高速曳引电梯动态分析理论及轿厢噪声预测方法研究

论文摘要

本学位论文结合浙江省科技计划重大机电装备专项“高速高舒适性曳引电梯关键技术研究与产业化开发”（项目编号:2006C11251）,通过理论分析、数值仿真及实验验证,对高速曳引电梯系统动力学建模与分析方法、噪声预测及影响因素等方面进行了深入系统地研究。第一章,阐述了本学位论文的研究背景与意义,详细介绍了国内外在电梯动力学和噪声分析等领域的研究现状。在此基础之上,提出了论文的主要研究内容。第二章,提出了一种曳引绳-轿厢系统时变元模型,将曳引绳处理为运动弹性弦,与其底端相连的轿厢处理为质量-弹簧-阻尼元件结构,并运用Lagrange方法推导了该系统的水平方向非线性时变动力学方程。以五次多项式拟合得到的电梯运行状态曲线作为运动参数输入,采用高精度、高效率的精细积分法进行算例分析,结果表明提出的高速曳引电梯时变元模型及其求解方法是有效的。第三章,以滚动导靴-导轨为研究对象,在对其耦合接触关系作近似描述的基础上,基于Hertz弹性接触理论和Kalker线性蠕滑理论分别推导了滚动导靴与导轨之间的法向接触刚度和切向接触剛度计算式。根据滚动导靴的不圆度偏差和导轨的廓形偏差,拟合了滚动导靴与导轨之间的不平顺激励,由此建立了滚动导靴的动力学方程。第四章,阐述了用于复杂系统分析的直接积分-界面位移综合法的基本思想和求解过程。在前两章提出的曳引绳时变元模型和滚动导靴接触模型的基础上,对高速曳引电梯进行子结构划分和构建直接积分形式的子结构振动控制方程,根据界面协调条件组集得到整体系统的动力学方程。最后,对高速曳引电梯整体系统动力学模型进行了求解和实验验证。第五章,讨论了轿体和导轨的模型化方法,采用滚动导靴独立建模、以连续弹性离散点支承Euler梁模型描述导轨的思想,建立了考虑滚动导靴-导轨接触机理的高速曳引电梯轿体-导轨系统动力相互作用模型,并通过仿真计算与实验测试结果的比较证明了模型的有效性。第六章,在系统讨论高速曳引电梯轿厢统计能量分析建模方法的基础上,利用理论计算和实验测试得到高速曳引电梯轿厢各子系统的模态密度、内损耗因子、耦合损耗因子和输入功率,最终建立了预测高速曳引电梯轿厢内部噪声的SEA模型。模型的有效性验证实验结果表明该模型的可信度较高,可以用于高速曳引电梯轿厢内部噪声的预测。第七章,基于高速曳引电梯轿厢SEA模型,首先比较了滚动导靴振动功率输入和机房噪声功率输入对轿厢内噪声的影响程度,预测了不同运行速度和导轨状况下轿厢内噪声响应。然后,在分析了围绕轿厢的子系统对轿内噪声的贡献大小之后,对轿厢声学特性参数进行灵敏度分析及优化,确定主要敏感子系统参数对轿厢内部噪声的影响规律,并给出了具体的结论和建议。第八章,对论文的主要研究工作和创新点作了总结,并对未来的研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的背景及意义
• 1.2 电梯概述
• 1.2.1 电梯技术的发展
• 1.2.2 电梯的构成
• 1.2.3 电梯的分类
• 1.3 电梯振动与噪声分析国内外研究现状
• 1.3.1 电梯的垂直振动建模与分析方法
• 1.3.2 电梯的水平振动建模与分析方法
• 1.3.3 电梯噪声分析的研究现状
• 1.3.4 目前仍存在的问题
• 1.4 论文研究内容的提出
• 1.4.1 论文拟解决的关键问题
• 1.4.2 论文总体框架
• 2 高速曳引电梯的曳引绳时变动力学特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 曳引绳-轿厢系统时变元模型及其求解方法
• 2.2.1 曳引绳-轿厢系统的能量描述
• 2.2.2 系统方程的时变元离散形式
• 2.2.3 精细积分法求解过程
• 2.3 电梯运行状态曲线的多项式拟合
• 2.4 仿真算例分析
• 2.5 本章小结
