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电梯动态特性问题研究

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论文导读：电梯(elevator，lift)是服务于固定楼层的固定升降设备。电梯动态特性指电梯垂直振动和水平振动。

关键词：电梯，动态特性，现状

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一、概述

电梯(elevator，lift)是服务于固定楼层的固定升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的倾斜角小于150的刚性导轨之间。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种运输工具，其地位相当于“垂直运动的汽车”。据统计，美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。免费。当今世界，电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。

二、电梯分类

电梯的分类方法有多种，常见的有按电梯用途分类、按拖动方式分类、按驱动系统分类、按曳引机有无减速箱分类、按电梯额定速度分类等。按用途分类，电梯可分为客梯、货梯、观光、自动扶梯、自动人行道、无机房电梯、医用电梯、液压电梯、汽车电梯、杂物梯等;若按运行速度又可分为低速电梯、快速电梯、高速电梯、超高速电梯;按拖动方式分有直流电梯、交流电梯、液压电梯和直线电机驱动电梯。现以两种典型的分类进行说明。

（一）有齿轮电梯与无齿轮电梯

电梯按曳引系统有无减速箱，可以分为有齿轮电梯和无齿轮电梯两类。有齿轮电梯曳引轮的转速与电动机的转速不相等(电动机转速曳引轮转速)，中间有蜗轮蜗杆减速箱或齿轮减速箱(行星齿轮、斜齿轮)。一般是用在电梯额定速度v≤2m/s的场合。无齿轮电梯曳引轮转速与电动机转速相等，中间无蜗轮蜗杆减速箱或齿轮减速箱。对于这类电梯，要求电动机具有低转速、大转矩特性等。免费。一般是用在电梯额定速度v≤2m/s。近年来，随着永磁材料和永磁电机技术的进步以及电子技术和控制技术的发展，开发和生产永磁同步无齿曳引电梯越来越受到国内外电梯行业的普遍重视。永磁同步无齿轮曳引电梯同传统的有齿轮曳引电梯相比，具有以下特点:(l)结构简单紧凑;(2)节省能量、效率高;(3)噪声低;(4)性能价格比高;(5)安全可靠性高。因此有理由相信，永磁同步电机驱动无齿轮电梯将成为电梯发展的主流。本文研究对象正是针对永磁同步电机驱动的无齿轮曳引电梯。

(二)中低速电梯与(超)高速电梯

电梯按速度分类可以分为低速电梯、快速电梯(中速电梯)、高速电梯、超高速电梯四类:(1)低速电梯:电梯的运行速度vlm/s，货梯的运行速度多在这个速度区间内。

(2)快速电梯:电梯运行速度lm/s≤v≤2m/s，多层(15层以内)客梯及住宅电梯运行度多在此速度区间内。

(3)高速电梯:电梯运行速度2m/s≤v≤4m/s，一般高层写字楼中，又分单、双层或高、低区的电梯运行速度大多在此区域内。

(4)超高速电梯:电梯运行速度v≥4m/s，如果电梯提升高度大于50m以上，对大厦内的电梯又进行了分区控制，如从首层直达巧层甚至20层以上者，只有这样，才可以充分发挥超高速电梯的作用。

电梯的运行速度选择与电梯在大楼内的提升高度密切相关，电梯速度与楼层高度参考数据如表1所示。本论文研究的电梯速度为1.75m/s、2m/s。

表1电梯速度与楼层高度的选择关系

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楼层高度(m)

电梯速度(m/s)

≤75

≤1.75

≤90

≤2.5

≤110

≤3.0

≤130

≤4.0

≥130

≥4.0

三、世界三大主流电梯技术

电梯经过一百多年的发展，逐渐形成了二大系列电梯技术:美国技术、欧洲技术和亚洲技术。

美国电梯技术是以OTIS为主的电梯技术，其中包括加拿大。美国技术始终保留先进技术，却从来没有将最先进的电梯技术在世界各国应用。

欧洲电梯技术是国际上应用最广的电梯技术。在全球，欧洲电梯技术以电梯耐用而著称，一般电梯寿命为25年。加上欧洲人比美国人市场先导性好，所以在全球进行合资合作，使欧洲电梯技术成为国际通用技术之先锋，同时欧洲电梯标准也为国际电梯标准。

亚洲电梯技术是以日本为主导的电梯技术。而日本由于对用户心理掌握好，电梯以舒适性好而闻名。但是日本为了自身长远利益考虑，电梯寿命只有欧洲电梯的60%，使用寿命只有巧年。

四、国内外电梯动态特性研究现状

电梯动态特性指电梯垂直振动和水平振动。研究内容土要包括电梯系统研究、激励源研究、钢丝绳刚度和波动、振动主动控制、控制算法研究、主动导靴(如电磁导靴)等。国外学者对电梯振动控制研究比较多;国内主要是电梯系统研究和工程减振方面的，比较零散且少，目前还没有电梯主动控制方面的应用。

（一）电梯振动研究

1、垂直振动研究

湖南大学的陈炳炎、于德介等人利用拉格朗日方程建立了1:1电梯系统7自由度振动模型，针对电梯动力学模型参数为时变参数的特点，提出了一种基于实测系统固有频率的电梯动力学模型修正方法，对湖南益阳电梯总厂生产的TKJt1000/1.6-JXPC型电