宇文旋 安澤偉 吳曉燕

（長安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院，陜西 西安710018）

0 引言

電梯隨著城市高層建筑的發(fā)展而發(fā)展，電梯作為一種重要的垂直交通工具，舒適性是其評價標(biāo)準(zhǔn)中的主要因素之一。

電梯的震動是電梯乘坐舒適的重要指標(biāo)。正常情況下，乘坐時間短且震動幅值小，不會影響乘客安全。但振動到達(dá)一定值，且頻率在人的敏感帶時，或者電梯起制動特性差，都會使乘客感到明顯不適。這種情況尤其表現(xiàn)在高速電梯以及身體條件差的乘客上。為減小電梯的振動與沖擊，工程技術(shù)人員一方面從控制角度出發(fā)，提出理想電梯運(yùn)行曲線的方法對電梯運(yùn)行速度進(jìn)行優(yōu)化控制。另一方面從緩沖與減振角度出發(fā)，提出加裝減振器的方法來減小轎廂振動與沖擊。

本文就特殊敏感人群提出在廂內(nèi)設(shè)計隔振緩沖裝置的方法，并對簡化力學(xué)模型進(jìn)行了分析和仿真

1 減震系統(tǒng)的動力學(xué)模型

1.1 動力學(xué)模型

為研究方便，將人體、隔離裝置、電梯組成的系統(tǒng)進(jìn)行簡化，建立減震器與彈簧并聯(lián)的動力學(xué)模型。

1.2 系統(tǒng)輸入分析

1.2.1 理想的電梯運(yùn)行曲線

電梯的速度是電梯運(yùn)行規(guī)律的決定因素，它直接影響電梯的舒適性。常見的理想速度曲線中拋物線一直線綜合速度曲線因算法快速，結(jié)構(gòu)靈活，實現(xiàn)起來更容易滿足電梯速度控制的各項要求，最為常見，其起動加速和減速制動段速度曲線為拋物線型，穩(wěn)速運(yùn)行階段為直線型。

1.2.2 實際的電梯運(yùn)行曲線

實際的電梯運(yùn)行曲線除了與電梯的運(yùn)行速度和加速度有關(guān)外，還受到電梯曳引系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量、隨機(jī)因素等多方面因素的影響，因此有必要對電梯的實際運(yùn)行曲線進(jìn)行測量。選擇某型號電梯作為研究對象，對其運(yùn)行加速度進(jìn)行測量，由結(jié)果可知加速度曲線與拋物線—直線綜合性理想曲線較為吻合，且存在隨機(jī)波動，這種隨機(jī)波動同樣會對電梯的舒適性造成影響，因此再分別研究以正弦振動函數(shù)、正弦半波沖擊函數(shù)、理想速度控制曲線函數(shù)作為輸入時的系統(tǒng)的輸出特性。

2 仿真分析

ADAMS軟件是目前應(yīng)用廣泛且具權(quán)威的機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件，它使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格朗日方程法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。

2.1 仿真模型的建立

所建立的系統(tǒng)仿真模型如圖1所示。仿真模型主要由人體、隔離裝置、電梯及它們之間的約束關(guān)系和作用力組成。其中建模方法是：將電梯的位移激勵s分為兩部分，一部分是理想曲線，另一部分為振動。

2.2 仿真實驗方案

以上述實驗電梯作為仿真對象，對上行階段進(jìn)行仿真試驗。隔振元件暫取減振器，其剛度K=1891.2N／m。以CATIA人機(jī)工程模塊中國（臺灣）80%人體質(zhì)量(m=73.803kg)作為人體仿真質(zhì)量。

為探究裝置對隨機(jī)波動的隔離作用，仿真試驗中，以不同頻率（1Hz、5Hz和10Hz）振幅為10mm的正弦信號作為激勵，測量人體的位移響應(yīng)和加速度響應(yīng)作為電梯舒適性的評價指標(biāo)。同時隨機(jī)波動中含有沖擊成分，實驗中以沖擊信號激勵系統(tǒng)，以人體位移響應(yīng)的峰值作為評價指標(biāo)。

