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曳引电梯机械系统的动态分析及参数优化

作　者: 巩煜琰
导　师: 武丽梅
学　校: 沈阳航空工业学院
专　业: 机械设计及理论
关键词: 电梯模态分析动态响应灵敏度分析优化设计
分类号: TU857
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本论文以曳引比为2:1的曳引电梯为研究对象,分别建立了电梯在垂直方向和水平方向的动力学模型,求解出电梯的动态响应,对电梯的结构参数进行灵敏度分析,找出对电梯轿厢振动加速度影响比较大的参数,以这些参数作为优化变量,建立优化目标函数,对电梯的结构进行优化,为电梯的参数设计提供理论支持。本论文对2:1的曳引电梯的垂直方向建立了9自由度动力学模型。通过广义特征值法进行模态分析,得出了电梯的振动幅值的变化主要是由系统的固有频率与电梯曳引机的转动频率相近而造成的。用龙格-库塔法对电梯系统垂直方向的数学模型进行求解,得到系统的动态响应,通过对动态响应的分析得出电梯在起制动阶段的加速度的变化是引起人感觉不舒适的主要原因。通过对电梯的结构参数的灵敏度分析,得到轿顶轮与轿架之间的刚度、轿架与轿厢之间橡胶垫块的刚度、钢丝绳的弹性模量对电梯垂直方向的加速度影响比较大;以这些参数作为优化变量,采用复合形法进行优化设计,优化后的电梯最大振动加速度幅值降低了60%,大大提高了电梯的性能。本论文对2:1的曳引电梯的水平方向建立了10自由度的动力学模型。通过模态分析得到橡胶垫块刚度的变化是引起固有频率变化的主要因素。通过动态响应分析得到由导轨所引起的正弦、三角、脉冲、阶跃激励中,阶跃激励对电梯的水平振动加速度的影响最大。通过灵敏度分析得到橡胶垫片与导轮的刚度值对电梯水平方向的动态响应的影响比较大。以这些参数作为优化设计变量进行优化设计,在电梯水平方向的最大加速度值平均降低了65%。从而提高了电梯在水平方向上的乘坐舒适性。通过本论文的研究,可以对电梯的前期设计过程提供一个有用的参考,避免因为电梯振动过大而造成不必要的经济损失。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题研究的背景与意义  11-12
  1.2 电梯的构成与分类  12-14
    1.2.1 电梯的构成  12
    1.2.2 电梯的分类  12-14
  1.3 国内外的研究现状  14-16
  1.4 电梯振动性能评价标准  16-17
  1.5 论文的主要研究内容  17-18
  1.6 本章小结  18-19
第2章电梯机械系统垂直振动研究  19-34
  2.1 引言  19
  2.2 引起电梯垂直振动的因素  19-20
  2.3 中高速曳引电梯模型的建立  20-26
    2.3.1 中高速曳引电梯垂直方向的力学模型  20-22
    2.3.2 中高速曳引电梯垂直方向的数学模型  22-26
  2.4 中高速曳引电梯垂直方向的动力学模型的求解  26-27
    2.4.1 求解系统的固有频率和主振型  26
    2.4.2 轿厢振动响应的求解  26-27
  2.5 计算结果及分析  27-32
    2.5.1 电梯系统工程数据及计算结果  27-31
    2.5.2 计算结果分析  31-32
  2.6 减小电梯垂直振动的方法  32-33
  2.7 本章小结  33-34
第3章电梯机械系统水平振动研究  34-47
  3.1 引言  34-36
  3.2 中高速曳引电梯水平方向的动力学模型的建立  36-38
    3.2.1 中高速曳引电梯水平方向的力学模型  36-37
    3.2.2 中高速曳引电梯水平方向数学模型  37-38
  3.3 中高速曳引电梯水平方向的动力学模型的求解  38-41
    3.3.1 位移向量  38
    3.3.2 质量矩阵  38
    3.3.3 刚度与阻尼矩阵  38-41
    3.3.4 激振力矩阵  41
  3.4 计算结果及分析  41-46
    3.4.1 固有频率分析  42-43
    3.4.2 动态响应分析  43-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章电梯机械系统结构参数灵敏度分析  47-56
  4.1 引言  47
  4.2 灵敏度的定义  47
  4.3 灵敏度公式的推导  47-48
  4.4 电梯垂直方向振动参数灵敏度分析  48-52
  4.5 电梯水平方向振动参数灵敏度分析  52-55
  4.6 本章小结  55-56
第5章电梯机械系统动态优化设计  56-65
  5.1 引言  56-57
  5.2 机械动态优化设计的数学模型  57-58
  5.3 机械优化设计方法  58-60
  5.4 电梯机械系统垂直方向动态特性优化设计  60-61
  5.5 电梯水平方向动态特性优化设计  61-63
    5.5.1 电梯轿厢在前后x方向动态优化设计  61-63
    5.5.2 电梯轿厢在左右y方向动态优化设计  63
  5.6 本章小结  63-65
第6章电梯系统仿真界面设计  65-74
  6.1 引言  65
  6.2 仿真界面的设计思路  65-67
  6.3 电梯垂直方向系统仿真界面设计  67-70
  6.4 电梯水平方向系统仿真界面设计  70-73
  6.5 本章小结  73-74
总结  74-77
参考文献  77-79
致谢  79-80
攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文  80-81

曳引电梯机械系统的动态分析及参数优化

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