摘 要 主要研究曳引电梯动态特性和测试分析系统设计实现，对电梯振动特性以及动态特性及其影响因素进行了研究，并从整体方案、系统设计、系统固件设计等方面开展了电梯动态特性研究和测试分析系统的设计工作。
【关键词】曳引电梯 动态特性 测试分析系统
1 电梯
电梯系统的振动式影响电梯舒适性最直接的因素，因此电梯的振动行为是电梯厂商关注的重点。通常，振动加速度以及加速度变化率被认为是人们感觉到不适的主要原因。但是电梯振动评价工作不能单纯考虑振动加速度和加速度变化率，振动对人生理影响也是影响电梯舒适性的重要问题。振动强度、振动能量、振动频率、振动方向都会对人体造成影响。人体全身垂直振动在4-8Hz之间有着最大的共振峰，胸部共振为主导形似，对胸部内脏会产生很大影响，10Hz左右会有一个小共振峰，hi腹部共振为主导形式的，对胸部内脏有着很大影响，相比较而言，人体对水平振动更加敏感，在1-2Hz之间就会产生很大的影响。
根据相关研究，电梯轿厢振动主要是曳引机振动造成的，除此之外，曳引轮绳槽误差、导向轮偏差以及钢丝绳直径偏差等也会导致振动，可能会和轿厢固有频率发生共振，但是这些振动源的频率并不是一致的。
2 电梯动态特性
电梯运行加速度是电力舒适性衡量指标中非常重要的参数。电梯运行加速度测量设备也是电梯动态特性测定中非常关键的。日本有WR7300F型热笔记录式加速度仪，我国有中科院DT-2型等电梯加速度测试仪。随着电梯技术不断进步，电梯测试准确性和工作性能的要求更高，要求测试仪器在测定电梯加速度的同时还需要判断电梯运行参数是否存在超标情况。测量系统需要能够采集足够的信号，同时还要能够分析电梯的振动测量信号并得出正确的评价。美国的EVA-625电梯品质监测分析仪作为一种智能化测量设备，就能够自动记录电梯运行振动参数并进行记录和分析。
电梯振动的最主要原因是电梯曳引机的振动，所以对电梯曳引机进行测试是电梯测试非常关键的问题。我国北京振通技术研究所研发的911KT电梯曳引机专用振动测试分析仪器，能够测量曳引机振动参数并进行频谱分析，曳引机故障诊断。天津大学自主研发出一套应用激光准直技术的电梯导轨自动检测装置能够实现电梯质量的综合自动化监测，高效准确，符合当前电梯质量检测工作的要求。
电梯的振动属于复杂多自由度非线性振动系统，其垂直方向的振动主要通过曳引绳传递给轿厢，也有一些电梯使用联轴器和曳引机电机转子连接速度传感器，这种情况下，垂直振动就会受到同轴度的影响，所以新安装电梯安装速度传感器时要注意调整同轴度，控制同轴偏差在0.002mm以内。轿厢轿架之间的减震装置主要有上梁位置轿顶他那换、轿底橡胶垫等，新安装电梯轿架悬挂装置弹簧要调整到轿厢满足情况下，保证此时弹簧仍然有相当的压缩量，同时注意保证轿底减震垫的分布均匀。
3 电梯动态特性测试分析系统
3.1 整体方案
系统需要至少三个振动信号采集通道以及一个噪声信号采集通道。电梯的运行速度等参数通过对测量获得的加速度信号进行微分或者积分处理就能够获得。为了便于后期应用，不带外界电源，系统功能模块高度集成。采用支持热插拔的USB通信接口，可使用电源线路作为低功耗设备的供电电源。
3.2 系统硬件
3.2.1 芯片选择
对系统功耗要求比较严格，所以选择芯片需要选择功耗低、集成度高的种类。
3.2.2 核心电路
使用总线连接方式，接口对应连接，用于传输数据，使用SOC自带+2.5V电压基准，采用双极性信号变化，进行电位平移变换，并使用紧接的快速二极管进行限压保护。
前端信号AD采样之前需要进行采样频率滤波，防止信号重建时出现频谱混叠。滤波器电路用到两个运算放大器，一个用于电位平移，一个用于单片机输出参考电压之后使用运放隔离基准电压源，削弱电流消耗的影响。
3.2.3 电路板
重视功能布局以及抗干扰措施。高、中、低速电路在电路板上分布在不同区域，石英晶振外壳接地，晶振周边采用包地设计。模拟、数字分开，增加接地面积。
3.3 系统固件
单片机负责解析上位机命令，根据命令执行数据采集工作，同时负责进行数据上传，主要负责AD采样、数据发送、解析命令以及USB通信控制。
系统中有着比较丰富的MCU资源，声音通道以及振动通道定时采样使用定时器实现，振动通道有三个，提高定时频率，进行分别采样，低频条件下满足数据采集要求，系统内部XRAM开辟了三个内存空间缓冲采集的数据，声音信号采样率高，数据量很大，选用两个64字节缓冲区缓冲声音信号，振动信号存在通道切换工作，所以AD转换采用单次转换模式。
3.4 系统软件
系统分析软件需要完成测试参数设定、下位机通信以及数据交互等功能，进行数据的实时分析和处理，并在屏幕上显示对应曲线。为了提高CPU资源的利用率，采用多线程并行运行的工作方式，主线程实现图形界面处理和图形函数处理，实现用户程序界面的绘制和交互，设置两个定时器，分别进行绘图参数更新和曲线图形更新，另一个处理线程用于接收通讯数据并进行处理。软件采用模块化的设计方式，不同功能划分为固定模块进行分别开发，不同模块之间通过标志量和通讯函数调用实现数据通讯，通过功能模块化降低程序复杂性，降低软件开发和后期拓展难度。
4 结束语
我国电梯行业已经有着量的发展，但是在质方面却没有明显的提升，在动态特性以及舒适感等方面还存在着一定的不足，需要研究人员对电梯的动态特性及其测试分析系统进行进一步的研究，才能提高我国电梯的市场竞争力。
参考文献
[1]王立强.曳引电梯动态特性的研究及其仿真平台的开发[D].浙江：浙江大学机械制造及其自动化专业，2012.
[2]金卫清，张惠侨，郑延军.电梯机械系统动态特性的建模分析[J].机械设计与研究，2012，（3）：5-15.
作者单位
新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830011
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