• 3 滚动导靴-导轨接触动力学分析
• 3.1 引言
• 3.2 滚动导靴与导轨接触刚度
• 3.2.1 法向接触刚度
• 3.2.2 纵向和横向接触刚度
• 3.3 基于滚动接触机理的滚动导靴径向动力学分析
• 3.3.1 滚动导靴与导轨之间作用力
• 3.3.2 滚动导靴-导轨不平顺激励模型
• 3.3.3 滚动导靴径向动力学方程
• 3.4 本章小结
• 4 基于直接积分-界面位移综合法的高速曳引电梯整体系统响应分析
• 4.1 引言
• 4.2 高速曳引电梯系统整体动力学建模与求解方法
• 4.2.1 复杂结构系统动态分析的方法——动态子结构法
• 4.2.2 直接积分-界面位移综合法
• 4.3 高速曳引电梯整体系统动力学模型的建
• 4.3.1 曳引绳卷扬子结构振动控制方程
• 4.3.2 轿体子结构振动控制方程
• 4.3.3 滚动导靴子结构振动控制方程
• 4.3.4 子结构综合和系统动力学模型的建立
• 4.3.5 高速曳引电梯整体响应求解
• 4.4 高速曳引电梯整体系统水平振动响应的实验研究
• 4.4.1 实验方案与仪器设备
• 4.4.2 实验数据分析
• 4.4.3 电梯整体系统水平振动响应仿真计算及验证
• 4.5 本章小结
• 5 高速曳引电梯轿体-导轨系统动力相互作用分析
• 5.1 引言
• 5.2 轿体-导轨耦合系统的模型化讨论
• 5.2.1 关于导轨结构的建模问题
• 5.2.2 关于电梯轿体的模型化问题
• 5.3 高速曳引电梯轿体-导轨系统动力相互作用分析模型
• 5.3.1 电梯轿体动力学方程的建立
• 5.3.2 导轨结构振动微分方程
• 5.3.3 滚动导靴-导轨接触作用力
• 5.3.4 轿体-导轨系统动力平衡方程组
• 5.4 高速曳引电梯轿体-导轨动力响应求解及实验验证
• 5.4.1 轿体-导轨动力响应求解方法
• 5.4.2 导轨动力响应实验
• 5.4.3 轿体-导轨动力响应仿真与实验结果比较
• 5.5 本章小结
• 6 高速曳引电梯轿厢内部噪声预测的SEA模型
• 6.1 引言
• 6.2 统计能量分析方法基本原理
• 6.3 高速曳引电梯轿厢SEA模型的建立
• 6.3.1 子系统划分
• 6.3.2 子系统的模态密度
• 6.3.3 子系统的内损耗因子
• 6.3.4 子系统间的耦合损耗因子
• 6.3.5 高速曳引电梯轿厢SEA模型的输入功率
• 6.4 高速曳引电梯轿厢内部噪声的仿真计算与实验验证
• 6.5 本章小结
• 7 基于SEA模型的电梯轿厢声学特性参数灵敏度分析及优化
• 7.1 引言
• 7.2 工作条件对轿厢内部噪声的影响分析
• 7.2.1 轿厢SEA模型主要功率输入源分析
• 7.2.2 运行速度对轿厢内部噪声影响的分析
• 7.3.3 导轨状况对轿厢内部噪声影响的分析
• 7.3 轿厢主要子系统声学贡献分析
• 7.4 轿厢SEA模型的灵敏度分析
• 7.5 基于SEA模型的高速曳引电梯轿厢内噪声参数优化
• 7.5.1 改善轿厢内吸声性能
• 7.5.2 增加轿门框架阻尼层
• 7.5.3 改变轿顶板厚度
• 7.5.4 改变轿厢壁板阻尼层厚度
• 7.6 本章小结
• 8 总结与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 研究展望
• 附录
• A 某电梯试验塔高速电梯系统配置参数
• B 某电梯试验塔高速电梯系统配置参数
• C 某电梯试验塔高速电梯系统配置参数
• D 2m/S电梯振动测试数据
• E 3m/S高速电梯振动测试数据
• F 导轨动力响应实验测试数据
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文和参加科研情况
• 1 发表或录用的学术论文
• 2 参加的科研项目