机电一体化技术在电梯中的应用研究与实践

摘要：在以往的电梯控制中，钢丝绳在电梯运行过程中的动态特性容易受到外界的干扰激励，使其振动频率增大。为此，对机电一体化技术在电梯中的应用进行了研究。在振源与设备之间用阻尼装置连接，利用机电一体化技术控制阻尼系数始终保持在正常范围内，保证隔振器起作用;在电梯系统输入输出通道上设计过压保护电路，达到滤波的目的，强化电梯系统的抗干扰性能。对比实验结果表明：应用机电一体化技术的电梯中钢丝绳的振动频率低于应用其他技术的电梯钢丝绳振动频率，说明应用机电一体化技术的电梯运行更加稳定、安全。

关键词：机电一体化;振动波;抗干扰;动态特性

0 引言

目前机电一体化及相关技术已得到了极大发展，在众多机电产品中应用机电一体化技术，使其功能更加强大，适用范围得到进一步拓展。在以往的电梯中应用能量回馈技术较多，但是应用这种技术会导致电梯运行中钢丝绳受到外界干扰激励，其动态特性受到影响，产生较大的振动频率，电梯运行安全得不到保障。因此，本文对机电一体化技术在电梯中的应用进行了研究。

1 机电一体化技术在电梯中的应用研究

1.1    隔离振动波

振动会影响电梯的稳定性和安全性，减少电梯的使用寿命，因此需要采取一定的手段隔离振动波。在振源和设备或其他物体之间用阻尼装置连接，使振源产生的大部分能量被隔振装置吸收，以减小振动，达到隔振的目的。机电一体化技术中包括控制技术，利用控制技术保证阻尼器的阻尼系数始终在正常范围内，阻尼系数的控制调整与频率比和传递率密切相关。从力的传递率角度分析，可得到传递率、频率比和阻尼比的关系式：

1.2    抗干扰设计

在电梯控制中，由于串模干扰与不平衡传输信号相叠加，导致电梯供电遇到障碍。利用机电一体化技术，以光电耦合器实现输入、输出通道的信息传递，隔离电梯系统内的各种电气模块、设备，以隔绝干扰，被隔离部分包括传感器、执行设备等。同时，设置滤波电路来降低高频信号的干扰，即在低频信号传送电路内加装低通滤波器，由于滤波电路体积较大，可配合数字滤波实现滤波的目的。在信号传输通道内，应设置由限流电阻和稳压管组成的过压保护电路，避免因电压过高引发电梯故障。根据电梯种类和大小，选择合适的限流电阻，避免信号衰减;稳压管根据最高传送信号电压进行选择，稳压值略高即可，若稳压值较低，则会使得有效信号限幅，造成信号失真，对于0.2 V以下的微弱信号，使用两只反并联的二极管来代替稳压管，即可实现过压保护。电梯的供电线路常被利用为系统的入侵渠道，以可抗干扰的稳压电源对电梯系统进行供电，保证供电安全。将供电线路与产生干扰的用电设备分开供电，将低通滤波器与隔离变压器接入供电线路中，其中低通滤波器吸收大部分电路中的干扰，隔离变压器与铁芯一起接地，防止干扰通过初次级之间的电容效应进入供电系统;整流元件上并接滤波电容，避免电压电流波形冲击产生高频干扰。滤波电容选用1 000 pF～0.01 μF，耐压程度根据次级电压来判断，并接滤波电容后，可在很大程度上削弱高频干扰。采取上述措施后，可保证电梯系统的正常运行，延长电梯的使用寿命，进而保障人们在日常生活中使用电梯时更加安全、稳定。

2 实验研究

2.1    实验参数设置

一般电梯在正常运行中的行驶速度为2.5 m/s，速度增加，会影响钢丝绳的动态特性，而应用能量回馈技术的电梯中钢丝绳的动态特性较差。因此，以钢丝绳的振动频率作为实验参考指标，设计了对比实验，以对比应用不同技术的电梯正常运行的实际性能。选择典型的电梯参数作为实验理论模型的仿真计算参数，具体设置如表1所示。

在表1中，G表示电梯的最大行程;V表示电梯的最大行驶速度;M表示钢丝绳所承受的轿厢重量，包括自身重量和载荷重量;J表示导靴的刚度;E表示电梯钢丝绳单位长度的质量;G1表示钢丝绳振动状态观测位置与零长度点的距离;G2表示钢丝绳振动状态观测位置与全长度点的距离;g表示重力加速度。對应用不同技术的电梯进行实验验证，分别获得钢丝绳在电梯正常运行中的振动频率，根据实验结果分析应用不同技术时电梯的性能。

2.2    实验结果及分析

本实验分别从G1和G2两个观察点入手，观察应用能量回馈技术和机电一体化技术的电梯运行状态的钢丝绳振动情况，其中G1是固定观察点，G2是随机观察点，可得到如图1、图2所示的实验结果。

从图1、图2可以看出，无论是在固定观察点，还是在随机观察点，应用机电一体化技术的电梯运行过程中钢丝绳的振动频率始终处于低水平，而应用能量回馈技术的电梯中钢丝绳的振动频率始终高于应用机电一体化的电梯钢丝绳的振动频率，特别是在随机观察点，应用能量回馈技术的电梯中钢丝绳振动频率极不稳定。综上所述，应用机电一体化技术的电梯能够抵抗外界的干扰，运行更加稳定安全。

3 结语

电梯在人们的日常生活和工作中发挥着重要作用。在电梯中应用机电一体化技术能够显著提升电梯的运行质量。本文研究显示，应用控制技术能够更好地控制电梯中钢丝绳的振动频率，通过设计的对比实验，证明了机电一体化技术可以有效提升电梯运行的稳定性和安全性。

收稿日期：2020-05-06

作者简介：杨阳（1986—），男，天津人，工程师，研究方向：特种设备科技开发。