电梯钢丝绳参数激励横向振动研究

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某些电梯系统运行于特定行程区间的时候轿厢振感明显增强,同时曳引钢丝绳出现大幅度横向振动现象。本文旨在揭示这种现象产生的根源,并探索钢丝绳横向振动的减振措施。论文从定长载重钢丝绳的振动特性入手。假设钢丝绳顶端固定,底端悬挂一个受到垂直简谐力激励的集中质量,在忽略钢丝绳横向振动高阶振型的情况下,建立了钢丝绳的横向振动方程。通过对该方程实施无因次变量代换,发现该振动方程是一个标准的Mathieu方程。进而根据Mathieu方程解的稳定性准则,导出了引发钢丝绳参数共振的临界激励幅度计算公式,以及此时钢丝绳底端集中质量的稳态响应振幅,从而首次实现了钢丝绳参数共振问题的定量研究。鉴于电梯系统的实际简谐激励往往来自于曳引机组的转子偏心或啮合脉动,随后将作用于集中质量的简谐力激励转变为作用于钢丝绳顶端的简谐位移激励,再一次导出了钢丝绳参数共振的临界激励位移计算公式。由于钢丝绳发生参数共振的原因在于底端集中质量稳态响应的幅度超过了临界值,于是提出了通过抑制钢丝绳底端集中质量垂直振动的幅度以抑制钢丝绳参数共振现象的思想,并建议在集中质量下方安装动力吸振器以实现这个目标,动力吸振器的设计准则是使其固有频率等于定长载重钢丝绳横向振动一阶固频的2倍。以上理论研究成果通过数值仿真和实验得到了验证。在此基础上,对单绕和复绕电梯系统中曳引钢丝绳的参数激励横向振动进行了数值仿真研究。参照定长载重钢丝绳的数学建模方法,建立了包括钢丝绳横向振动在内的整个电梯机械系统振动方程组。通过对动态电梯系统曳引钢丝绳的固有频率进行求解,提出了“电梯钢丝绳参数共振频带理论”。该理论认为,相对于定长载重钢丝绳而言,导致电梯钢丝绳参数共振的垂直激励频率不再局限于一个单一的数值及其邻域,而是一个较宽的数值区间,这个数值区间的上下限分别是钢丝绳横向振动一阶固频上下限的2倍,随后通过数值仿真对理论进行了验证。接着,探讨了电梯运行速度和轿厢载重量对钢丝绳参数激励横向振动的影响:对同一台电梯来说,在相同简谐激励条件下,运行速度越快钢丝绳发生参数共振的可能性越小;轿厢载重量越轻,钢丝绳发生参数共振的可能性越大。数值仿真还表明,电梯钢丝绳参数共振现象将加剧轿厢的垂直振动,从而解释了某些电梯系统轿厢振感增强和钢丝绳横向振动加剧同时发生这一现象。本文最后根据电梯钢丝绳发生参数共振的必要条件,提出了两种消除钢丝绳参数共振现象的方法:调速法和动力吸振器法,其有效性得到了计算机仿真和实践的验证。
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