一種電梯抗震技術(shù)方法的探究

全永林 張光耀 張雷

摘 要：重大自然災(zāi)害中，地震列在第一位。在人類對(duì)地震這一自然災(zāi)害還不能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)和加以控制的情況下，與對(duì)建筑物抗震要求一樣，電梯的抗震性能和要求必然引起人們的關(guān)注。但我國(guó)現(xiàn)行電梯標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)中未見(jiàn)電梯抗震性能的具體要求。本項(xiàng)目針對(duì)電梯抗震性能檢驗(yàn)技術(shù)，以提高地震條件下電梯運(yùn)行安全性能為主旨，研究電梯關(guān)鍵部件在地震條件下的失效機(jī)理和影響因素，確定電梯抗震性能檢驗(yàn)內(nèi)容和檢驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：電梯；抗震性能；安全性能

1、電梯抗震性能因素及失效機(jī)理分析

在地震裂度較大情況下，建筑物層間變形，造成電梯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的水平和垂直加速度，在導(dǎo)軌、導(dǎo)軌支架、結(jié)構(gòu)梁、安裝用螺栓、地腳螺栓等位置產(chǎn)生較大的附加載荷，從而發(fā)生強(qiáng)度失效或剛度失效。失效的主要原因可能是在電梯設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮地震力的影響或?qū)嶋H的地震力超出設(shè)計(jì)時(shí)的耐震等級(jí)，或者部分結(jié)構(gòu)存在制造或者安裝缺陷。

在用電梯的抗震性能受本身限制無(wú)核實(shí)的裝置進(jìn)行直接測(cè)試，一是地震為非自發(fā)的不可控的自然現(xiàn)象，只能借用某種設(shè)備模擬地震等級(jí)；二是電梯系統(tǒng)在地震情況下，沒(méi)有合適的衡量措施及標(biāo)準(zhǔn)，基于這種現(xiàn)狀，需建立電梯模型與模擬設(shè)備一起參與抗震研究分析。

2、抗震評(píng)價(jià)模型的建立

本項(xiàng)目采用六層透明仿真電梯模型。根據(jù)最常見(jiàn)的升降式電梯結(jié)構(gòu)，采用透明有機(jī)材料制成，其結(jié)構(gòu)與實(shí)際電梯完全相同，且具備了常用實(shí)際電梯的所有功能。電梯大部分部件均是采用透明有機(jī)材料制成，使得電梯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一目了然；同時(shí)，電梯的運(yùn)行過(guò)程，以及每個(gè)動(dòng)作都十分明了。主要組成如圖1所示：

電梯的電氣控制系統(tǒng)采用可編程控制器 （PLC）實(shí)現(xiàn)邏輯智能控制，交流變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)，其硬件構(gòu)的組成及功能與實(shí)際電梯完全一樣。具有自動(dòng)平層、自動(dòng)開(kāi)門關(guān)門、順向響應(yīng)轎廂內(nèi)外呼梯信號(hào)、直駛、電梯安全運(yùn)行保護(hù)以及電梯急停、慢上、慢下、照明、風(fēng)扇等功能。且具有性能可靠、運(yùn)行平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)單、能耗低等特點(diǎn)。軟硬件均采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，可以利用此套裝置進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)研究。

3、地震模擬系統(tǒng)的建立

實(shí)際地震波是由天然地震產(chǎn)生的彈性振動(dòng)波地，成型過(guò)程非常復(fù)雜，本方法將采用人工模擬地震波，研究這種波對(duì)電梯整機(jī)部件的影響。本方法采用的液壓試驗(yàn)臺(tái)是專用于模擬地震波試驗(yàn)，由液壓驅(qū)動(dòng)的低頻大推力大位移模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。主要由液壓臺(tái)控儀，油源泵站，水平振動(dòng)臺(tái)及相關(guān)輔助元件組成?？刂祁l率范圍（0.1～160）Hz，推力150kN，可對(duì)加速度20m/s2、試件質(zhì)量在2000kg以下機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行正弦，隨機(jī)振動(dòng)，瞬態(tài)沖擊等試驗(yàn)。地震波即為瞬態(tài)沖擊波中的一種。系統(tǒng)原理如圖2所示。

本液壓模擬地震波試驗(yàn)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱地震臺(tái)）采用計(jì)算機(jī)數(shù)字迭代的補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)臺(tái)面地震波的再現(xiàn)。試驗(yàn)時(shí)，由振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面輸出的波形是期望再現(xiàn)的某個(gè)地震記錄或者設(shè)計(jì)的人工地震波，由于包括臺(tái)面、試件在內(nèi)的系統(tǒng)非線性的影響，在計(jì)算機(jī)給臺(tái)面的輸入信號(hào)激勵(lì)下所得的反應(yīng)與輸出的期望之間必然存在誤差。這時(shí)，可由計(jì)算機(jī)將臺(tái)面輸出信號(hào)與系統(tǒng)本身的傳遞函數(shù)（頻率響應(yīng)）求得下一次驅(qū)動(dòng)臺(tái)面所需的補(bǔ)償量和修正后的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)多次迭代直至臺(tái)面輸出反應(yīng)信號(hào)與原始信號(hào)之間的誤差小于預(yù)先給定的量值，完成迭代補(bǔ)償并得到滿意的地震波形。

測(cè)試系統(tǒng)除了對(duì)臺(tái)身運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制而測(cè)量其位移、加速度等外，還可對(duì)被測(cè)試模型進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，一般是測(cè)量位移、加速度和應(yīng)變等，根據(jù)需要來(lái)了解整個(gè)模型的反應(yīng)。位移測(cè)量多數(shù)采用差動(dòng)變壓器式和電位計(jì)式的位移計(jì)，可測(cè)量模型相對(duì)于臺(tái)面的位移或相對(duì)于基礎(chǔ)的位移；加速度測(cè)量多采用應(yīng)變式加速度計(jì)、壓電式加速度計(jì)。

4、組合分析

將評(píng)價(jià)模型剛性連接固定于地震臺(tái)水平臺(tái)面上，采用多通道組合控制的模式安裝（如圖3），具體方案如下：

通道1——液壓油缸位移傳感器；通道2——試驗(yàn)臺(tái)水平臺(tái)面中心；通道3——固定支架；其余通道——根據(jù)需要粘貼傳感器于相對(duì)應(yīng)的位置。采用2、3通道對(duì)模型進(jìn)行控制，其余通道作為監(jiān)測(cè)觀察所需位置的響應(yīng)函數(shù)。

試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)0.5～100Hz的掃頻試驗(yàn)以驗(yàn)證模型在此頻率范圍內(nèi)是否存在共振頻率，完成后進(jìn)行模擬地震波試驗(yàn)（如圖4）。

可根據(jù)不同的抗震試驗(yàn)等級(jí)確定所需的地震波形量級(jí)大小。

5、結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際的地震波是六自由度的復(fù)雜隨機(jī)沖擊響應(yīng)普合成的，本方法就單自由度的地震波進(jìn)行研究，對(duì)地震波進(jìn)行模擬，分析在不同等級(jí)的震動(dòng)登記下電梯整機(jī)部件的耐受程度，對(duì)不同要求的整機(jī)部件提出抗震性能的要求。

國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：：2015QK189）支持。

參考文獻(xiàn)

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[3]宋雪.關(guān)于地震的發(fā)生與結(jié)構(gòu)抗震的淺談[J].硅谷.2008（23）；

（作者單位：重慶市特種設(shè)備檢測(cè)研究院）