曳引驅動電梯振動及噪音原因及對策淺析

林躍國（廈門市特種設備檢驗檢測院，福建 廈門 361000）

曳引驅動電梯振動及噪音原因及對策淺析

林躍國
（廈門市特種設備檢驗檢測院，福建 廈門 361000）

摘 要：本文通過對影響曳引驅動電梯運行振動和噪音的可能潛在原因進行分析討論，并提出相應的解決對策，為安裝、維保、檢驗等工作提供參考。

關鍵詞：電梯；振動；噪音；解決對策

隨著電梯技術的革新和城市規模集中化，現代電梯的運行速度及提升高度都在快速提升。上海某高層建筑的電梯速度達到18m/s，總高度超過500m。高層高速的電梯隱藏著安全風險隱患和振動、噪音等負面問題，振動和噪音恰是被人體直接感受到的運行舒適性指標。曳引驅動電梯由于提升高度大、速度高和簡單、可靠等優點而被廣泛應用于各種建筑，目前我國大部分電梯為曳引式驅動方式，本文僅討論此類電梯。

國家標準GB/T10058-2009《電梯技術條件》中第3.3.5 項要求：“乘客電梯轎廂運行在恒加速度區域內的垂直（Z軸）振動的最大峰峰值不應大于0.30m/s2，A95峰峰值不應大于0.20m/s2。乘客電梯轎廂運行期間水平（X軸和Y軸）振動的最大峰峰值不應大于0.20 m/s2，A95峰峰值不應大于0.15m/s2”。

《電梯技術條件》中第3.3.6項要求見表1。

研究表明，人體垂直方向上在4Hz-8Hz存在一個可引起胸腔共振的最大共振區，對胸腔內器官危害最大；在10Hz 附近另有一個可引起腹腔共振的小共振峰區，對腹部內器官危害大。而人體對水平振動的敏感度比垂直振動高，1Hz-2Hz的水平振動影響尤為明顯。電梯由于機械聯接、電氣控制、乘客重心分布等因素相互作用，產生振動、加速度、噪音問題。人體對于加速度、振動和噪音的感受極其敏感，電梯的舒適性主要以加減速度、加速度變化率、振動頻率及噪音等為參考指標。電梯起動/制停過程加速度（或變化率）大或振動加速度大、振動頻率在人體的共振區內，人體會有頭暈、惡心、心慌甚至休克。因此，有必要通過分析電梯振動和噪音產生原因，采用科學手段，抑制電梯運行振動和降低運行噪音，提高電梯乘坐舒適感，也為安裝、維保、檢驗工作提供參考。

1 振動和噪音的來源分析及相應解決對策

電梯是機械和電氣組合的機電產品。從設計、安裝到調試、日常保養過程入手，電梯的振動和噪音是可采取措施給予消除或降低的。

表1

1.1 導軌的安裝質量

導軌的安裝質量包括強度與剛度，工作表面粗糙度和垂直度、平行度以及軌距偏差、接頭臺階高度差等，其中導軌的強度、剛度、垂直度、平行度等與安裝狀況關系尤為密切。井道土建圈梁的質量、垂直偏差、設置間距，或鋼構井道的聯接固定質量、精度都直接影響導軌的剛度（尤其高速重載、偏載等不利情形）。安裝過程的缺陷，如導軌對中誤差、垂直度誤差、導軌接頭臺階高度差、軌距偏差過大、導軌支架松動等，均會引起電梯轎廂垂直、水平振動，且運行速度越快，影響越明顯。

嚴格施工，定好基準樣線，避免導軌軌距、垂直度與平行度等背離設計要求值，安裝后，驗證確認，如用校軌尺校正軌距、用激光校準儀器校正導軌垂直度和平行度等。對土建部分，重點做好土建驗收確認（支撐間距和施工質量等），高強度螺栓要用扭矩扳手預緊和其他螺栓要有防松措施。

