CC BY
1
УДК 693.546.3.002.5
doi: 10.55287/22275398_2023_3_107
СНИЖЕНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИИ КАБИНЫ ЛИФТА
М. А. Степанов Б. А. Кайтуков П. О. Андреева
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), г. Москва
Аннотация
В Российской федерации увеличивается этажность возводимых зданий. Анализ работы лифтов в зданиях различной этажности показал наличие вибрации лебедки и кабины. Проведенные исследования позволили перейти от многомассовой динамической системы лифта к двухмассовой и выявить, что основные возмущающие колебания приходят со стороны лебедки.
Были определены зависимости коэффициента динамичности в кабине лифта в зависимости от высоты подъема. Был предложен специальный гаситель для снижения высокочастотной вибрации.
Ключевые слова
лифт, динамическая система, вибрация, коэффициент динамичности, высота подъема кабины лифта, гаситель колебаний
Дата поступления в редакцию
03.06.2023
Дата принятия к печати
13.06.2023
Спрос и конкуренция на рынках лифтовой продукции диктует повышение требования к качеству и безопасности их работы. Необходимость обеспечения безопасности работы лифта показывает число аварий и несчастных случаев с лифтами, что не уменьшается. [1, 2]. Вопросам безопасности лифтов посвящены некоторые работы. [3, 4]. Комфорт лифтов оценивается уровнем шума и вибрации в кабине. Для жильцов в любое время раздражающими факторами будут шум и вибрация. Таким образом, сегодня с целью совершенствования лифтов следует добиваться при их работе значительного снижения уровня шумов, а также вибраций в различных режимах работы.
Проведенный анализ использования лебедки с регулированным приводом в зданиях этажностью выше 25 этажей показал, что возникает существенная вибрация лебедки и кабины на нижних и верхних этажах зданий. Для рациональный оценки и снижения шума и вибрации необходимо иметь более объективную информацию о процессах, которые способствуют этим негативным явлением. [5, 6, 7, 8].
Решение данной задачи предполагает ответить на ряд аналитических вопросов и оценить эксплуатационные характеристики лифтов. Основываясь на теорию колебаний необходимо разработать рациональную модель динамической системы лифта. [9, 10, 11, 12]. Исследование и анализ различных мате-
03
г
м О
-I
м
Э СО
га
<1 £3 *
ш Л а I С! 5 Iю < 2
О > ||
¿¡5
Сй щ
° 5
^ о * *
1- X
>5 3
< I
* 15
< 15
. га
* 5
8 °
О о
5 3
< и
С щ
и (и «*
< 5
2- 5
риалов, эксплуатация большого числа лифтов грузоподъемностью 400 кг и 630 кг, высокой этажностью показали наличие недопустимых высокочастотных колебаний лебедки и кабины.
Многомассовая динамическая система лифта, находится под действием периодической возмущающей силы и включает лебедку, канаты кабины, тяговые канаты, кабину, противовес и другие элементы. [12, 13]. Решение исходной задачи по такой сложной динамической модели представляется весьма сложной, поэтому целесообразно при ограничении высокочастотных вибраций кабины разработать более упрощенную схему.
Анализ различных динамических моделей лифтов показал, что более рациональной будет схема, где в качестве составной части включается кабина. Схема динамической модели лифта, когда колебания приходят со стороны приводной лебедки, представлена на рис. 1.
С—
Са/2 ]
Рис. 1. Схема динамической модели лифта
Схема (рис. 1) включает массу лебедки—Мл , массу кабины—Мк, жесткость четырех резиновых опор рамы лебедки — С0 , а канатная подвеска представлена дискретно—2 С - т - 2 С и имеет длину—Ь .
В этой модели продольная жесткость определяется по зависимости С = —, где Р и Е—соответственно площадь поперечного сечения канатов и модуль упругости. Для упрощения двухмассовой динамической модели (рис. 1), уравнения движения можем свести к решению через амплитуды усилия в упругих элементах лифта.
