曳引电梯动态特性研究及其测试分析系统的开发

论文摘要

电梯是一个复杂的机电一体化系统。在电梯高速运行过程中产生的机械振动和冲击会对其曳引系统产生附加动载荷,影响电梯的工作性能,缩短电梯的使用寿命;振动及其产生的噪音还会影响乘客的舒适感和健康等。因此,高速曳引电梯的动态舒适性问题已成为制约电梯行业持续健康发展的一大瓶颈。本文主要从以下几个方面开展了研究工作。第一章,阐述了本文的研究意义和背景。介绍了国内外电梯振动特性研究现状,同时介绍了在汽车工业等领域广泛应用的噪声预测分析技术,再者介绍了电梯相关性能测试技术的发展,提出了本文的主要研究内容。第二章,在分析电梯系统的结构和振动特点的基础上,建立了电梯系统垂直方向10自由度动力学模型,及水平方向4自由度动力学模型,并以某电梯为例,使用Matlab编程进行了相关振动特性计算。第三章,从电梯轿厢结构出发,建立了电梯轿厢结构有限元模型,对电梯轿厢进行了结构模态分析。同时对轿厢内声学空腔进行了模态分析,并以轿厢结构谐响应分析结果为轿厢声腔的边界条件,建立了轿厢声腔边界元模型,同时进行了轿厢内噪声场预测。第四章,介绍了曳引电梯动态特性测试分析系统硬件的开发工作,完成了测试系统硬件的方案设计、电路设计、及固件设计。第五章,介绍了曳引电梯动态特性测试系统分析软件的设计工作,完成了测试软件系统规划及具体实现。第六章,介绍了电梯动态测试的要求,以及本文所研究系统的实验方案,并对某电梯进行了动态特性测试。第七章,对前述工作进行了总结,并对今后工作方向进行了展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 电梯概述
• 1.2.1 电梯的发展史和趋势
• 1.2.2 电梯的构成和分类
• 1.2.2.1 电梯的构成
• 1.2.2.2 电梯的分类
• 1.3 电梯动态特性国内外研究现状
• 1.3.1 电梯振动特性国内外研究现状
• 1.3.1.1 电梯垂直振动研究
• 1.3.1.2 电梯水平振动研究
• 1.3.2 噪声预测与控制国内外研究现状
• 1.4 电梯动态特性测试技术的发展
• 1.4.1 电梯振动测试的意义
• 1.4.2 电梯动态特性测试技术的发展
• 1.5 论文主要内容
• 2 曳引电梯振动特性的研究
• 2.1 曳引电梯垂直方向动力学模型研究
• 2.1.1 曳引电梯系统原型结构
• 2.1.2 2:1曳引电梯垂直方向动力学建模
• 2.1.3 曳引电梯系统垂直振动分析实例
• 2.2 曳引电梯水平方向动力学模型研究
• 2.2.1 曳引电梯垂直方向振动影响因素
• 2.2.1.1 电梯轿厢系统结构
• 2.2.1.2 导轨不平顺形式
• 2.2.2 曳引电梯水平方向动力学建模
• 2.2.3 曳引电梯系统水平振动分析实例
• 3 曳引电梯轿厢噪声场特性的研究
• 3.1 轿厢结构振动响应分析
• 3.1.1 轿厢有限元模型建立
• 3.1.2 轿厢结构模态分析
• 3.1.3 轿厢结构振动响应分析
• 3.2 轿厢噪声场预测
• 3.2.1 声学分析理论基础
• 3.2.1.1 声学波动方程
• 3.2.1.2 齐次Helmholzt方程
• 3.2.1.3 有限元分析方法
• 3.2.1.4 直接边界元方法
• 3.2.2 轿厢内空腔声场模态分析
• 3.2.2.1 轿厢内空腔声场有限元模型的建立
• 3.2.2.2 轿厢内声学模态有限元计算
• 3.2.3 轿厢声场结构振动响应预测
• 4 曳引电梯动态特性测试与分析系统硬件设计
• 4.1 系统总体结构设计
• 4.1.1 系统测试项目要求
• 4.1.2 测量基本原理
• 4.1.3 系统整体方案
• 4.2 USB体系结构概述
• 4.3 测试系统硬件设计
• 4.3.1 主要芯片选择
• 4.3.2 核心电路设计
• 4.3.2.1 微控制器与USB芯片的接口
• 4.3.2.2 前端信号变换与处理电路
• 4.3.3 硬件电路板设计
• 4.4 测试系统固件设计
• 4.4.1 单片机系统功能及资源规划
• 4.4.2 程序流程图
• 4.4.3 USB通信模块及命令解析程序
• 5 曳引电梯动态特性测试与分析系统软件设计
• 5.1 系统功能
• 5.2 快速傅立叶变换原理
• 5.3 声级计原理及A计权软件实现
• 5.3.1 声级计原理
• 5.3.2 A计权的软件实现
• 5.4 系统软件实现
• 5.4.1 软件界面结构
• 5.4.2 曲线绘图实时更新的实现
• 5.4.3 内存绘图类
• 6 曳引电梯动态特性测试与分析系统实验研究
• 6.1 测试分析系统验证实验
• 6.2 国家标准对电梯动态特性的要求
• 6.2.1 轿厢运行过程的垂直、水平振动加速度
• 6.2.2 噪声
• 6.3 某电梯的系统测试实验
• 6.3.1 实验方案
• 6.3.2 实验数据
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简历