电梯运行异常的动态分析方法

王战春

摘要：电梯运行异常事故时有发生，而相关事故研究分析者普遍采用传统的电梯运行异常的分析方法，测量电梯运行特性，从而难以在方法上实现电梯运行异常的提前预警功能。文章从电梯运行的理念曲线出发，分析电梯在不同负载先运行的特性曲线的影响因素，针对电梯运行异常的个别案例，提出如何有效保证电梯运行正常的措施。

关键词：电梯运行；动态分析特性曲线；调速时间

中图分类号：TP277文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）03-0092-03

电梯运行异常的事故时有发生，而相关事故研究分析者普遍采用传统的电梯运行异常的分析方法，测量电梯运行特性，从而难以在方法上实现电梯运行异常的提前预警功能。在这种情况下，有关人员依托于现代互联网技术，对电梯进行科学的控制，实现电梯实际运行、管理的有效性，从而保证电梯安全。

一、电梯运行的理想特性曲线

（一）梯形曲线

梯形曲线如图1所示：

图1梯形速度曲线图

由图1知，梯形曲线特性图也叫三角形行速度曲线图，简而言之，也就是启动过程和制动过程中加速度为常数，中间时间段采用匀速运行，从而实现整个电梯的正常运行。

通过对整个曲线运行的效率进行合理、科学的分析，以最短的时间来完成加速和减速，其效率必然会提高。但这种情况下，梯形速度曲线的加速度并不是平滑的过度，而是在加速和减速的一段时间内都存在着突变，从而出现启动结束和制动开始时的加速度发生突变，从而造成乘客超重和失重感觉，运行不平衡，舒适性比较差。

（二）抛物线曲线

抛物线运行速度曲线如图2所示：

图2抛物线速度曲线

由图2知，抛物线运行模式的电梯，在加速过程和减速过程中速度为三角形变化，其加速度变化率均为常数。

这种理想电梯运行曲线模式虽然比梯形速度曲线好，但是在实际的运行过程中，特别在高速和超高速电梯的运行中，电梯在启动和制动过程中的效率比较低，实现不了电梯运行整个过程的高效率性。

（三）抛物线—直线综合速度曲线

抛物线—直线综合速度曲线如图3：

图3抛物线—直线综合速度曲线

由图3知，在加速的前ta/n时间里和减速的末ta/n时间段里，为抛物线形速度曲线，而在中间过程中采用直线模式的速度运行曲线，其中n为启动时间系数。这种曲线运行模式相比于前两种效率更高，速度变化率比较低，更能适应现在电梯的多状况运行模式。对于中低速电梯，n一般取值比较小；而对于高速和超高速电梯，n值一般较大。如此，能够更加有效、合理、科学的适应不同距离电梯的升降效率，使得电梯的舒适性增加。

二、电梯运行特性曲线的影响因素

调速时间一直是电梯运行时间的决定因素，其大小影响电梯运行过程的整个时间，从而根本上决定了电梯运行效率，下面针对电梯运行的理想特性曲线对调速时间进行分析：

1．梯形调速时间曲线以加速度a和最大速度V作为运行参数。在实际的运行过程中，可以根据运行距离H，产生两张状态：

当H大于V2/a时，电梯的整个运行阶段分为加速、匀速和减速，总的运行时间为T，则：T=2V/a + （H-2V2/a）/v =V/a + H/V

当H小于或者等于V2/a时，运行过程为加速和减速，运行时间T=2

2．对于抛物线曲线而言，其时间推到起来可能比较复杂，但是可以通过三次方程式的拟合进行合理的优化，按照相应的数学公式进行有效的推到，必要时可以采用计算机进行模拟，从而保证整个电梯运行过程的调速时间的最优化。