В данной модели, коэффициентом динамичности будет амплитуда в упругости 2 С , примыкающей к кабине лифта, отнесенной к усилию Р и определяется по формуле:
(1)
Численный коэффициент 50 (1) получен при круговой частоте возмущения лифта грузоподъемностью 400 кг и соответствует числу оборотов двигателя 1400 1 / мин . Порциональную частоту продольных колебаний каната определяем по зависимости:
(2)
где Ь—длина каната, м, ^—погонная масса.
Если принять отношение — = — и вводя отношение V = —, проводим некоторые преобразования и получим коэффициент Кд (1). Он является функцией Л = ^ и длины каната Ь,
причем X варьируется, а длина Ь изменяется с пробегом кабины лифта.
В результате экспериментов получили графики Кд (Ь) для разных значений X , что представили на рис. 2.
Рис. 2. Графики зависимости коэффициента Кд от длины каната Ь.
Для значений X (рис. 2), которые получили при эксплуатации лифта грузоподъемности 400 кг, резонансное состояние, где для X = 1 будет при условии Ц = а для X < 1, тенденция изменения коэффициента Кд иные.
В принятой схеме (рис. 1), когда обороты двигателя изменяются, необходимо помнить, что в формуле (1), числа 70 и 50. Предложенная схема (рис. 1) получается более простой, где представлена рама лебедки на резиновых опорах. В данной модели рама лебедки лифта хорошо реагирует на продольные высокочастотные колебания кабины и противовеса, что положительно сказывается на результаты экспериментов.
На рис. 2 кривая «а» характеризует амплитуду усилия и относится к ветви 2С, примыкающей к кабине. Динамическая модель (рис. 1) хорошо проявляется при анализе кинематического возмущения от механизма привода, когда меняется само возмущение. Оно содержит кроме гармоник с круговой частотой равной СО = 150 1/с (24 гц) и гармоники с кратными частотами. Резонансы в этом случае возникали на длине Ь = 18 м и Ь = 35 м, для лифтов грузоподъемности 400 кг и V = 1,6 м/с , причем реальными получаются возмущения при X = 1,3 .
03
г
м О
-I
м
О ¡0
га
<1 £3 *
ш л а I С! 5 Iю < 2
О > ||
¿¡5
Сй щ
° 5
^ о * *
1- X
>5 3
< I
* 15
< 15
. га
* 5
8 °
О о
5 3
< и
С щ
и (и «*
< 5
2- 5
Возвращаясь к исходной задаче, необходимо предложить специальный механизм, позволяющий снизить высокочастотные колебания кабины лифта. Одним из способов снижения вибрации и шума, возможно, применения гасителей колебаний. [16, 17]. Вышеизложенные выкладки позволили предложить в качестве специального механизма—динамический гаситель колебаний на раму лебедки, который значительно снизил резонансы кабины и рамы лебедки. Для подавления колебаний массы m , считаем существенно увеличить приведенную массу пассивного гасителя.
На эффективность работы гасителя оказывает отношение парциональной частоты колебаний гасителя к возмущающей частоте. При существенной жесткости опор C0 (рис. 1) и высокой собственной парциональной частоты P , роль каната, как гасителя может исчезнуть, например, для лифта грузоподъемностью Q = 400 кг, V = 1,6 м/с , позволило установить, что она является гибкой системой и хорошо реагирует в контуре 2 С - т - 2 С , что сказывается на снижении колебаний в резонансных областях и кабине лифта. Применение гасителя колебаний существенно снижает динамические нагрузки на элементах, способствует безопасности работы и повышает комфорт пассажиров в кабине лифта.
Библиографический список
1. tk-servis.ru news/161328211/ Анализ аварий на лифтах за 2020 год РОСТЕХНАДЗОРа.
2. Степанов М. А., Мечиев А. В. Анализ неисправностей при эксплуатации лифтов // Механизация строительства. 2014. № 8. C. 44 - 46.
3. Степанов М. А., Мечиев А. В. Повышение надежности лифта при нормальной эксплуатации // Научное обозрение. 2014. № 7. С. 148.
4. Мечиев А. В., Севрюгина Н. С., Степанов М. А. Общеметодологический подход к оценке риска обеспечения конструктивной безопасности лифтов // Механизация строительства. 2017. № 4. C. 24 - 29.
