1、振動與沖擊第22卷第4期J OURNAL OF VIBR ATION AND SHOCK Vol.22No.42003電梯用油壓緩沖器的動態仿真和試驗分析傅武軍朱昌明張長友(上海交通大學機械與動力工程學院,上海200030摘要考慮緩沖器柱塞頭部橡膠墊的剛度和阻尼的作用,將柱塞和轎廂分別作為質量塊,建立電梯用油壓緩沖器的數學模型并對其進行動態仿真,同時以一實際的油壓緩沖器為例,通過試驗,證明了所建數學模型正確性并為油壓緩沖器的設計提供依據。關鍵詞:電梯,油壓緩沖器,數學模型,動態仿真,實驗中圖分類號:TB1230引言緩沖器是電梯底坑中必須設置的安全保護設施。由于油壓緩沖器的緩沖效率高、壽命長、經

2、濟性好,因此它是電梯中最常用的緩沖器結構型式。文獻1討論了電梯用的油壓緩沖器的設計要點(具體情況請參考文獻,文獻2介紹了有關電梯用油壓緩沖器的傳統靜態設計計算方法。文獻3建立一類液壓緩沖器的數學模型并進行了動態仿真和試驗。這些設計方法在建立自由墜落模型時,將柱塞和沖擊質量都是作為一個質量塊來考慮。本文將考慮緩沖器柱塞頭部橡膠墊的剛度和阻尼的作用,把柱塞和轎廂作為獨立的質量塊,建立油壓緩沖器的數學模型并進行動態仿真,同時以一實際的油壓緩沖器進行了自由墜落試驗。1緩沖器的數學模型液壓緩沖器的工作原理如圖1所示。當高速墜落的電梯轎廂(或對重撞擊液壓緩沖器時,轎廂和柱塞一起向下運動,油液將從節流孔流出

3、,動能將轉化為油液的熱能,從而使轎廂安全減速制停并保護乘客的安全。由此可見,整個緩沖過程分為兩部分:首先高速運行的轎廂和緩沖器發生碰撞,然后轎廂和緩沖器一起向下運動。在常規的方法中,一般假定碰撞后轎廂和柱塞的運動參數是相同的。實際上由于橡膠墊本身是有剛度和阻尼,而剛度和阻尼的存在導致碰撞后轎廂和柱塞的加速度、速度等運動參數并不相同。圖2是考慮了橡膠墊剛度和阻尼后,轎廂和油壓緩沖器的力學模型。根據圖2,我們可以建立如下動態方程:1轎廂的動態方程m1dv1dt=m1g-k1(x1-x2-c1(v1-v2(1 圖1油壓緩沖 器的工作原理圖m1:轎廂質量k1,c1:橡膠墊剛度和阻尼k2:復位彈簧的剛度

4、m2:柱塞質量p:油缸內油壓p0:大氣壓圖2轎廂和油壓緩沖器動力學模型2柱塞動態方程m2dv2dt=k1(x1-x2+c1(v1-v2-(p-p0A0-k2x2+m2g(2 3節流孔流量q收稿日期:2002-08-18修改稿收到日期:2002-11-15第一作者傅武軍男,博士研究生,1973年8月生q =C d A k2(p -p 0(3其中C d 為泄油孔的流量系數,A k 為泄油孔的實際面積,為油密度。4流量連續方程A 0dx 2dt =q +V 1K dpdt(4其中:A 0柱塞的橫截面積,V 1密封腔體內體積,K 液體體積模量。上面式子其他參數:x 1,v 1為轎廂的質量位移和速度,x

5、 2,v 2為柱塞的質量位移和速度,g 重力加速度由上我們可建立如下微分方程組:dv 1dt =g -k 1(x 1-x 2+c 1(v 1-v 2m 1dv 2dt =k 1(x 1-x 2+c 1(v 1- v 2m 2-k 2x 2+(p -p 0A 0m 2dp dt =A 0v 2-C d Ak2(p -p 0·K V 1dx 1dt =v 1dx 2dt=v 2(52仿真與實驗前面討論了電梯用油壓緩沖器的工作原理,數學模型和基本方程。為了評價該模型,我們以一實際油壓緩沖器為例,對其進行建模,動態仿真和實驗。其主要參數為:緩沖器的行程225mm ,沖擊的速度2.01m /s

