电梯用油压缓冲器的动态仿真和试验分析_傅武军

振　动　与　冲　击第22卷第4期J OURNAL OF VIBR ATION AND SHOCK Vol.22No.42003　电梯用油压缓冲器的动态仿真和试验分析傅武军　朱昌明　张长友(上海交通大学机械与动力工程学院,上海　200030)摘　要　考虑缓冲器柱塞头部橡胶垫的刚度和阻尼的作用,将柱塞和轿厢分别作为质量块,建立电梯用油压缓冲器的数学模型并对其进行动态仿真,同时以一实际的油压缓冲器为例,通过试验,证明了所建数学模型正确性并为油压缓冲器的设计提供依据。

关键词:电梯,油压缓冲器,数学模型,动态仿真,实验中图分类号:TB1230　引　言缓冲器是电梯底坑中必须设置的安全保护设施。

由于油压缓冲器的缓冲效率高、寿命长、经济性好,因此它是电梯中最常用的缓冲器结构型式。

文献[1]讨论了电梯用的油压缓冲器的设计要点(具体情况请参考文献),文献[2]介绍了有关电梯用油压缓冲器的传统静态设计计算方法。

文献[3]建立一类液压缓冲器的数学模型并进行了动态仿真和试验。

这些设计方法在建立自由坠落模型时,将柱塞和冲击质量都是作为一个质量块来考虑。

本文将考虑缓冲器柱塞头部橡胶垫的刚度和阻尼的作用,把柱塞和轿厢作为独立的质量块,建立油压缓冲器的数学模型并进行动态仿真,同时以一实际的油压缓冲器进行了自由坠落试验。

1　缓冲器的数学模型液压缓冲器的工作原理如图1所示。

当高速坠落的电梯轿厢(或对重)撞击液压缓冲器时,轿厢和柱塞一起向下运动,油液将从节流孔流出,动能将转化为油液的热能,从而使轿厢安全减速制停并保护乘客的安全。

由此可见,整个缓冲过程分为两部分:首先高速运行的轿厢和缓冲器发生碰撞,然后轿厢和缓冲器一起向下运动。

在常规的方法中,一般假定碰撞后轿厢和柱塞的运动参数是相同的。

实际上由于橡胶垫本身是有刚度和阻尼,而刚度和阻尼的存在导致碰撞后轿厢和柱塞的加速度、速度等运动参数并不相同。

图2是考虑了橡胶垫刚度和阻尼后,轿厢和油压缓冲器的力学模型。

根据图2,我们可以建立如下动态方程:1)轿厢的动态方程m1dv1dt=m1g-k1(x1-x2)-c1(v1-v2)(1)图1　油压缓冲器的工作原理图m1:轿厢质量k1,c1:橡胶垫刚度和阻尼k2:复位弹簧的刚度　m2:柱塞质量p:油缸内油压　p0:大气压图2　轿厢和油压缓冲器动力学模型2)柱塞动态方程m2dv2dt=k1(x1-x2)+c1(v1-v2)-(p-p0)A0-k2x2+m2g(2) 3)节流孔流量q收稿日期:2002-08-18 修改稿收到日期:2002-11-15 第一作者　傅武军　男,博士研究生,1973年8月生DOI:10.13465/ ki.jvs.2003.04.022q =C d A k2ρ(p -p 0)(3)其中C d 为泄油孔的流量系数,A k 为泄油孔的实际面积,ρ为油密度。

4)流量连续方程A 0dx 2dt =q +V 1K dpdt(4)其中:A 0柱塞的横截面积,V 1密封腔体内体积,K 液体体积模量。

上面式子其他参数:x 1,v 1为轿厢的质量位移和速度,x 2,v 2为柱塞的质量位移和速度,g 重力加速度由上我们可建立如下微分方程组:dv 1dt =g -k 1(x 1-x 2)+c 1(v 1-v 2)m 1dv 2dt =k 1(x 1-x 2)+c 1(v 1-v 2)m 2-k 2x 2+(p -p 0)A 0m 2dp dt =[A 0v 2-C d Ak2ρ(p -p 0)]·K V 1dx 1dt =v 1dx 2dt=v 2(5)2　仿真与实验前面讨论了电梯用油压缓冲器的工作原理,数学模型和基本方程。

为了评价该模型,我们以一实际油压缓冲器为例,对其进行建模,动态仿真和实验。

其主要参数为:缓冲器的行程225mm ,冲击的速度2.01m /s,最大冲击质量2500kg ,最小冲击质量600kg 。

1———加速度传感器;2———位移传感器;3———油压传感器;4———放大器;5———数据采集器图3　实验装置简图2.1动态仿真关于橡胶垫的阻尼由冲击法测得,橡胶垫的刚度,通过静压试验求得。

然后用Matlab 程序进行仿真,计算的仿真曲线分别如图4、图5实线的所示。

其中虚线2为考虑橡胶垫作用所得到的仿真曲线,虚线3为不考虑橡胶垫作用所得到的仿真曲线。

注:实线1表示试验曲线,虚线2表示考虑橡胶垫的仿真曲线,虚线3表示不考虑橡胶垫的仿真曲线。

图4(a )　轿厢加速度-时间图4(b )　油压-柱塞位移图4　空载600kg ,冲击速度2.06m /s图5(a )　轿厢加速度-时间图5(b )　油压-柱塞位移图5　重载2500kg ,冲击速度2.06m /s(下转第87页)81第4期 傅武军等:电梯用油压缓冲器的动态仿真和试验分析 象将被抑制[如图5(b )]。

