对重可保证轿厢的平衡，提高人们在轿厢内的舒适性和稳定性；导向系统主要是确保电梯在轨道上的稳定行走；层轿门和开关门系统利用机电控制电梯门；机械安全系统可保证电梯内部人的安全；驱动系统可为电梯提供动力，保证电梯的正常运转。
1 电梯机械系统的工作原理
1.1 曳引机的升降原理
曳引机在电梯工作时，需要对轿厢拉拽，从而确保整个轿厢的上下移动。在实际工作时，对整个曳引机的要求较高，我们需要对多个方面进行质量控制。曳引机包括钢丝绳滑轮等部分，整个机械对钢丝绳的要求较高，我们需要对钢丝绳的松紧度和滑轮的光滑程度等提出较高的要求。如果质量不合格，则会严重影响整个电梯的运行质量。
1.2 曳引能力的设计
曳引能力是对电梯托运能力的体现，曳引能力越强，每次运输的人数就越多。对于高层建筑，人流密度较大，需要设计运输人数较多的电梯，进而对电梯的曳引能力提出了较高的要求，确保电梯的正常施工和设计目标的实现。
1.3 电梯门系统
电梯门系统可起到人员保护的作用。在实际应用时，需要对门相关的部分进行研究，确保其整体质量。门系统可对电梯的门进行机械化控制，确保门的正常运行。门系统的存在是为了更好地对电梯进行控制，需要我们加大对门系统相关的机械设备研究。
2 曳引电梯机械系统的动态分析及参数优化
机械动态优化设计主要是指系统参数的数值优化，其研究内容是将数学规划理论、机械振动理论和数值计算方法结合起来，以计算机为工具，建立一整套科学的、系统的、可靠而又高效的方法。其主要内容有:(1)建立符合实际情况的结构动力学模型。(2)选择有效的结构动态优化设计方法。本质是在产品的设计阶段就将系统的动态特性问题考虑进去，从而取代传统设计中所使用的先依据静态设计规范及理论设计出样品或样机，再不断进行修改的设计方法，即进行动态优化设计。其目的是在产品的开发阶段就对产品的动态性能进行优化，这是一项正在迅速发展的技术，它涉及到现代动态分析、计算机技术、产品结构动力学理论、设计方法等许多学科，由于其涉及问题的复杂性，迄今为止还没有提出一套完整的动态优化设计理论、方法和体系。
2.1 机械优化设计方法
约束优化设计问题的方法称为约束优化方法。目前，已有很多的方法来解决这类约束优化设计问题。如:随机方向法、复合形法、惩罚函数法、增广矩阵法等等。由于复合形法在设计初始复合形的形状时不必保持规则的图形，并且对目标函数及约束条件的性状也没有特殊的要求，因此此种方法的适用性较强，在机械优化设计中得到了广泛的应用。在本文中采用复合形法。
复合形法的基本思路是在可行域内构造一个具有k个顶点的初始复合形。对该复合形各顶点的目标函数值进行比较，找到目标函数值最大的顶点(最坏点)，然后按一定的法则求出目标函数值有所下降的可行的新点，并用此点代替最坏点，构成新的复合形，复合形的形状每改变一次，就向最优点移动一步，直至逼近最优点。
2.2 电梯机械系统垂直方向动态特性优化设计
高速电梯机械系统在载荷作用下的振动对乘客的安全性和舒适性影响较大，本文在灵敏度分析的基础上，以电梯轿厢加速度响应作为优化对象，以其振动加速度均方根值的大小来近似模拟厢体质心的振动加速度响应在各个时间段上的有效值的大小，电梯机械系统垂直方向的动态特性优化设计目标函数表达为:
电梯水平方向的动力学模型为两刚体10自由度模型，轿厢的振动加速度简化为轿厢质心的振动加速度，轿厢质心的加速度分为前后x方向和左右Y方向的分加速度。在此次优化设计中，本章也将电梯在水平方向轿厢振动加速度的优化分为前后x方向振动加速度和左右Y方向振动加速度的优化。
（1）电梯轿厢在前后x方向动态优化设计
由灵敏度分析可知，橡胶垫块和导轮在x方向的刚度对电梯轿厢x方向的振动加速度响应的影响比较大。在电梯轿厢x方向的优化设计中，优化参数选取橡胶垫块在x方向的刚度。和导轮在x方向的刚度为设计变量，根据设计变量的可调范围，设置约束条件。
（2）电梯轿厢在左右Y方向动态优化设计
与电梯轿厢x方向的优化设计思路一样，对电梯轿厢的Y方向的振动加速度进行优化。由灵敏度分析可知，电梯橡胶垫的刚度和导轮的刚度作为优化设计变量。
3 电梯系统的安全技术分析
3.1 电梯综合性能测试
电梯安装完之后，需要进行调试，对其整体质量进行检验。比如对电梯的零件进行检验，确保其日后的工作质量。检验工作可找出整个系统是否存在问题，如果能及时解决发现的问题，则可确保电梯的正常运转质量。
3.2 电梯机械系统的日常保养工作
电梯是一个长久应用的设备，其安全备受人们关注。在使用过程中，应确保其能正常工作。检查和维修工作就是为了排除电梯存在的安全隐患，保证人们在使用过程中的安全。保养工作需要根据电梯的实际情况编制专门的计划和方法，并按照计划保养。
4 结束语
综上所述，电梯的应用会越来越广。在现阶段的发展中，我们需要对其核心技术进行了解和研究，确保电梯的质量，保证电梯的平稳发展。在提高电梯质量方面，我们需要对机械系统的动态特性进行研究和提升，更好地为人们服务。以经典的优化理论知识为基础，建立优化的目标函数:以灵敏度分析为基础，建立优化变量;运用复合形法作为优化方法，对电梯的垂直及水平方向的振动进行优化，以达到调整结构参数，提高电梯舒适性的要求。由以上优化设计可知，优化结果大大的提高了电梯轿厢的振动特性。
参考文献：
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[4]杜海军.气体扰动对高速电梯系统动态特性影响的研究[D].苏州大学,2009.
论文作者:杨凯杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/16
标签：电梯论文; 系统论文; 优化设计论文; 动态论文; 加速度论文; 机械论文; 方向论文; 《电力设备》2017年第21期论文;