1.2 曳引機的安裝質量

曳引機自身的缺陷或者安裝質量等產生的振動和噪音，會通過曳引鋼絲繩或者扁平鋼帶傳遞給轎廂。電動機-減速箱-曳引機的機座或者永磁同步曳引機的機座安裝了性能優良的減振墊/緩沖墊等從設計上降低了運轉振動與噪音。

驅動主機機座與承重工字鋼的固定以及該工字鋼與土建承重墩的固定是否牢靠，工字鋼承重梁的水平度與剛度等等因素都有可能增加或者放大曳引機運轉時的振動與噪音。當機座與承重工字鋼組合體或者轎廂的某幾階固有頻率與驅動主機的轉動頻率接近時，會產生共振。安裝后的檢測評估，通過載荷試驗檢驗曳引性能和測量振動、加減速、噪音等數據，根據檢測結果調整參數，避開共振區。

1.3 曳引鋼絲繩或者扁平鋼帶組合的安裝質量

曳引鋼絲繩組合或者曳引扁平鋼帶組合等稱為柔性懸掛連接裝置，在理想狀態下，每根鋼絲繩或者扁平鋼帶應均勻受力，張緊力一致或者相差很小，繩頭組合的減振彈簧剛度一致，否則，由于懸掛裝置的受力不均，將會產生劇烈的晃振現象，導致轎廂振動和噪音加劇。

安裝調試時，調整懸掛繩張緊度一致；例行保養應注意檢查調整懸掛繩的張緊度。

1.4 電梯起動/制停運行過程的加減速沖擊負荷

電梯的工作特點是頻繁的起動和制停，在這些過程中，柔性懸掛裝置除了承受轎廂、對重、轎廂內載荷等靜載荷外，還承受加減速產生的慣性載荷。由于柔性懸掛裝置的自身彈性作用，電梯系統中會出現按一定頻率變化的振動載荷，慣性載荷與振動載荷組合而成的動載荷，會使柔性懸掛裝置出現抖動現象，進而導致轎廂出現抖動現象。

電梯安裝后自動按程序選擇最佳運行曲線運行，由于安裝現場情況不同，電梯公司應選派調試員到場根據實際的運行狀況進行細調，避免運行過程的加減速沖擊負荷超過設計要求。

1.5 井道內的氣流和建筑物自振對電梯系統的激勵作用

運行速度越高的電梯井道中會產生不可忽視的“活塞效應”，產生的振動噪音隨著運行速度的提高而成正比增加。高層高速電梯一般采用共用井道，借助于共通井道，增大井道內空氣的快速疏散通道，減輕轎廂高速運行時井道內空氣一端被急劇壓縮，另一端被迅速抽空而出現轎廂運行受阻和瑞流激振，導致轎廂和柔性懸掛裝置劇烈振動。有的還在機房地面和底坑側面設置減壓孔，以利于進一步消除井道高速氣流對電梯的激振激勵。

1.6 轎廂壁板、護腳板、防護板等薄板固定質量

轎廂與層門以及護腳板和井道內表面防護板的薄板結構是振動與噪音產生的激發源。如果薄板固定不牢靠導致剛度不足，轎廂高速運行時產生的高速氣流激振薄板會產生很大的運行振動與噪音，進而來回反射傳遞到轎廂內。

1.7 補償繩/補償鏈的安裝質量

大提升高度的電梯，當轎廂處于最低和最高層站時，由于轎廂與對重側曳引繩的重量差大導致兩側重量不平衡，破壞曳引性能，增加運行不平穩，加劇振動和噪音。注意補償繩/鏈的安裝位置，確保與轎底隨行電纜及配重塊在安裝后保持平衡，做好防松防扭，避免運行扭振。