5. Шарапов Р. Р., Кайтуков Б. А., Степанов М. А. Некоторые вопросы динамики и надежности строительной техники // Механизация строительства. Том 78. № 7. 2017. С. 5 - 8.
6. Архангельский А. А., Овчинникова Ю. С. Исследование влияния параметров динамического гасителя на амплитуду колебаний // Механизация строительства № 1. 2011. С. 6 - 10.
7. Бойко А. А., Бойко Н. А. Бесараб А. А. Учет влияния упругости механических передач на оптимальные диаграммы движения пассажирских лифтов/ Електромехашчш i енегозберегаючi систе-ми / № 1. 2015. С. 38 - 44.
8. Коваль А. С., Яшин В. С., Артеменко А.И. Моделирование двигательных и генераторных режимов работы безредукторного электропривода пассажирского лифта на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами // Вестник белорусско-российского университета № 1. 2020. С. 86 - 93.
9. Апрышкин Д. С, Хазанович Г. Ш., Гутаревич В. О. Совершенствование программы технического обслуживания пассажирских лифтов на основе имитационного моделирования режимов их работы //Advanced engineering research. № 2. 2021. С. 171 - 183.
10. Назарова М. К. Основы расчета лифтовых конструкций на динамические воздействия // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. № 8. 2019. C. 74 - 78.
11. Бархаев С. Ю. Динамические уравнения ускоренного движения многоканатного подъемника (лифта) в пусковых режимах // Вестник МГСУ. № 4. 2010. С. 181 - 186.
12. Архангельский Г. Г., Овчинникова Ю. С. Исследование виброизоляции лебедки лифта методом компьютерного моделирования // Механизация строительства. 2010. № 8. С. 6 - 10.
13. Степанов М. А., Семенов А. Б., Андреева П. О. Некоторые вопросы снижения динамических нагрузок в лифтах. Строительные и дорожные машины. № 12. 2022. С.54 - 56.
14. Черкасов В. А., Кайтуков Б. А. Определение уровня высокочастотных колебаний кабины лифта // Механизация строительства. 2011. № 11. С. 14 - 17.
15. Черкасов В. А., Кайтуков Б. А. Экспериментальные исследования высокочастотных колебаний кабины лифта // Механизация строительства. 2011. № 12. С. 17-20.
16. Danilin A. N., Kurbatov A. S., Zhavoronok S. I. Simulation of a multi-frequency stockbridge vibration damper oscilations with energy scattering hysteresis // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2020. Т. 16. № 4. С. 29 - 37.
17. Себешев В. Г., Гербер Ю. А. Регулирование динамическими гасителями колебаний напряженно-деформированного состояния и надежности систем с сосредоточенными массами при гармонических воздействиях // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2019. № 9 (729). С. 5 - 18.
и
Z н
Û
SELECTION OF EQUIPMENT FOR SHOTCRETE WORKS
CÛ
M. A. Stepanov B. A. Kaitukov P. O. Andreeva
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow
Abstract
In the Russian Federation, the number of floors of buildings under construction is increasing. Analysis of the operation of elevators with gear drive and frequency control in buildings of more than 25 floors showed the presence of significant vibration of the winch and cab on the lower and upper floors. The conducted research made it possible to switch from a multi-mass dynamic elevator system to a two-mass one and to reveal that the main disturbing vibrations come from the winch side. The dependences of the dynamism coefficient in the elevator cabin were determined depending on the height of the lift. A special dampener for high-frequency vibration was proposed.
The Keywords
elevator, dynamic system, vibration, dynamic coefficient, lift height of the elevator cab, vibration dampener
Date of receipt in edition
03.06.2023
Date of acceptance for printing
13.06.2023
Ссылка для цитирования:
М. А. Степанов, Б. А. Кайтуков, П. О. Андреева. Снижение высокочастотных колебаний кабины лифта. Системные технологии. — 2023. — № 3 (48). — С. 107 - 111.
га
<1 S3 *
ш J tL I
CI s Iю
< S о > i
С га
Cû щ
° 5
^ о * *
H X >S 3
< E
* о
< &
. га
* 5
S °
О о
ï 3 < u
Ш H
и
(U
s
I
(U
< s
S 5
