بررسی لرزش آسانسور


با توجه به این که حرکت یکنواخت و بدون لرزش آسانسور یکی از مهم ترین مشخصات برای یک آسانسور خوب و ایده آل است انواع ارتعاشات کابین و عوامل تشدید کننده را مورد بررسی قرار می دهیم.


الف) ارتعاشات عمودی:
این ارتعاشات در حین حرکت آن به جهت بالا تولید می شود و می تواند به دلایل زیر باشد.


1-ایراد در موتور
2-ایراد در فلکه کشش و هرزگرد و شیارهای روی سطح آن
3-نامتعادل بودن فلکه های کشش و هرزگرد(بالانس نبودن)
4-اصطکاک نامناسب بین ریل و کفشک ها
5-عملکرد نامناسب درایو سیستم محرک
6-یکسان نبودن کشش در طناب های فولادی


ب)ارتعاشات افقی:به دلایل زیر:


1-نصب غلط ریل ها
2-نصب کفشک های غلتکی معیوب
3-سبک بودن کابین
4-معیوب بودن فلکه کشش روی کابین
5-ارتعاش و تاب خوردن سیم بکسل ها


با توجه به اینکه فلکه هرز گرد در صورت معیوب بودن و نصب بد می تواند به عنوان یکی از عوامل ارتعاشات کابین محسوب می شود در صورت امکان پیشنهاد می شود حتی المقدور از نصب فلکه هرزگرد در سمت کابین خوداری شود تا ارتعاشات حاصل از آن به وزنه تعادل منتقل شود.

پیش بینی و آنالیز برهم کنش ارتعاشات سیم بکسل و کابین آسانسور

کابین آسانسور به واسطه ارتعاش منتقل شده از کابل تعلیق و زنجیر جبران و به همان نسبت نیز از ارتعاش تولید شده از عدم تعادل و نقصان های سیستم هادی آسیب می بیند. کیفیت حرکت به طور خاص از ارتعاش افقی به سبب تحریک حاصل از خطاهای نصب ریل راهنما و ایرادات موجود در مفاصل روی ریل تاثیر می پذیرد. فرکانس این تحریک به سرعت کابین و طول ریل راهنما بستگی دارد. هنگامی که فرکانس تحریک ریل به فرکانس طبیعی ذاتی سیستم کابین- سیم بکسل برسد، وضعیتی زیان آور رخ می هد. در این مقاله در مورد مکانیزم تحریک ریل راهنما بحث می شود و تاثیر آن روی کیفیت حرکت کابین و نوع پاسخگویی  سیم بکسل با استفاده از روش های مدل سازی و شبیه سازی عددی از پیش مشخص می شود.  در ادامه نتایج شبیه سازی معرفی و آنالیز شده است.
 کابین آسانسور در معرض ارتعاشات حاصل از منابع تحریک کننده مختلفی است که شامل تحریکات منتقل شده از کابل تعلیق و زنجیر جبران ایرادات و عدم تنظیم سیستم ریل راهنما می باشد. تجمع ایرادات مربوط به ساخت که در قسمت های مختلف مفاصل ریل راهنما موجود است باعث به وجود آمدن تحریک افقی می شود. همچنین انعطاف پذیری ریل ها باعث بروز حالت خمیدگی و پیچش آنها و علاوه بر آن آشفتگی و خرابی جزئی از کابین خواهد شد. سپس ارتعاشات به کابل تعلیق و زنجیر جبران منتقل شده و باعث رفتار دینامیک زیان آوری در سیستم آسانسور می شود. خصوصاً این که در حین جابه جایی آسانسور، وقتی که یکی از فرکانس های طبیعی کابین و سیستم تعلیق برفرکانس تحریک منطبق شود و یا در نزدیکی آن قرار گیرد، ممکن است حالت رزونانس رخ دهد. در پی آن، رفتار رزونانسی کیفیت حرکت کابین را به خطر می اندازد و با تحت تاثیر قراردادن سلامت سازه ای سیستم تعلیق ، منجر به شکست های ناشی از خستگی در کابل فولادی می شود.
در این مقاله نتایج مطالعات اساسی در رابطه با پیش بینی ارتعاش کابین و تاثیر آنها روی سیستم کابل تعلیق نشان داده می شود و بر روی معرفی تئوری لازم و آنالیز مدل های مستقیم تمرکز دارد. مکانیزم تحریک ریل راهنما نیز مورد بحث قرار گرفته و در ادامه، مطالعه نمونه ای که پاسخگوی دینامیک کابین آسانسور و سیم بکسل را مشخص و بررسی می کند تشریح شده است.