人體對于加速度的變化比較敏感，所以除了應(yīng)做到給定速度數(shù)值連續(xù)、加速度數(shù)值連續(xù)外，還應(yīng)做到加速度的變化率沒有突變。為探究隔離裝置對理想曲線的影響，以理想曲線作為輸入計算人體的響應(yīng)。將電梯的運(yùn)動學(xué)參數(shù)代入模型，得到電梯加速度曲線方程。用ADAMS進(jìn)行編譯，并將其輸入圖中滑動副作為電梯激勵，測量人體加速度和加速度變化率。

2.3 正弦激勵分析

當(dāng)頻率為1Hz時，人體的位移響應(yīng)和加速度響應(yīng)均大于相應(yīng)的位移激勵和加速度激勵。因為此頻率接近隔離裝置的固有頻率（0.87），產(chǎn)生共振現(xiàn)象。而當(dāng)頻率為5Hz和10Hz時，人體的位移響應(yīng)和加速度響應(yīng)均小于相應(yīng)的位移激勵和加速度激勵。且隔振裝置對頻率為10Hz的激勵阻隔效果更加明顯。

為進(jìn)一步探究隔振裝置對不同頻率激勵的阻隔效果，用ADAMS對裝置的幅頻特性進(jìn)行計算，由計算結(jié)果可知隔離裝置對低于固有頻率（0.87）的激勵阻隔作用不明顯，且當(dāng)激勵源的頻率接近固有頻率（0.87）時，不僅起不到隔振作用，反而會因為共振現(xiàn)象使振動加強(qiáng)；當(dāng)激勵源的頻率大于1Hz時，隨著頻率的增加，隔離效果會增強(qiáng)。資料表明，人體對振動的敏感頻率為4—8Hz。因此，隔離裝置可以對處于人體敏感頻段的振動有效隔離。

2.4 正弦半波位移沖擊分析

系統(tǒng)輸入為正弦半波位移激勵，其方程為：

仿真結(jié)果顯示隔振裝置能夠有效緩和電梯的位移沖擊，可將沖擊波峰值將為原來的16%。對由于電梯運(yùn)行不穩(wěn)引起的沖擊有很好的緩和作用，可有效提高使用者的抗沖擊能力。

2.5 理想運(yùn)行曲線激勵

由理想運(yùn)行曲線作為系統(tǒng)輸入的仿真結(jié)果，可知以拋物線—直線型理想速度曲線運(yùn)行的電梯在由二次曲線和比例曲線相互過渡及電梯起動和制動時，加速度曲線連續(xù)，但其變化率產(chǎn)生了跳變，影響了電梯的舒適性。而緩沖減振裝置上人體速度響應(yīng)曲線的加速度及其加速度變化率時刻保持連續(xù)，因此其舒適性優(yōu)于以拋物線—直線型理想速度曲線運(yùn)行的電梯。同時，隔振裝置會使加速度曲線和加速度變化率曲線的峰值增加，這有可能會影響其隔離效果。

3 結(jié)論

與通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，能夠方便地實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部、行業(yè)內(nèi)部、甚至更大范圍的診斷數(shù)據(jù)和知識的共享，用車企業(yè)界則可以利用它為生產(chǎn)企業(yè)研究機(jī)構(gòu)提供寶貴的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，能夠有效地組織異地專家會診等，這樣既解決了車輛使用企業(yè)技術(shù)力量不足和技術(shù)水平提高的問題又有利于研發(fā)機(jī)構(gòu)更準(zhǔn)確、更有效的獲得車輛運(yùn)行的第一手資料，通過檢測、分析、性能評估等，為車輛修改結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計、合理制造及生產(chǎn)過程提供數(shù)據(jù)和信息，充實理論和技術(shù)研究。

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