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消除电梯振动及轿内噪音的实验及理论分析

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消除电梯振动及轿内噪音的实验及理论分析

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