 جنبه های بنیادی

 مدل ساده ای از کابین آسانسور با جرم M که با سرعت v حرکت می کند و با ریل های R1 وR2 هدایت می شود در شکل 1 نشان داده شده است . کفشک های هادی با عنصر فنر-دمپر نشان داده شده و به ترتیب دارای ضریب سختی k و ضریب ویسکوزمیرایی C می باشد. در این مدل تاثیر خواص سختی سیم بکسل ، میرایی و اینرسی در محاسبات در نظر گرفته نشده است.

آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com


می توان این مدل را در آنالیز ارتعاش کلاسیک ساده تر کرد و به صورت سیستم یک درجه آزادی SDOF که در شکل 2 نشان داده شده مدنظر قرار گیرد . در چنین تعریفی، ترکیبی از سختی و میرایی کابین – ریل راهنما با همان ضریب سختی و Ke و ضریب میرایی Ce همسان داده شده است. سطح ناصاف و غیرهمسطح و یا / خمیدگی ریل راهنما که منجر به تحریک سینماتیک می شود به حرکت اولیه S(t) نشان داده شده است .


آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com

تغییر مکان افقی q)t) کابین توسط معادله زیر کنترل می شود: آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com که در آن آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com همان فرکانس طبیعی  آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com عامل میرایی و نقطه بالایی نشان دهنده تغیرات برحسب زمان می باشد. اگر کابین با سرعت V  حرکت کند تحریکی که به مفاصل ریل وارد می شود می تواند توسط تابع هارمونیک آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com  مربوط به فرکانس بنیادی، آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com تقریب زده شود که در آن λ طول موج معادل با فاصله بین مفاصل است.
اکنون اگر فرض کنیم آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com باشد، نسبت ماکزیمم دامنه پاسخ وضعیت steady state یا  همان حالت – ثابت به ماکزیمم تغیر مکان اولیه(Sm) که از طریق معادله زیر بدست می آید :


آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com

وبه عنوان توانایی انتقال تغییر مکان شناخته می شود. این نسبت در شکل 2 برای مقادیر مختلف ξ رسم شده است.


آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com

در این ترسیم واضح است که اگرr  از آسانسور-پله برقی - www.liftiran.comبیشتر شود،دامنه ارتعاش کابین کمتر از دامنه جابجایی ریل می شود و جدایش رخ می دهد.
در نزدیکی نقطه رزونانس (1~r) توانایی انتقال به وسیله مقدار میرایی تعیین می شود که آن را ξ با نامگذاری می کنیم و نسبت میرایی بزرگ تر باعث عبور بهتر از رزونانس می شود. به هر حال در منطقه جدایش هر چه مقدار ξ کمتر باشد ایزولاسیون یا جدایش بهتری را خواهیم داشت. برای نسبت میرایی 50 در صد(0.5= ξ) شدت و فرکانس رزونانس در محدوده ی 1.5تا2 می باشد.و البته برهم کنش کابین و ریل راهنما جدایش رضایت بخشی را در فرکانس محدوده 2√ > rفراهم می سازد.
تجزیه و تحلیل برهم کنش کابین و ریل در سیستم یک درجه آزادی چند مفهوم بنیادی رفتار دینامیکی کابین آسانسور را روشن می سازد.البته بایستی سیستم تعلیق در مدل مدنظر قرار گیرد تا تاثیرگذاری تحریک ریل راهنما روی راندمان کلی سیستم آسانسور بررسی شود.این جنبه در آنچه که در ادامه آمده در نظر گرفته شده است :


 مدل دینامیکی کابین – کابل تعلیق


به منظور پیش بینی صحیح تر نوع تاثیر ارتعاش روی سیستم آسانسوری، کل مجموعه شامل کابین – سیم بکسل باید به وسیله یک مدل دینامیکی بی نقص بررسی شود. توضیح شماتیکی از چنین مدلی در شکل 4 نمایش داده شده است. در این مدل مجموعه شامل کابینی به جرم M است که به کمک سیم بکسلی به جرم m در واحد طول معلق نگه داشته شده است. پارامتر (L=L(t  تغییرات طول کابل بر حسب زمان را نشان می دهد.تغییرا ت طول را کوچک و تدریجی فرض می کنیم و به صورت تابعی از زمان در نظر می گیریم.این تابع را بصوت   τ  =€t    تعریف می شود که در آن1>>€ است و پارامتر کوچک و ناچیزی را مشخص می سازد که از رابطه زیر بدست می آید.


آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com


که در آن woکمترین فرکانس طبیعی، LO طول متناظر با طول مناسب کابل(1997،kaczmarczyk) می باشد.به همین صورت توجه کنید که سرعت کابل برابر باآسانسور-پله برقی - www.liftiran.comاست، به طوری که نقطه بالای عبارت نشان دهنده تغییرات کل نسبت به زمان tاست و نوسان افقی کابل به کمک معادله زیرتوصیف می شود:


آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com

به ترتیب،x مختصات فضایی محاسبه شده است که در شکل 4 نشان داده شده،    (w (x,t  تغییر مکان افقی ُ ( ) تغییرات با در نظر گرفتن زمان آرام  t( )τ  مشتق فضایی نسبت به t  ، x( )نمایانگر مشتق فضایی نسبت به xوλ پارامتر میرایی ثابت، T کشش متوسط کابل است. اگر شتاب جاذبه را g بنامیم از معادله زیر کشش کابل را بدست می آوریم:


آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com

ارتباط بین کابین و ریل راهنما به وسیله فنر خطی با ضریب سختی ke  و عنصر ویسکوز میرا کننده با ضریب ثابت ce  بیان می شود. کابین به طور سینماتیکی بوسیله نقص های موجود در مسیرش تحریک می شود. تحریک به صورت (1)s=s نشان داده می شود که آسانسور-پله برقی - www.liftiran.comبیانگر طول جابجایی آسانسور است، علامت"+"یا"-" متناظر با صعودی یا نزولی بودن حرکت است. معادله حرکت کابین با شرایط مرزی در L=X بصورت زیر است:


آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com




یک روش حل برای معادله 4 با شرایط مرزی داده شده در معادله 6 استفاده از رابطه زیر است:


آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com
آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com

و نشان دهنده تغییرات تدریجی مدهای ارتعاش طبیعی است که مربوط به سیستم کابل – کابین با توزیع یکنواخت تغییرات تدریجی کشش متوسط بوده و با

آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com


نمایش داده می شود . تغییرات تدریجی مقدار ویژه βn به کمک معادله فرکانس داده شده ذیل تعریف شده است:


آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com


بایستی توجه شود که مقدار ویژه βn مربوط به فرکانس طبیعی nω است و با آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com
مشخص می شود و آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com سرعت موج های افقی را نشان می دهد. به جای بسط دادنمعادله 7 به معادله حرکت (4) و شرایط مرزی (6) عمود کردن نسبت به مد طبیعی و سپس وقتی که عبارت ( € )o و   ( 2€ )o کنار گذاشته شد، سیستم با استفاده از معادله تغییرات ذیل رفتار دینامیکی نتایج سیستم کابین – کابل را نشان می دهد.


آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com

 پاسخ دینامیکی سیستم کابین

 سیم بکسل  در معرض تحریکات ریل راهنما قرار دارد.
قیود تشریح شده بالا برای هدایت مطالعات شبیه سازی نوسانات افقی سیستم کابین – سیم بکسل به کار می رود. تعلیق نوعی سیستم کششی کابل 2:1 شامل 6 عدد سیم بکسل  Enurance  Dyform12 میلیمتری با جرم واحد طول 0.65m/kg=m است. شبیه سازی با صعود و نزول کابین با بار ماکزیمم به جرم 2000kg و بار نامی 1250kgدر سرعت های مختلف رابطه تنگاتنگی دارد. ارتفاع درست 70m، ارتفاع کابین 3.2m و طول کل جابجایی m60 است. سیستم در معرض نوسان دوره ای به دلیل گام ها و قسمت های مفاصل ریل راهنما می باشد که نتیجه ای از انباشتگی تلرانس های ساختی برای تنظیم قسمت های ریل می باشد.فرض می شود که قسمت های ریل 5 متر طول دارند و دامنه 1 میلیمتر در شبیه سازی اعمال می شود.نسبت میرایی 0.5% برای سیستم کابل تعلیق در نظر گرفته شده، ضریب سختی کفشک هادی کابین – ریل برابرke=2083N/mو       (Zhu & Ni 2000)  است و رابطه میرایی معادل50% است. این مقدار راندمان ایزولاسیون مطلوبی را در منطقه رزونانس که قبلا بحث شد فراهم می کند.
اولین سه فرکانس طبیعی ( رزونانس) سیستم به وسیله معادله 9 مشخص شده و نیز در طول سیم بکسل ( به وسیله شکل 5) ترسیم شده است. طول کابل به آرامی تغییر می کند. این تغییر تدریجی می تواند با پارامتر ناچیزی که در معادله 3 داده شده تشخیص داده شود. با اعمال طول ماکزیممآسانسور-پله برقی - www.liftiran.com می توان فرکانس متناظرآسانسور-پله برقی - www.liftiran.comرا بیابیم و حیطه سرعت را در محدوده   5- 5. 1 متر بر ثانیه کنترل کنیم. حاصل معادله 3 مقدار ناچیز 0.09-0.02=€ می باشد. بنابراین، آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com است و تاثیر عبارت (€)o و(2€)o در معادله 4 و 6 می تواند ناچیز در نظر گرفته شود. در پی آن معادله  تغییرات (10) را می توان برای هدایت شبیه سازی استفاده کرد.


آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com


 نتایج شبیه سازی
معادله تغییرات 10 به روش عددی در سرعت های 1.5 متر بر ثانیه و 5 متر بر ثانیه حل شده و تغییر مکان در انتهای کابین در قسمت وسط و در ربع اول سیم بکسل محاسبه گردید. نتایج، همگی با در نظر گرفتن نقشه و طرح فرکانس در شکل های 6 تا 9 برای حالت های صعود و نزول نشان داده شده است.
پاسخ کابین در زیر نقشه (a)، پاسخ کابل در وسط و اولین ربع کابل در زیر نقشه (b)و(c) و منحنی فرکانس در زیر نقشه (d) در هر شکل نشان داده شده است. توجه کنید که در سرعت کمتر (m/s1.5=v)فرکانس تحریک ریل به فرکانس تحریک بنیادی سیستم نزدیک است.از این رو آسانسور در محدوده شرایط رزونانس بنیادی فعالیت می کندکه می توتند د هر سیکل صعود یا نزول به ارتعاشات شدید کابین منجر شود.
زمانی که سرعت تاm/s5=v افزایش می یابد، رزنانس بنیادی به مد دوم (در ارتفاعی تقریباً برابر 23 متر) منتقل می شود. این رزونانس بالاتر تاثیر کمتری روی کابین دارد و کیفیت حرکت آن بهتر می شود. به هر حال دومین مد رزنانس ، کابل را تحت تاثیر قرار می دهد که در صعود (بالا رفتن) زیان آورتر از نزول(پایین آمدن) است.
                        

                                
آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com
شکل6

آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com
شکل7

آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com
شکل8

آسانسور-پله برقی - www.liftiran.com
شکل9

 نتیجه
پایین بودن کیفیت حرکت کابین آسانسور در وهله اول ناشی از ایرادات ریل راهنما است. ناصافی، خمیدگی ریل ،نصب غیرصحیح و سطح زیب و خشن باعث ارتعاش کابین و اجزای معلق می شوند. مکانیزم تحریک ریل را می توان با تحریک دوره ای اولیه نشان داد و در مدل دینامیکی استفاده کرد تا بتوان نوع واکنش ارتعاشات کابین آسانسور – سیم بکسل را از پیش تعیین کرد.
مجموعه معلق کابل- کابین سیستمی غیر ایستا می باشد.ویژگی های جرم و سختی سیستم به تدریج در حین حرکت تغییر می کنند. در این میان فرکانس های طبیعی با کاهش طول سیم بکسل افزایش می یابند.عبور از رزونانس در حین حرکت آسانسور رخ میدهد. فرکانس تحریک ریل به سرعت کابین بستگی دارد .بنابراین منطقه رزونانس قابلیت جابجا شدن دارد و کیفیت حرکت با تغییر دادن سرعت آسانسور بهبود بخشیده می شود.
بنابراین کیفیت سیستم راهنما برای کیفیت حرکت امری اساسی محسوب می شود. اگر سیستم راهنما به درستی نصب شده باشد و ریل ها دارای ویژگی های گسترده ای مثل ناصافی و عدم امتداد مستقیم و تخت نبودن باشد ، امکان ندارد که به کیفیت کافی و مناسبی از کارکرد آسانسور برسیم.
نتایجی که در این مقاله نشان داده شده بعضی از مزایای اساسی پاسخ دینامیکی یک سیستم کابین آسانسور – سیم بکسل که در معرض تحریکات ریل راهنما قرار دارد را اثبات می کند.در این پژوهش مکانیزم تحریک با تابع قطعی نشان داده شده که از این رو پاسخ سیستم یک پدیده قطعی است.
در هر صورت عموما طبیعت و ذات ایرادات و نقص های ریل راهنما بایستی به عنوان گروهی از احتمالات دسته بندی شود. اگر ناصافی های ریل راهنما اندازه گرفته شود می بینید که نتایج درمورد یک ریل با ریل دیگر فرق می کند. از چنین طبیعتی به تصادفی یا احتمالی یاد می کنیم . بنابراین ، پاسخ سیستم بکسل – کابین نیز پدیده ای تصادفی است و تحرک به وجود آمده از نقص های ریل راهنما به صورت فرآیندی احتمالی تشریح می شود. در نهایت از روش دینامیکی احتمالی می توان برای پیدا کردن تشریحی از رفتار دینامیکی یسستم کابین آسانسور  - کابل تعلیق بر حسب احتمالات و رخدادها استفاده کرد.


+ نوشته شده توسط روابط عمومی در چهارشنبه شانزدهم شهریور 1390 و ساعت 5 بعد از ظهر |