总之,U 对系统的分叉及浑沌的影响只是一种外部因素,它不会改变系统通向浑沌的道路和系统出现浑沌现象所需要的一些参数范围。

图4　系统响应随Ψ变化的情形(■K =0.69,β=π,U =0.2)图5　■K ,U 对系统特性的影响(Ψ=0.60,β=π) 从上述分析可以看出,由方程(1)所确立的系统在Ψ=Ψc /2和Ψ=2Ψc /3时,随着■K 的变化,系统具有丰富的周期、拟周期及浑沌现象;β对该系统的分叉形式及通向浑沌的道路有较大影响,而U 作为一种外因将对系统的这些非线性行为具有促进或抑制作用。

参　考　文　献1　Gasch R .A survey of the dynamic behavior of a simple rotatin gshaft with a trans verse crack .J of Sound and Vibration ,1993,162(2):313—3322　高建民,朱晓梅.裂纹转子的动力特性的研究.西北工业大学学报,1992,10:434—4393　Meng Guang .The nonlinear influences of whirl speed on the stabili -ty and response of a cracked rotor .J of Machine Vibration ,1992,4:216—230(上接第81页)2.2　实验实验装置如图3所示。

轿厢(即冲击质量)以设定的速度撞击缓冲器,同时记录轿厢的减速和缓冲器的压力与位移曲线。

测试曲线如图4、图5所示的实线1所示。

3　结 论(1)本文考虑了液压缓冲器头部的橡胶垫影响,建立了将柱塞和轿厢分别作为质量块的数学模型,并且将本模型和传统模型做了比较。

同时进行了液压缓冲器的实样试验,实验曲线和仿真曲线吻合良好证明该仿真模型的有效性。

(2)考虑了橡胶垫的刚度和阻尼的影响的仿真曲线更接近于实验曲线。

可见考虑橡胶垫的作用可使液压缓冲器仿真模型更接近于实际的物理系统。

(3)对于采用多级变量棒节流的缓冲器时,其缓冲末端油泄流孔越来越小,为使仿真结果更接近实际模型,应修正流量方程(3)。

(4)利用该模型可以进一步讨论橡胶垫的刚度和阻尼对缓冲器性能的影响。

参　考　文　献1　马培忠.电梯用油压缓冲器原理与性能分析.19952　潘开第.油压缓冲器的设计计算.中国电梯,1991.23　詹永麒,孙　巍.液压缓冲器动态仿真.液压气动与密封,1996.74　Wagner J ,Liu X .Nonlinear Modeling and Control of Automotive Vi -bration Isolation System Proceedin g of the American Control Confer -ence 2000.65　盛敬超.工程流体力学.北京:机械工业出版社,198887第4期 王桥医等:非线性涡动时裂纹转子的分叉与浑沌特性研究 A bstract According to the spectrum of the acceleration of elevator car ,the eccentricity of the rotor in the traction ma -chine is tentatively diagnosed as the main excitation to the vertical vibration of elevator system .Then modal analysis on the whole elevator system is performed .and it is found that the fifth order natural frequency of the system approaches the rotation frequenc y of the motor when elevator lies in certain floor ,which explains why the vertical vibration becomes severe when eleva -tor is in this r egion .Finally ,a dynamic vibration absorber is proposed to be attached to both sides of the sheaves above the car to suppress the vertical vibration ,and experiment proves its favorable effect .Key words :elevator ,vertical vibration ,natural frequenc y ,absorberVIBRATION _ISOLATING MASS _BLOC K EFFEC T AND AC OUSTICRADIATI ON OF A PLATE STRUC TURELiu Honglin Wang Deyu(School of Naval Architecture and Oc ean Engineering ,Shanghai Jiao Tong University ,Shanghai 200030)A bstract In the paper ,using the universal software Msc /Nastran and Sysnoise ,the vibration and the acoustic radiation of a plate containing a mass _block is appr oximatively calculated .With the vibration of the object simulated by FE M and the noise field and the surface of the object approximated by BE M of Helmholtz equation ,the law that parameters of the mass _block affect the vibration and the acoustic radiation is discussed .Mecnwhile ,the favourable wa y of vibration isolation is pr obed into ,which can provide reference for r educing vibration and lessening noise of the marine ship .Key words :mass _block ,acoustic radiation ,FE M ,BE M ,vibration isolationEX PER IMENTAL A NALYSIS A ND DYNA MIC SIMULATION ON HYDRA ULIC BUFFER USED IN ELEVATOR SYSTEMFu Wujun Zhu Changming Zhang Changyou(School of Mechanical Engineering ,Shanghai Jiao Tong University ,Shanghai 200030)A bstract In the paper ,c onsidering the influence of the cushion on the top of plunger ,the model of the hydraulic buffer used in elevator system is established .On the basis of the model ,a simulation progra m is developed ,and an experiment is de -signed to check the model ,The simulation results are very close to the experimental ,which proves the correctness of the method .Key words :elevator ,hydraulic buffer ,model ,simulation ,experimentWAVELET DE _N OISING METHOD IN STRESS WAVE DETECTION FOR OIL PIPELINEChen Renwen Zhou Hongmei Yu Xufeng(College of Aeronautics &Astronautics ,NUAA ,Nanjing 210016)A bstract A signal de _noising method using wavelet analysis in str ess wave detection for oil pipeline is intr oduced in thepaper .The position wher e stealing happened is derived by calculating the difference between the times at which the stress wave reaches the two adjacent detection transducers .Since the singularities and their propagation properties of desired signals and white noises are different ,it is possible to distinguish the desired signals from noises in different decomposition scales ,and the wa velet coefficients of the noises are discriminated according to thresholds for wavelet reconstruction ,which r esults in de _noised signals .It is found that the noises are well cancelled ,and the detection accuracy is promoted .Key words :Oil pipeline ,str ess wave ,wavelet ,de _noisingⅦVol .22No .42003 JOUR NAL OF VIBR ATION AND SHOCK 。