黃自鑫,薛 勇

（武漢紡織大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，湖北武漢，430200）

基于虛擬儀器的電梯振動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)研究

黃自鑫,薛 勇

（武漢紡織大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，湖北武漢，430200）

電梯在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)不僅影響其舒適度，而且影響電梯零件使用壽命，增加安全故障發(fā)生的概率。本文根據(jù)電梯的運(yùn)行規(guī)律，借助虛擬儀器的信號(hào)處理能力，設(shè)計(jì)出一種電梯振動(dòng)測(cè)試評(píng)估系統(tǒng)，旨在促進(jìn)電梯行業(yè)質(zhì)量的提升和發(fā)展。

虛擬儀器；電梯振動(dòng)；評(píng)估系統(tǒng)

1 評(píng)估系統(tǒng)

電梯振動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)主要是根據(jù)電梯啟動(dòng)以及停止前后的振動(dòng)加速度的變化進(jìn)行的，而電梯振動(dòng)出現(xiàn)的原因是電梯箱體加速度變化太快所致。因此，對(duì)于振動(dòng)的評(píng)估可以轉(zhuǎn)化為對(duì)加速度的測(cè)量，這一過程可通過加速度傳感器來實(shí)現(xiàn)，即檢測(cè)并采集被測(cè)電梯的各個(gè)方向加速度。由于虛擬儀器只能識(shí)別電信號(hào)，所以在傳感器采集到加速度信號(hào)之后，還需要相關(guān)電路來將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和過濾，即調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)將所采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，最后將前面的輸出作為輸入送給PC機(jī)虛擬電梯振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，最終得出被測(cè)電梯的質(zhì)量參數(shù)。其評(píng)估系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)如下圖1所示。

圖1 評(píng)估系統(tǒng)模塊圖

2 振動(dòng)計(jì)算方法和評(píng)價(jià)

影響電梯振動(dòng)的因素眾多，在對(duì)電梯進(jìn)行具體評(píng)估時(shí)應(yīng)該選取什么量來進(jìn)行計(jì)算目前國(guó)內(nèi)外都還沒有明確的評(píng)價(jià)方法。但是在比電梯行業(yè)更早興起的交通行業(yè)對(duì)于振動(dòng)舒適度有比較完善的評(píng)價(jià)體系。交通行業(yè)涉及的振動(dòng)舒適度在水平及豎直方向上區(qū)別不大，但對(duì)于電梯而言，其振動(dòng)主要來源是豎直方向上啟動(dòng)與停止前后短時(shí)間內(nèi)加速度的變化，所以交通行業(yè)對(duì)舒適度研究的評(píng)價(jià)方法仍然使用于本文的研究主題。電梯振動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)示意圖如下圖2所示。

圖2 電樣振動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)

雖然交通行業(yè)的振動(dòng)舒適度在采集數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)涉及到X、Y、Z三個(gè)方向，而且電梯振動(dòng)主要來源于Z軸方向上加速度的變化，在X與Y方向上其振動(dòng)可以忽略不計(jì)，但從數(shù)學(xué)角度分析這并不影響UIC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于電梯，即在研究電梯振動(dòng)舒適度時(shí)完全可以借鑒現(xiàn)存的比較成熟的評(píng)價(jià)方法，也就是目前普遍應(yīng)用于交通領(lǐng)域的UIC標(biāo)準(zhǔn)。UIC標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算方法，根據(jù)需要，本文僅僅選取與主要內(nèi)容相關(guān)的最終簡(jiǎn)化計(jì)算公式：

其中，為三向加速度值，X、Y、Z為三個(gè)測(cè)量方向；地面Wd標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的頻率加權(quán)系數(shù)。

根據(jù)電梯的性質(zhì)，公式（1）抽取測(cè)試樣本的測(cè)量段為電梯上下運(yùn)行一次。在信號(hào)采集上，每隔1s記錄一個(gè)數(shù)據(jù)，這樣，根據(jù)每臺(tái)電梯不同的運(yùn)行工況，測(cè)量段（運(yùn)行時(shí)間t）一般由30～90個(gè)時(shí)間段（1s）組成。其后便是計(jì)算有效峰值，方法為將每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的加速度平方根值與頻率加權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。然后按計(jì)算均方根的方法計(jì)算出上下行舒適度，最后由上下行舒適度進(jìn)行算術(shù)平均得出總振動(dòng)舒適度,如下式（2）所示：

3 軟件實(shí)現(xiàn)

從傳感器采集信號(hào)到最后PC機(jī)輸出一些測(cè)試數(shù)據(jù)中，振動(dòng)評(píng)估VI主要用來評(píng)估振動(dòng)的一些參數(shù)，包括三個(gè)軸的最大振動(dòng)、振動(dòng)位移以及最終要得出振動(dòng)評(píng)價(jià)。在這三個(gè)參數(shù)中，前兩個(gè)比較容易得出，、方向最大振動(dòng)使用數(shù)組最值函數(shù)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)獲得最大索引位置。最大振動(dòng)位移通過初試索引位置到最大索引位置之間的二重積分求得。由于計(jì)算機(jī)智能識(shí)別數(shù)字信號(hào)，所以不能通過直接獲得的波形圖來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在進(jìn)行分析之前需要將波形圖所反映的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)組。振動(dòng)評(píng)價(jià)是這三個(gè)參數(shù)中最難求出的一個(gè)量。

在整個(gè)算法程序中，振動(dòng)評(píng)價(jià)在整個(gè)計(jì)算過程中要占據(jù)大部分時(shí)間，其基本思路是首先計(jì)算各個(gè)軸振動(dòng)的功率譜，這里取的是單邊功率譜，下一步計(jì)算1/3分頻倍頻加權(quán)值，然后根據(jù)頻率范圍不同計(jì)算各個(gè)三分之一倍頻系數(shù)，最后相加即可得出所要求的振動(dòng)評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語

基于虛擬儀器的電梯振動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)能通過傳感器將引起電梯振動(dòng)的物理信號(hào)進(jìn)行采集，然后借助一定的電路邏輯運(yùn)算濾除干擾信號(hào)，并通過轉(zhuǎn)換裝置將待檢測(cè)波轉(zhuǎn)換成虛擬樣機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而借助軟件工具計(jì)算出待測(cè)數(shù)據(jù)，得出被測(cè)物理量。此系統(tǒng)能對(duì)引起電梯振動(dòng)的各因素進(jìn)行統(tǒng)一分析，建立結(jié)果與各因素之間的關(guān)系，使在電梯振動(dòng)的研究上有據(jù)可依，為具體提升電梯振動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)研究提供方向。

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黃自鑫（1988-）武漢紡織大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院研究生，研究方向：檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)；

薛勇（1968-）武漢紡織大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院副教授，研究方向：檢測(cè)技術(shù)。

圖5 第二組實(shí)驗(yàn)曝光時(shí)間測(cè)定結(jié)果示意圖

參考文獻(xiàn)

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Research on the elevator vibration evaluation system based on virtual instrument

Huang Zixin,Xue Yong
（WuHan Textile University School of Mechanical Engineering and Automation,Hubei Wuhan,430200）

The vibration of the elevator in the operation process not only affects its comfort, but also affects the service life of the elevator parts, and increases the probability of the occurrence of the safety failure. In this paper, according to the laws of the operation of the elevator, with the aid of virtual instrument signal processing ability, design a kind of elevator vibration test evaluation system, aimed at promoting the elevator industry development and the improvement of quality.

virtual instrument; The elevator vibration; Evaluation system