高速曳引式电梯振动与噪声分析

摘要

电梯噪声为低频噪声，对人体的危害十分巨大，降低电梯噪声已经成为了一件亟待解决的重要问题。电梯噪声主要由振动噪声和气动噪声组成，电梯的振动又分为横向振动与纵向振动，本文分别对电梯横向振动、纵向振动与气动特性进行研究，并将研究结果作为声源激励进行噪声分析，主要研究内容分为以下7个部分： （1）建立电梯横向振动动力学模型，推导出电梯横向振动的微分方程，并分别建立导轨失调激励、弯曲激励、阶跃激励及总体叠加激励的数学模型，采用Matlab中的Simulink模块搭建仿真系统模型并进行仿真分析，其计算结果作为电梯噪声仿真的参数依据。 （2）建立电梯纵向振动动力学模型，通过拉格朗日方程建立电梯纵向振动系统十自由度微分方程，由于钢丝绳的时变特性，建立钢丝绳刚度的时变模型，采用AMESim软件搭建仿真系统模型并进行仿真分析，其计算结果作为电梯噪声仿真的参数依据。 （3）通过流体分析软件Fluent对电梯气动特性进行仿真分析，分析结果表明，轿厢所受z方向气动阻力远大于X、Y方向气动阻力，是电梯气动阻力主要来源。轿厢后半程所受Z方向气动阻力的绝对值略大于前半程，这是由于湍流度不同所造成的。轿厢所受侧翻力矩和俯仰力矩远大于偏转力矩，是轿厢产生横向振动的主要原因。 （4）以电梯横向与纵向振动仿真结果作为噪声源激励，采用ANSYS进行噪声仿真，仿真结果表明，电梯的横向振动是产生振动噪声的主要原因。并对建立隔音墙的降噪方法进行研究，结果表明该方法对电梯噪声的降幅为15.38%。基于Fluent软件与FW-H方程对电梯的气动噪声进行仿真分析，仿真结果表明，电梯气动噪声远小于电梯振动噪声。 （5）采用在井道壁面开风口的方法来降低电梯气动噪声，通过单因素实验可知风口数量为两个时对电梯气动特性的改善作用最佳。若只开一个风口，反而会使轿厢受到更大的气动阻力与力矩。风口形状为圆形时对电梯气动特性的改善作用最佳。通过遗传算法优化得到了一组风口参数的最优解。以该组风口参数为基准，进行电梯气动噪声仿真分析，同时进行开风口实验，结果表明该方法对于电梯气动特性有较大改善，但降噪效果不明显。 （6）采用在井道壁面四周铺设吸音层的方法来降低电梯噪声，通过单因素仿真试验对吸音层厚度进行研究，进行多项式拟合确定最佳吸音层厚度，并进行噪声仿真及实验验证，结果表明该方法降噪效果并不明显。 （7）采用在曳引机底座下安装减振垫的方法来降低电梯振动与噪声，通过AMESim对不同减振垫刚度下轿厢纵向振动进行仿真分析，并进行多项式拟合，建立曳引机底座纵向振动速度、加速度与减振垫刚度的一元模型，通过遗传算法优化得到最佳减振垫刚度值，以该刚度值为基准，对安装减振垫后的电梯振动及噪声进行仿真分析及实验验证，结果表明该方法对电梯振动与噪声均有极大程度的降低。

目录

第1章 引言

1.1 研究背景、目的及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 电梯横向振动研究现状

1.2.2 电梯纵向振动研究现状

1.2.3 电梯气动特性研究现状

1.2.4 电梯噪声研究现状

1.3 电梯噪声评价标准

1.3.1 国内电梯噪声相关评价标准

1.3.2 国外电梯噪声相关评价标准

1.4 研究内容及方法

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法

1.5 本章小结

第2章 高速曳引式电梯振动研究

2.1 电梯概述

2.1.1 电梯基本结构

2.1.2 电梯导向系统

2.2 高速曳引式电梯横向振动分析

2.2.1 横向振动数学模型

2.2.2 导轨不平度激励

2.2.3 基于simulink的横向振动微分方程求解

2.3 高速曳引式电梯纵向振动分析

2.3.1 纵向振动数学模型

2.3.2 纵向振动系统参数设定

2.3.3 基于AMESim的电梯纵向振动系统求解

2.4 本章小结

第3章 高速曳引式电梯气动特性研究

3.1 建立模型

3.1.1 流动控制方程

3.1.2 几何模型

3.2 仿真分析

3.2.1 网格划分

3.2.2 仿真参数设置

3.2.3 井道内空气流动状态分析

3.2.4 气动阻力分析

3.2.5 气动力矩分析

3.3 本章小结

第4章 高速曳引式电梯噪声研究

4.1 电梯噪声简介

4.1.1 电梯噪声的危害

4.1.2 噪声评价标准

4.1.3 噪声控制方程

4.2 电梯横向振动噪声

4.2.1 建模及网格划分

4.2.2 横向振动噪声仿真结果分析

4.3 电梯纵向振动噪声

4.4 电梯横向及纵向振动耦合噪声

4.5 隔音墙仿真分析

4.6 电梯气动噪声

4.6.1 FW-H声比拟方法

4.6.2 气动噪声研究

4.7 本章小结

第5章 高速曳引式电梯工程应用研究

5.1 风口参数对电梯气动特性与噪声的影响分析及研究

5.1.1 试验背景

5.1.2 现场测试及噪声来源分析

5.1.3 单因素数值拟合

5.1.4 正交试验与建立多元模型

5.1.5 基于遗传算法的多目标优化

5.1.6 电梯气动噪声分析

5.1.7 实验验证

5.2 吸音层厚度对电梯噪声的影响分析及研究

5.2.1 试验背景

5.2.2 现场测试及噪声来源分析

5.2.3 单因素数值拟合及仿真分析

5.2.4 实验验证

5.3 减振垫刚度对电梯振动与噪声的影响分析及研究

5.3.1 试验背景

5.3.2 现场测试及噪声来源分析

5.3.3 单因素数值拟合与目标优化

5.3.4 电梯纵向振动仿真分析

5.3.5 电梯噪声仿真分析

5.3.6 实验验证

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

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