一种电梯离心甩块式限速器动力学建模方法与流程

本发明涉及电梯限速器建模，具体涉及一种电梯离心甩块式限速器动力学建模方法。

背景技术：

1、电梯限速器是电梯非常重要的安全保护装置，用于监测电梯的运行速度，当电梯超速时可以通过断电或者与安全钳联动的方式使电梯及时停止运行。离心甩块式限速器是目前最常用的一种限速器，在离心甩块式限速器的设计过程中，传统的设计方法往往依赖于经验公式和反复的物理样机试验，不仅设计周期长、成本高，而且难以实现对产品性能的精准优化，如现有的设计方法通过对离心式限速器开展受力分析并构建运动方程，以此探究限速器动作速度误差的诱因，但在建模过程中存在明显局限性：不仅忽略了杆件、螺母、螺杆等关键结构件的影响，且未考虑离心甩块自身重力及加速度的作用，同时仅设定离心甩块质心与连杆中心完全重合这一理想工况，上述多重简化假设与实际工况偏差较大，导致所建模型的准确性不足，对离心式限速器的工程设计与优化难以起到有效的参考作用。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种电梯离心甩块式限速器动力学建模方法，本发明通过建立动力学模型，可以对限速器的各个部件参数进行快速调整和仿真分析，研究不同参数对限速器性能的影响规律，此外，利用动力学模型进行虚拟样机试验，能够大幅减少物理样机的制作数量和试验次数，降低设计成本，缩短设计周期；同时，通过精准的动力学分析可优化限速器的结构设计。

2、本发明提供一种电梯离心甩块式限速器动力学建模方法，包括下述步骤：

3、基于等效替代法对离心甩块式限速器的各部件进行简化，根据离心甩块式限速器各部件的功能属性和力学特性，将各部件转化为各连杆构件及对应的集中质心，得到简化力学模型；

4、基于所述简化力学模型，对各连杆构件及对应的集中质心进行受力分析，根据达朗贝尔原理建立对应的受力平衡方程，得到受力分析模型；

5、提取各连杆构件的几何特征参数，构建几何特征参数之间的关联方程，得到各几何特征参数的量化对应关系；

6、根据所述受力平衡方程及几何特征参数之间的关联方程，得到弹簧变形量与限速器轮离心速度之间的函数关系方程；

7、基于弹簧变形量与限速器轮离心速度之间的函数关系方程输出弹簧变形量与限速器轮离心速度的对应关系。

8、作为优选的技术方案，对各连杆构件及对应的集中质心进行受力分析，各连杆构件包括：上重块、下重块、上连杆、下连杆、左连杆、弹簧连杆、锁紧螺母，构建对应的重力、离心力、惯性力及构件间的约束力，根据达朗贝尔原理建立对应的受力平衡方程。

9、作为优选的技术方案，左连杆的受力平衡方程为：

10、；

11、；

12、；

13、；

14、其中，为左连杆的离心力，为连杆摆动角度，为左连杆的惯性力，表示a1点上一个构件沿x方向的约束力，也是a1点另一构件沿x方向的约束力，在a1点上有两个构件，两个构件在x方向的力大小相等，方向相反，为a2点沿x方向的约束力，为左连杆的重力，为限速器的旋转角度，为a1点沿y方向的约束力，为a2点沿y方向的约束力，a1点为上连杆和左连杆的连接点，a2点是下连杆和左连杆的连接点。

15、作为优选的技术方案，上重块和上连杆的受力平衡方程为：

16、；

17、；

18、其中，为a1点沿x方向的约束力，为a1点沿y方向的约束力，为b点沿x方向的约束力，为b点沿y方向的约束力，为上连杆的惯性力，为上连杆的离心力，为上连杆的重力，为上重块的惯性力，为上重块的离心力，为上重块的重力。

19、作为优选的技术方案，下重块和下连杆的受力平衡方程为：

20、；

21、；

22、其中，为a2点沿y方向的约束力，为a2点沿x方向的约束力，为下连杆惯性力，为下连杆的离心力，为下连杆的重力，为下重块的重力，为下重块的离心力，为下重块惯性力，为b点相对m1点在y方向的初始位移，为b点相对m1点在y方向的变化位移，e点为从m1点到oo1直线所做垂线的垂足，h点为从o1点到om1直线所做垂线的垂足，点为从m1点到oox直线所做垂线的垂足，为从ox点到om1直线所做垂线的垂足，m1点是上连杆和限速器轮的连接点，m2点是下连杆和限速器轮的连接点，b点是弹簧连杆和上连杆的连接点，o点是限速器轮的中心，o1点是上甩块的重心，ox点是上连杆的重心。