1.8 測速回饋信號的因素

在電梯測速閉環回路中，測速信號不正確或者不穩定，會造成控制輸出信號的不正常甚至是紊亂，系統振蕩，乃至于出現機械系統的共振。

避免以下這些情形：旋轉編碼器不可靠、偏移、不對中等；旋轉編碼器變形、卡阻等；旋轉編碼器輸出信號的屏蔽線未接而遭受干擾等，引起饋送信號失常。

1.9 供電系統的電壓問題

電壓過高或者過低（波動應在±7%額定值內）、三相電壓不平衡等會造成電動機產生諧波力矩產生脈動振動并通過柔性懸掛裝置傳遞給轎廂，加劇振動與噪音。

使用符合相應電流額定值的電纜供電，電源從供電箱直接引接，主電源開關后不接其他用電設備。

2 工程實例應用

某住宅電梯：額定載荷1000kg，額定速度1.75m/s，18層18站18門，為蝸輪蝸桿減速箱的曳引式客梯。

問題描述：電梯在上下運行時，1-14層之間的電梯井道周圍的套房各房間沒有明顯可辨的主機運行噪音，但到了15層往上的各個樓層，電梯運行時，與電梯井道壁相鄰的房間里有明顯的“嗡嗡嗡”噪音，越往高的樓層，與井道壁相鄰的套房房間墻壁周圍的噪音測量值越大。經現場測量，電梯運行時機房內和轎廂內的噪音值分別為74dB （A）和52 dB（A）。測量轎廂內X軸和Y軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.18m/s2和0.13 m/s2，而Z軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.25m/s2和0.16m/s2。

經檢查，發現驅動主機機座下的兩根承重梁（工字鋼）橫向水平度誤差約2.5mm，縱向水平度誤差小于0.5/1000。曳引輪的垂直度誤差，空載時，曳引輪向外側偏斜0.5mm，滿載時，該偏斜量達3mm。主機機座的減振橡膠墊存在老化龜裂現象。

檢查發現，工字鋼承重梁下方的槽鋼在二次回填混凝土時并未完全填實，致使工字鋼下方的槽鋼內存在一個空腔，當驅動主機及其機座和承重工字鋼的振動頻率與土建承重墩的固有頻率接近時，由于槽鋼內空腔具有類似共鳴箱作用，驅動主機的振動及噪音就得到加強，并通過井道的土建梁傳遞給靠近電梯機房的各個樓層的房間，所以電梯運行時最上幾個樓層與井道相鄰的房間振動和噪音表現明顯。

處理措施：更換老化的減振橡膠墊，并再加裝一組高性能減振復合材料，通過加裝墊片降低主機機座的橫向水平誤差，將該誤差減至0.5mm以內，消除鋼絲繩在曳引輪槽壁上周期性斜滑入輪槽產生的沖擊。重新填充主機工字鋼承重梁與混凝土承重墩上槽鋼內的空腔，消除空腔產生類似共鳴箱作用而增強運行噪音。改進后檢測，電梯運行時機房內和轎廂內的噪音值分別為70dB （A）和50dB（A）。測量轎廂內X軸和Y軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.15m/s2和0.11 m/s2，而Z軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.18m/s2和0.12m/s2。運行時，最高幾個樓層與井道相鄰的各個房間內“嗡嗡嗡”聲明顯降低，人體不舒適感明顯減輕。由此可判定這些措施的減振降噪效果明顯（圖1）。

結語

本文通過對電梯振動和噪音產生的潛在源進行分析討論，并提出相應的部分可行處理意見，為電梯的安裝、維保、檢驗等過程中可能遇到的問題提供參考借鑒。安裝調試的整體質量對電梯整個壽命周期的舒適感有著直接和持續的影響，更應加以重視。對于電梯的振動源和噪音源進行討論分析，采取合理措施加以控制，是可以有效改善乘坐舒適感的。

參考文獻

[1]劉?；?曳引電梯機械振動系統的固有特性與動力學響應[D].山東：山東大學，2010.

[2]張鵬.高速電梯懸掛系統動態性能的理論與實驗研究[D].上海：上海交通大學，2007.

[3] GB/T10058-2009，電梯技術條件[S].

中圖分類號：TU857

文獻標識碼：A