电梯钢丝绳冲击工况下的摩擦传动行为研究.docxVIP

摘?要：

大型建筑电梯由于速度快、绳长大，轨道系统的偶然激励将严重影响提升安全和舒适性。现通过模拟仿真的方法研究了电梯系统在冲击工况下的振动与传动力学行为特性。结果表明，在电梯紧急制动工况下，钢丝绳的张力发生大幅跌落，横向振动幅值增大，摩擦力减弱，滑移速度增大，电梯曳引系统摩擦传动的稳定性下降。

关键词：

电梯；钢丝绳；冲击；摩擦传动

中图分类号：TU857

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引言

近年来，随着高层、超高层建筑高度增加，电梯提升速度不断提高，人们对电梯运行速度和舒适度提出了更高要求[1]。电梯设备会因曳引力不足、电气控制系统故障、制动装置故障等原因发生超速、坠落事故，严重威胁乘客的安全。曳引电梯在工作中是依靠钢丝绳与曳引轮直接接触，通过接触形成的摩擦力来实现上下运行。因此，电梯曳引系统的摩擦传动稳定性与电梯的安全运行密切相关，开展不同冲击工况下电梯曳引系统的摩擦传动可靠性及平稳性研究，建立电梯曳引系统传动性能与电梯运行参数的相关性模型，并通过对各种因素的分析找到影响电梯摩擦传动性能的因素，以求出最佳提升负荷和操作参数，从而保障电梯的摩擦传动可靠性和驱动平稳性，对丰富提升钢索摩擦传动机理，改善电梯曳引系统摩擦传动性能，提高电梯曳引系统安全性具有重要的理论意义。

国内外许多学者都开展了提升钢丝绳动力学方面的研究。郭永波[2]从电梯传动的平稳性、钢丝绳的动力和摩擦传动性能等出发，就挠性钢丝绳的动态摩擦驱动问题进行了探讨；张鹏等人[3]通过在周期激励下钢丝绳纵向和侧向振动，对钢丝绳周期激励的动态反应进行研究，可以有效地探测出结构的简谐激励反应机制，并能有效抑制整体的振动；王文等人[4-5]研究了在不同因素作用下电梯和轨道之间的周期性激励，从轿厢与导靴、导靴与导轨、导轨与导轨之间的接触关系出发，导出了接触刚度系数，并对导靴和导轨之间的耦合振动进行了较为实际的分析，得到了导向轮导靴与导轨之间的横向振动响应；曹智超[6]通过在垂直方向上添加激励源来研究电梯的振动机理，建立了电梯垂直振动的动力学模型，并根据电梯的实际运行情况将电梯曳引系统简化为弹簧质量模型；郭永波等人[7]采用循环激励方法，对不同周期的激振频率进行了纵向激励试验，对摩擦力提升系统的非线性动态反应进行了研究，结果表明，横向振动属于强迫振动，而纵向振动属于非规律性的复合振动。

由上文所述可知，各专家学者对高速电梯冲击工况研究较少，对于紧急制动工况下钢丝绳张力以及滑移速度等的变化也鲜有报道。因此，本文通过对电梯曳引系统进行建模仿真，对曳引轮施加力、对轿厢施加外部激励来模拟冲击工况，研究在冲击工况下高速电梯钢丝绳的摩擦传动行为。

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电梯系统模型

为研究电梯曳引系统的动力摩擦驱动特性，将其与电梯曳引系统的摩擦性能、安全可靠度相结合，对电梯曳引系统的动力响应状态、动力摩擦驱动可靠性及稳定性进行研究，选择某电梯曳引系统进行建模。

1.1

实际电梯系统

选择的某电梯曳引提升系统为曳引式1:1电梯结构，如图1所示。

电梯总提升高度为24m，表1列出了该电梯曳引提升系统的一些主要参数。

1.2

电梯系统仿真模型

1.2.1?模型简化

采用Adams/Cable对该电梯进行了动态模拟，该模型将提升侧和下行侧的钢丝绳动力，钢丝绳与曳引轮、导向轮的耦合作为一个整体进行了建模。导向轮和曳引轮采用统一材质，绳槽形状符合要求，不存在圆度偏差；实际的电梯曳引系统是由6根钢丝绳联合支撑，在模型中仅设置一条钢丝绳，其承载力为原负载的1/6，如图2所示。

1.2.2?参数设置

电梯曳引提升系统中曳引轮与导向轮相关参数如表2所示。

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结果分析

在电梯曳引提升系统紧急制动过程中，由抱闸机构向曳引轮施加力使其迅速停止，为模拟制动工况，添加驱动函数，在匀速阶段使曳引系统迅速停止。

图3为距离轿厢上方10m处钢丝绳横向、纵向振动及张力值，制动发生在电梯提升的第8秒，制动时间共用时为1s，其速度从2m/s迅速降为0m/s。

从图中可以看出，当曳引轮突然停止运动时，钢丝绳的张力发生跌落，其跌落幅值为8900N，达到制动前平均张力的47.98%，小幅波动后发生回弹，增幅较大，达10159N，对钢丝绳造成较大冲击。从横纵振动可以看出，制动使横向振动幅值增大至-8～7m/s2，较匀速段有所增大。

图4示出了不同制动时间下钢丝绳与曳引轮之间的滑移速度，可以看出，制动时绳轮间产生明显的打滑，制动时间越短，滑移速度峰值越大。摩擦式提升系统摩擦轮和绳索间一直存在正常滑移，本文中正常提升过程最大滑移发生在加速段，最大滑移值为0.03m/s，而制动时滑移速度可达正常值的32～33倍。制动冲击过后钢丝绳与摩擦轮滑移速度恢复原始状态值，说明钢丝绳与摩擦轮没有发生持续滑动，表明摩擦系数足够，制动有效。

图5示出了不同制动时间下钢丝绳的