機(jī)電一體化技術(shù)在電梯中的應(yīng)用研究與實踐

摘要：在以往的電梯控制中，鋼絲繩在電梯運(yùn)行過程中的動態(tài)特性容易受到外界的干擾激勵，使其振動頻率增大。為此，對機(jī)電一體化技術(shù)在電梯中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。在振源與設(shè)備之間用阻尼裝置連接，利用機(jī)電一體化技術(shù)控制阻尼系數(shù)始終保持在正常范圍內(nèi)，保證隔振器起作用;在電梯系統(tǒng)輸入輸出通道上設(shè)計過壓保護(hù)電路，達(dá)到濾波的目的，強(qiáng)化電梯系統(tǒng)的抗干擾性能。對比實驗結(jié)果表明：應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的電梯中鋼絲繩的振動頻率低于應(yīng)用其他技術(shù)的電梯鋼絲繩振動頻率，說明應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的電梯運(yùn)行更加穩(wěn)定、安全。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;振動波;抗干擾;動態(tài)特性

0 引言

目前機(jī)電一體化及相關(guān)技術(shù)已得到了極大發(fā)展，在眾多機(jī)電產(chǎn)品中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，使其功能更加強(qiáng)大，適用范圍得到進(jìn)一步拓展。在以往的電梯中應(yīng)用能量回饋技術(shù)較多，但是應(yīng)用這種技術(shù)會導(dǎo)致電梯運(yùn)行中鋼絲繩受到外界干擾激勵，其動態(tài)特性受到影響，產(chǎn)生較大的振動頻率，電梯運(yùn)行安全得不到保障。因此，本文對機(jī)電一體化技術(shù)在電梯中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1 機(jī)電一體化技術(shù)在電梯中的應(yīng)用研究

1.1 ? ?隔離振動波

振動會影響電梯的穩(wěn)定性和安全性，減少電梯的使用壽命，因此需要采取一定的手段隔離振動波。在振源和設(shè)備或其他物體之間用阻尼裝置連接，使振源產(chǎn)生的大部分能量被隔振裝置吸收，以減小振動，達(dá)到隔振的目的。機(jī)電一體化技術(shù)中包括控制技術(shù)，利用控制技術(shù)保證阻尼器的阻尼系數(shù)始終在正常范圍內(nèi)，阻尼系數(shù)的控制調(diào)整與頻率比和傳遞率密切相關(guān)。從力的傳遞率角度分析，可得到傳遞率、頻率比和阻尼比的關(guān)系式：

1.2 ? ?抗干擾設(shè)計

在電梯控制中，由于串模干擾與不平衡傳輸信號相疊加，導(dǎo)致電梯供電遇到障礙。利用機(jī)電一體化技術(shù)，以光電耦合器實現(xiàn)輸入、輸出通道的信息傳遞，隔離電梯系統(tǒng)內(nèi)的各種電氣模塊、設(shè)備，以隔絕干擾，被隔離部分包括傳感器、執(zhí)行設(shè)備等。同時，設(shè)置濾波電路來降低高頻信號的干擾，即在低頻信號傳送電路內(nèi)加裝低通濾波器，由于濾波電路體積較大，可配合數(shù)字濾波實現(xiàn)濾波的目的。在信號傳輸通道內(nèi)，應(yīng)設(shè)置由限流電阻和穩(wěn)壓管組成的過壓保護(hù)電路，避免因電壓過高引發(fā)電梯故障。根據(jù)電梯種類和大小，選擇合適的限流電阻，避免信號衰減;穩(wěn)壓管根據(jù)最高傳送信號電壓進(jìn)行選擇，穩(wěn)壓值略高即可，若穩(wěn)壓值較低，則會使得有效信號限幅，造成信號失真，對于0.2 V以下的微弱信號，使用兩只反并聯(lián)的二極管來代替穩(wěn)壓管，即可實現(xiàn)過壓保護(hù)。電梯的供電線路常被利用為系統(tǒng)的入侵渠道，以可抗干擾的穩(wěn)壓電源對電梯系統(tǒng)進(jìn)行供電，保證供電安全。將供電線路與產(chǎn)生干擾的用電設(shè)備分開供電，將低通濾波器與隔離變壓器接入供電線路中，其中低通濾波器吸收大部分電路中的干擾，隔離變壓器與鐵芯一起接地，防止干擾通過初次級之間的電容效應(yīng)進(jìn)入供電系統(tǒng);整流元件上并接濾波電容，避免電壓電流波形沖擊產(chǎn)生高頻干擾。濾波電容選用1 000 pF～0.01 μF，耐壓程度根據(jù)次級電壓來判斷，并接濾波電容后，可在很大程度上削弱高頻干擾。采取上述措施后，可保證電梯系統(tǒng)的正常運(yùn)行，延長電梯的使用壽命，進(jìn)而保障人們在日常生活中使用電梯時更加安全、穩(wěn)定。