23、作为优选的技术方案，弹簧连杆的受力平衡方程为：

24、；

25、；

26、；

27、；

28、其中，、为b点沿x反方向的约束力，、为b点沿y反方向的约束力，为弹簧连杆离心力，为弹簧连杆惯性力，弹簧连杆重力，锁紧螺母离心力，锁紧螺母惯性力，锁紧螺母重力，为弹簧连杆离心力和x轴的夹角，锁紧螺母离心力和x轴的夹角，为弹簧的弹性系数。

29、作为优选的技术方案，提取各连杆构件的几何特征参数，构建几何特征参数之间的关联方程，具体包括：

30、连杆摆动角度的计算方程为：

31、；

32、几何特征参数m1e的计算方程为：

33、 ；

34、 ；

35、；

36、其中，o点是限速器轮的中心，o1点是上甩块的重心，m1点是上连杆和限速器轮的连接点，为b点相对m1点在y方向的初始位移，为b点相对m1点在y方向的变化位移，b点是弹簧连杆和上连杆的连接点；

37、几何特征参数o1e的计算方程为：

38、；

39、几何特征参数o1h的计算方程为：

40、；

41、几何特征参数m1h的计算方程为：

42、；

43、其中，c点为从o1点到bm1直线所做垂线的垂足；

44、几何特征参数m1hx的计算方程为：

45、；

46、其中，cx点为从ox点到bm1直线所做垂线的垂足，ox点是上连杆的重心；

47、几何特征参数oxhx的计算方程为：

48、；

49、几何特征参数m1ex的计算方程为：

50、；

51、；

52、；

53、几何特征参数γ2的计算方程为：

54、；

55、其中，n点为从o点到bo3直线所做垂线的垂足，o4点是弹簧连杆上锁紧螺母的重心。

56、本发明还提供一种电梯离心甩块式限速器动力学建模系统，用于实现上述电梯离心甩块式限速器动力学建模方法，包括：简化模块、受力分析模块、几何特征参数量化模块、函数关系方程构建模块、输出模块；

57、所述简化模块用于基于等效替代法对离心甩块式限速器的各部件进行简化，根据离心甩块式限速器各部件的功能属性和力学特性，将各部件转化为各连杆构件及对应的集中质心，得到简化力学模型；

58、所述受力分析模块用于基于所述简化力学模型对各连杆构件及对应的集中质心进行受力分析，根据达朗贝尔原理建立对应的受力平衡方程，得到受力分析模型；

59、所述几何特征参数量化模块用于提取各连杆构件的几何特征参数，构建几何特征参数之间的关联方程，得到各几何特征参数的量化对应关系；

60、所述函数关系方程构建模块用于根据所述受力平衡方程及几何特征参数之间的关联方程，得到弹簧变形量与限速器轮离心速度之间的函数关系方程；

61、所述输出模块用于基于弹簧变形量与限速器轮离心速度之间的函数关系方程输出弹簧变形量与限速器轮离心速度的对应关系。

62、本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，所述程序被执行时实现上述电梯离心甩块式限速器动力学建模方法。

63、本发明还提供一种计算设备，包括处理器和用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现如上述电梯离心甩块式限速器动力学建模方法。

64、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

65、（1）本发明通过等效替代法对限速器整体结构进行简化，有效降低了力学模型的复杂度，同时保留核心力学特征，避免了全结构建模带来的计算冗余。

66、（2）本发明结合达朗贝尔原理将动力学问题转化为静力学平衡问题，简化了受力分析过程，提升了受力平衡方程建立的准确性与效率。

67、（3）本发明通过正余弦定理、海伦公式构建几何参数关联方程，实现了几何特征的精准量化，为后续方程推导提供可靠基础。

68、（4）本发明采用模块化编程与数学运算软件结合的计算方式，不仅提高了函数关系方程求解的效率与精度，还便于后续对模型的修改与优化。

69、（5）本发明可精准输出弹簧变形量与限速器轮离心速度的对应关系，为离心甩块式限速器的结构设计、性能优化及动作速度误差控制提供精准的理论依据，有效提升限速器设计的可靠性与工程实用性。