6、 ,最大沖擊質量2500kg ,最 小沖擊質量600kg 。1加速度傳感器;2位移傳感器;3 油壓傳感器;4放大器;5 數據采集器圖3實驗裝置簡圖2.1動態仿真關于橡膠墊的阻尼由沖擊法測得,橡膠墊的剛度,通過靜壓試驗求得。然后用Matlab 程序進行仿真,計算的仿真曲線分別如圖4、圖5實線的所示。其中虛線2為考慮橡膠墊作用所得到的仿真曲線,虛線3為不考慮橡膠墊作用所得到的仿真曲線。注:實線1表示試驗曲線,虛線2表示考慮橡膠墊的仿真曲線,虛線3表示不考慮橡膠墊的仿真曲線。圖4(a 轎廂加速度-時間圖4(b 油壓-柱塞位移圖4空載600kg ,沖擊速度2.06m /s圖5(a 轎廂加速度-時間圖5

7、(b 油壓-柱塞位移圖5重載2500kg ,沖擊速度2.06m /s(下轉第87頁81第4期傅武軍等:電梯用油壓緩沖器的動態仿真和試驗分析象將被抑制如圖5(b 。總之,U 對系統的分叉及渾沌的影響只是一種外部因素,它不會改變系統通向渾沌的道路和系統出現渾沌現象所需要的一些參數范圍 。圖4系統響應隨變化的情形(K =0.69,=,U =0.2 圖5K ,U 對系統特性的影響(=0.60,=從上述分析可以看出,由方程(1所確立的系統在=c /2和=2c /3時,隨著K 的變化,系統具有豐富的周期、擬周期及渾沌現象;對該系統的分叉形式及通向渾沌的道路有較大影響,而U 作為一種外因將對系統的這些非線性

8、行為具有促進或抑制作用。參考文獻1Gasch R .A survey of the dynamic behavior of a simple rotatin gshaft with a trans verse crack .J of Sound and Vibration ,1993,162(2:3133322高建民,朱曉梅.裂紋轉子的動力特性的研究.西北工業大學學報,1992,10:4344393Meng Guang .The nonlinear influences of whirl speed on the stabili -ty and response of a cracked ro

9、tor .J of Machine Vibration ,1992,4:216230(上接第81頁2.2實驗實驗裝置如圖3所示。轎廂(即沖擊質量以設定的速度撞擊緩沖器,同時記錄轎廂的減速和緩沖器的壓力與位移曲線。測試曲線如圖4、圖5所示的實線1所示。3結論(1本文考慮了液壓緩沖器頭部的橡膠墊影響,建立了將柱塞和轎廂分別作為質量塊的數學模型,并且將本模型和傳統模型做了比較。同時進行了液壓緩沖器的實樣試驗,實驗曲線和仿真曲線吻合良好證明該仿真模型的有效性。(2考慮了橡膠墊的剛度和阻尼的影響的仿真曲線更接近于實驗曲線。可見考慮橡膠墊的作用可使液壓緩沖器仿真模型更接近于實際的物理系統。(3對于采用多級

10、變量棒節流的緩沖器時,其緩沖末端油泄流孔越來越小,為使仿真結果更接近實際模型,應修正流量方程(3。(4利用該模型可以進一步討論橡膠墊的剛度和阻尼對緩沖器性能的影響。參考文獻1馬培忠.電梯用油壓緩沖器原理與性能分析.19952潘開第.油壓緩沖器的設計計算.中國電梯,1991.23詹永麒,孫巍.液壓緩沖器動態仿真.液壓氣動與密封,1996.74Wagner J ,Liu X .Nonlinear Modeling and Control of Automotive Vi -bration Isolation System Proceedin g of the American Control Co

11、nfer -ence 2000.65盛敬超.工程流體力學.北京:機械工業出版社,198887第4期王橋醫等:非線性渦動時裂紋轉子的分叉與渾沌特性研究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 .The

12、n 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

13、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 EF

14、FEC 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 200030A bstract In the paper ,using the universal software Msc /Nastran and Sysnoise ,the vibration and the acoustic radiation of a pl

15、ate 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

16、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 O

17、N HYDRA ULIC BUFFER USED IN ELEVATOR SYSTEMFu Wujun Zhu Changming Zhang Changyou(School of Mechanical Engineering ,Shanghai Jiao Tong University ,Shanghai 200030A 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

18、 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 ,

19、experimentWAVELET DE _N OISING METHOD IN STRESS WAVE DETECTION FOR OIL PIPELINEChen Renwen Zhou Hongmei Yu Xufeng(College of Aeronautics &Astronautics ,NUAA ,Nanjing 210016A 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 b