梯形速度曲线以加速时间t和最大速度V为参数，在整个电梯运行过程中，可以根据垂直高度H，出现三种不同状态的调速时间：

当H>V/t时，电梯的整个运行过程分为全加速、匀速和全减速，总时间T=t+H/V

当电梯的运行过程中出现加速和中减速时，运行时间T满足一个三次方程式，对于方程式的根值就是其整个运行时间，其求解可通过计算机编程语言解决；

当H3．抛物线—直线运行模式介于前两中模式之间，其运行时间更短，电梯运行起来更加快捷，效率更高。

三、电梯安全运行的有效分析方法

（一）电梯动态模型的建立

结合实际电梯的整体机械机构，我们可以将曳引机、平衡中、桥架、轿厢和平衡链等机构作为支撑点，视为质点，建立合适的动态模型，如图4所示：

图4电梯机械系动态模型

由图4知，动态模型中可以采用基本的运动方程进行有效的描述，将系统的动能表示出来，然后运用拉格朗日方程对其中的变量进行求导、运算，从而实现电梯的有效分析。

整个系统的动能可以表示为：

系统的弹性势能可以表示为：

由拉格朗日方程得：，其中Q为广义力。

将上式进行数学处理，得

实际运行过程中，电梯激励主要伴随着加速、减速而产生，结合实际运行过程中可能存在的质量不平衡，从而出现比较严重的质量偏差，从而使得实际的矩阵描述存在比较大的误差，造成整个分析结果的误差性，给乘客在实际乘坐过程中形成较差的舒适性。

（二）动态方程的求解

电梯运行到不同的楼层时，其轿厢与平衡重两侧的曳引钢丝绳及平衡链长度都会发生明显的变化，例如K1、k2、k3和k5的刚度值发生变化。在各个隔层之间进行有效的理想化，系统的动态特性被看成是不变的，这样就可以将原有的变系统转化为常系数微分方程。先对相关数据进行离散，然后对离散后的运动微分方程组进行合理的运行模式建立，采用计算机语言，按照合理的方式建立有效的控制程序，在刚开始的运行过程中，可以将系统运行机构分为多个离散周期，分段优化，建立科学的动态分析模式，按照初值设定，输入不同异常状态值，从而检测出异常原因。

通过计算机程序设计，可以将相关的一阶或者二阶函数进行离散化，转化成N份的时间间隔。离散后的常系数微分方程：其中，为阻尼比。

采用杜哈美积分求解可得正则坐标系下的相

应，如：

按照相关零初试条件，采用层层递推的方法，可以获得轿厢的振动速度，加速度：

从而更有效地分析出异常电梯的原因，提高了电梯的使用性。

四、工程案例

某现代化电梯控制系统，结合完备的故障监测和保护装置，能够有效的对控制电路、安全电路进行密切的实时监测、部分故障诊断及安全保障。一旦发生必要的实时故障，部分控制系统能够进行及时有效的指示并做出相应的判断，同时采用必要的解决方案。

安全检测电路中在整个电路的回路过程中串联了若干个功能触点，这些触点能够有效的检测若干个电梯运行故障：

1．若轿厢在到达上、下端站之间的某个距离范围内，检测电路必须要检测一下轿厢的速度是否在一定的范围内，满足限速要求。如果过高，可以通过强迫断电使电梯速度迅速下降，以避免冲顶和坐底，从而避免对乘客的伤害。若是电梯低于一定的速度时，可以使触点结合，从而保证电梯缓慢地移动到平低层，避免电梯运行不到位。

2．轿厢可能会因为某种因素而出现不正常的平层现象，需要通过有效的重启来保证各个环节的再次有效运行，从而出现在此升迁。最终达到电梯的正常停靠。

3．电梯轿门可以通过安全关闭实现触点的有效监测，保证整个电梯的安全启动和制动，否则开门运行的话也将可能导致人员伤亡事故。

4．电梯每一层都有厅门，各个楼层厅门的门锁触点相互串联接通安全回路实现有效的检测，保证各厅门都关闭好时，门锁才能闭合启动电梯，从而保证整个电梯运行时乘客的安全。

安全回路中可以串联多个触点，通过不停的LED灯指示来实现不同运行故障的实时检测，从而保障电梯运行异常的分析和实时处理，提高电梯的运行

效率。

五、结语

电梯是一种比较安全的交通工具，只要有效的进行异常实时状态分析，采用合理的程序分析方法，结合文明的操作，必然会为乘客带来更加安全的服务

保障。

参考文献

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（责任编辑：刘 晶）