基于动力学分析的电梯门偏心轮故障研究.pdf

:./.基于动力学分析的电梯门偏心轮故障研究杨凯杰应晨耕戴勇磊周恩泽杨丽霞陈栋栋黄博元(.浙江省特种设备科学研究院浙江 杭州 )(.浙江省特种设备安全检测技术研究重点实验室浙江 杭州)摘要:目前关于电梯门偏心轮的动力学理论有待深化与此关联的故障诊断技术尚不完善 针对上述问题对电梯门系统进行动力学仿真和特性研究得到其各阶模态和模态频率 对比正常和故障工况下电梯门偏心轮的响应信号揭示其故障信号特征 结果表明:电梯门偏心轮所产生的脉冲型故障响应信号具有周期性和对称性可为电梯门偏心轮的故障诊断研究提供理论依据关键词:电梯门偏心轮动力学故障信号特征中图分类号:.文献标识码:文章编号:()电梯门系统是电梯的八大系统之一也是发生故障和事故最多的系统 现阶段电梯门故障研究主要集中在对电梯门系统电气和程序的故障信号分析上对于机械故障的研究几乎没有涉及 电梯门偏心轮是电梯门系统的重要机械部件之一由于其运行环境多样故障与自身性能的退化有关且现有电梯门偏心轮故障机理研究尚不完善导致大量在用电梯门偏心轮并无良好安全保障 因此本文对电梯门系统及其动力学特性进行研究根据研究成果判断电梯门偏心轮是否存在故障 有限元分析与初步设计方案.电梯门结构及其运行工况分析本文以某品牌电梯为研究对象其门尺寸为 门板厚为.如图 所示:电梯控制系统驱动电梯门扇水平移动门扇与门挂板采用螺栓连接门滚轮安装在门挂板上上滚轮(门挂轮)和下滚轮(偏心轮)各两个门扇下端螺栓连接门滑块 电梯门系统在不同环境、不同负荷下的运行状态不同可归纳为正常运行和剧烈抖动运行 种工况如图 所示 电梯门在正常运行工况下具有启闭迅速、运行平稳等特点当电梯门碰到偏心轮位置调整不当或磨损时就易出现剧烈抖动运行工门滑块门扇偏心轮门挂轮门挂板门导轨()为偏心轮仿真输出位置图 电梯门系统结构简化示意图况是电梯门系统故障的一种表现正常运行剧烈抖动运行图 运行工况示意图.电梯门系统仿真及其动力学特性分析依据电梯门系统结构组成及其调整要求其主要材料为结构钢和橡胶材料参数见表模型约收稿日期:基金项目:浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划项目()浙江省基础公益研究计划项目()作者简介:杨凯杰()男高级工程师主要研究方向为特种设备检测技术.年 月 机械设计与制造工程 .第 卷 第 期 .束设置如表 和图 所示 表 中 为位移 为旋转角度 接触方式设置如下:)下筋板与滑块、门挂板与偏心轮、门挂板与门挂轮采用 接触)偏心轮轴与偏心轮、门挂轮轴与门挂轮采用 接触)螺栓连接等其他接触采用 接 触 设 定 摩 擦 接 触 的 摩 擦 系 数 为.表 电梯门系统主要材料参数表材料弹性模量/泊松比密度/(/)结构钢.橡胶.表 电梯门系统模型约束设置表位移约束门挂轮(远端)偏心轮(远端)门滑块/()/()/经模态分析得到电梯门系统前 阶固有频率和振型如表 和图 所示表 各阶固有频率计算结果表阶数频率/.图 电梯门系统模型约束设置图图 电梯门系统模态振型图 响应分析与讨论为便于仿真对图 中电梯门匀速运行()阶段进行分析 电梯门所受驱动力计算公式为:()()年第 期 杨凯杰:基于动力学分析的电梯门偏心轮故障研究式中:为电梯门门机功率取值.为门机转速取值 /为电梯门门机力矩 为门挂轮半径取值.为电梯门所受驱动力由此解得 .电梯门系统恒定阻尼比设置为.输出为偏心轮连接处的响应加速度输出位置如图()所示 当偏心轮故障时电梯门除受驱动力作用外还受冲击载荷影响如图 和图 所示冲击载荷大小为 脉宽为.方向为 轴方向图 故障电梯门载荷施加示意图图 故障电梯门载荷随时间变化曲线图 如图 所示当电梯门只受电梯门驱动力作用(偏心轮正常)时偏心轮处的响应加速度较小 轴方向最大响应加速度为./轴方向最大响应加速度为./但当偏心轮受到 的冲击载荷(偏心轮故障)时其 轴方向最大响应加速度为./轴方向最大响应加速度为./故障后偏心轮处出现了周期性脉冲响应加速度并且其值明显大于故障前的响应加速度图 偏心轮处响应加速度随时间变化曲线图 实验及故障诊断机理分析.实验分析当电梯停靠在某一层站时人为设置电梯控制方式为信号控制启动 型电梯加速度测量仪后长按关门键和开门键所测数据为一组电梯门系统关、开门振动信号据此采集得到故障偏心轮的振动数据 利用 小波函数对低频趋势项消除后的信号进行 层分解得到低频降噪信号如图 所示图中相邻虚线之间的时间 (周期)为.等于相邻实线之间的时间(周期)计算得到电梯门偏心轮行程为.其理论周长为.误差率为.此误差率在动态非拆卸的在线测量方法中属于合理误差范围图 小波处理后故障电梯门偏心轮 轴方向振动信号曲线图.故障诊断机理分析如图 所示电梯门偏心轮在开、关门过程中进行往复运动且其自身做周期性圆周运动 当电梯门偏心轮发生故障时其在运行过程中易产生冲击载荷因此电梯门偏心轮发生故障时就会产生脉冲型故障响应信号运行一周后再次出现类似信号反向运行同理 设电梯门偏心轮运行一周的时间为 则其在 时间内运行路程等于理论周长因此电梯门偏心轮的故障信号具有周期性和对称性图 圆周运动部件故障诊断机理图 年第 卷 机械设计与制造工程 .故障推理根据实验结果电梯门偏心轮发生故障时存在周期性故障脉冲信号并且计算所得电梯门偏心轮行程近似等于其理论周长 因此实验所得电梯门偏心轮故障信号与仿真结果和故障判断机理分析一致可判断为电梯门偏心轮的故障 结束语本文提出了一种基于多体动力学特性分析的电梯门偏心轮振动故障诊断方法揭示了电梯门偏心轮的振动故障诊断机理实现了电梯门偏心轮的故障诊断 通过分析故障偏心轮运行时产生的振动信号特征表明文中所述方法能够有效诊断电梯门偏心轮的故障诊断结果准确参考文献:.():.刘秀华张兴法.电梯门系统主要事故的分析与预防.中国特种设备安全():.:.通力中国总部.通力监控解决方案/.().:/./.杨凯杰陈栋栋罗英俊等.一种电梯导轨垂直度检测方法:.鲍同兴刘友富王重清.电梯电气控制系统故障诊断分析与维修.设备管理与维修():.:.小野阳一广濑正之桥本孝之等.电梯门控制装置:.刘文泽冯顺萍.电梯门机控制系统的运行曲线设计.计算机测量与控制():.闻邦椿.机械设计手册.版.北京:机械工业出版社.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局全国电梯标准化技术委员会.电梯制造与安装安全规范:.北京:中国标准出版社.(.)(.):.:年第 期 杨凯杰:基于动力学分析的电梯门偏心轮故障研究