2 實驗研究

2.1 ? ?實驗參數(shù)設(shè)置

一般電梯在正常運(yùn)行中的行駛速度為2.5 m/s，速度增加，會影響鋼絲繩的動態(tài)特性，而應(yīng)用能量回饋技術(shù)的電梯中鋼絲繩的動態(tài)特性較差。因此，以鋼絲繩的振動頻率作為實驗參考指標(biāo)，設(shè)計了對比實驗，以對比應(yīng)用不同技術(shù)的電梯正常運(yùn)行的實際性能。選擇典型的電梯參數(shù)作為實驗理論模型的仿真計算參數(shù)，具體設(shè)置如表1所示。

在表1中，G表示電梯的最大行程;V表示電梯的最大行駛速度;M表示鋼絲繩所承受的轎廂重量，包括自身重量和載荷重量;J表示導(dǎo)靴的剛度;E表示電梯鋼絲繩單位長度的質(zhì)量;G1表示鋼絲繩振動狀態(tài)觀測位置與零長度點的距離;G2表示鋼絲繩振動狀態(tài)觀測位置與全長度點的距離;g表示重力加速度。對應(yīng)用不同技術(shù)的電梯進(jìn)行實驗驗證，分別獲得鋼絲繩在電梯正常運(yùn)行中的振動頻率，根據(jù)實驗結(jié)果分析應(yīng)用不同技術(shù)時電梯的性能。

2.2 ? ?實驗結(jié)果及分析

本實驗分別從G1和G2兩個觀察點入手，觀察應(yīng)用能量回饋技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的電梯運(yùn)行狀態(tài)的鋼絲繩振動情況，其中G1是固定觀察點，G2是隨機(jī)觀察點，可得到如圖1、圖2所示的實驗結(jié)果。

從圖1、圖2可以看出，無論是在固定觀察點，還是在隨機(jī)觀察點，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的電梯運(yùn)行過程中鋼絲繩的振動頻率始終處于低水平，而應(yīng)用能量回饋技術(shù)的電梯中鋼絲繩的振動頻率始終高于應(yīng)用機(jī)電一體化的電梯鋼絲繩的振動頻率，特別是在隨機(jī)觀察點，應(yīng)用能量回饋技術(shù)的電梯中鋼絲繩振動頻率極不穩(wěn)定。綜上所述，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的電梯能夠抵抗外界的干擾，運(yùn)行更加穩(wěn)定安全。

3 結(jié)語

電梯在人們的日常生活和工作中發(fā)揮著重要作用。在電梯中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠顯著提升電梯的運(yùn)行質(zhì)量。本文研究顯示，應(yīng)用控制技術(shù)能夠更好地控制電梯中鋼絲繩的振動頻率，通過設(shè)計的對比實驗，證明了機(jī)電一體化技術(shù)可以有效提升電梯運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：楊陽（1986—），男，天津人，工程師，研究方向：特種設(shè)備科技開發(fā)。