電梯轎廂運(yùn)行振動(dòng)分析研究

沈倫+陳明亮

摘 要：本文從電梯運(yùn)行振動(dòng)的理論分析出發(fā)，結(jié)合 1000臺(tái)電梯制造與安裝質(zhì)量抽查的樣本，運(yùn)用EVA-875型號(hào)的電梯品質(zhì)分析儀，得出電梯運(yùn)行振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)電梯安裝、調(diào)試及維保人員，通過(guò)試驗(yàn)和實(shí)踐，分析并解決電梯轎廂運(yùn)行振動(dòng)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：電梯；運(yùn)行振動(dòng)；分析研究

1前言

電梯運(yùn)行時(shí)，轎廂的超標(biāo)振動(dòng)會(huì)引起乘客的心理恐慌，嚴(yán)重影響電梯的舒適感，劇烈的振動(dòng)更會(huì)造成電梯故障，降低安全性能。電梯運(yùn)行振動(dòng)也是整機(jī)性能的重要指標(biāo)，GB/T 10058-2009《電梯技術(shù)條件》中對(duì)轎廂振動(dòng)做出相應(yīng)規(guī)定：（1）乘客電梯轎廂運(yùn)行在恒加速度區(qū)域內(nèi)的垂直（Z軸）振動(dòng)的最大峰峰值不應(yīng)大于0.30m/s2，A95峰峰值不應(yīng)大于0.20m/s2。（2）乘客電梯轎廂運(yùn)行期間水平（X軸和Y軸）振動(dòng)的最大峰峰值不應(yīng)大于0.20m/s2，A95峰峰值不應(yīng)大于0.15m/s2。

2電梯運(yùn)行振動(dòng)的理論分析

2.1電梯轎廂運(yùn)行振動(dòng)的本質(zhì)及原因

電梯轎廂運(yùn)行振動(dòng)是一種機(jī)械振動(dòng)，主要指的是轎廂在水平和垂直方向上的振動(dòng)，以轎廂作為一個(gè)研究對(duì)象，轎廂的激振源主要有電動(dòng)機(jī)和導(dǎo)軌，而振動(dòng)種類(lèi)主要是自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)。自由振動(dòng)主要是轎廂和鋼絲繩的慣性力與彈性力造成的，受迫振動(dòng)則是曳引機(jī)和導(dǎo)軌施加給轎廂的。

2.2電梯轎廂運(yùn)行振動(dòng)的數(shù)理分析

電梯運(yùn)行過(guò)程中，一般情況下轎廂的振動(dòng)可以看成一種簡(jiǎn)諧振動(dòng)，而導(dǎo)軌引起的振動(dòng)則是一種隨機(jī)振動(dòng)，易消除。由簡(jiǎn)諧振動(dòng)的數(shù)理公式： ，x為位移，A為振幅，f為頻率，t為時(shí)間，而對(duì)x做時(shí)間t的求導(dǎo)和再求導(dǎo)，可得速度v和加速度a，均與頻率有密切關(guān)系，所以頻率是影響電梯轎廂振動(dòng)的重要因素。

從系統(tǒng)角度考慮，電梯運(yùn)行中出現(xiàn)的振動(dòng)，應(yīng)為懸掛在曳引機(jī)上的轎廂——對(duì)重系統(tǒng)。曳引機(jī)由于轉(zhuǎn)子的不平衡或安裝誤差，存在一個(gè)激振頻率F0，將鋼絲繩和轎廂看為一個(gè)系統(tǒng)，會(huì)有一個(gè)系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率F1。由機(jī)械共振可知，當(dāng)激振力產(chǎn)生的頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振，出現(xiàn)較大的振動(dòng)。但是實(shí)際中，運(yùn)行的電梯是一個(gè)時(shí)變系統(tǒng)，其剛度是變化的，所以固有頻率也是時(shí)變的。

3電梯振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2016年，深圳市政府委托深圳市特檢院在全市范圍內(nèi)抽取1000臺(tái)電梯進(jìn)行制造與安裝質(zhì)量抽查，本人參與抽查了40余臺(tái)，運(yùn)用EVA-875電梯品質(zhì)分析儀對(duì)需要測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，振動(dòng)數(shù)據(jù)是按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO8041的要求進(jìn)行計(jì)權(quán)，以模擬人體對(duì)振動(dòng)的相應(yīng)。振動(dòng)信號(hào)使用ISO 8041定義的全身x，y，z軸計(jì)權(quán)系數(shù)和頻帶限制進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)。隨機(jī)抽取出其中的100份報(bào)告，提取其中的轎廂振動(dòng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如下：

由此可見(jiàn)，額定速度大于等于2.0m/s的高速梯更容易發(fā)生轎廂振動(dòng)超標(biāo)，轎廂的垂直方向（Z軸）更容易出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)。結(jié)合上文的理論分析可知，導(dǎo)軌系統(tǒng)引起的振動(dòng)是水平方向的，而曳引系統(tǒng)引起的振動(dòng)是垂直方向的，所以曳引系統(tǒng)和轎廂系統(tǒng)的問(wèn)題是造成電梯振動(dòng)超標(biāo)的主要因素。

3.2實(shí)例分析

選取某公司一臺(tái)額定速度為2.5m/s的電梯，空載下行，運(yùn)用EVA875電梯品質(zhì)分析儀按照國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行測(cè)試和數(shù)據(jù)處理，測(cè)試結(jié)果如下

由上圖可知，水平方向（X軸和Y軸）振動(dòng)平穩(wěn)，振幅小且較規(guī)律，近乎簡(jiǎn)諧振動(dòng)。垂直方向（Z軸）的振動(dòng)主要發(fā)生在啟動(dòng)、制動(dòng)和中間樓層位置區(qū)域，恒速段在0附近上下振動(dòng)，可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧振動(dòng)。Z軸最大峰峰值為0.32 m/s2，發(fā)生在電梯剛啟動(dòng)時(shí)，3s至4s的區(qū)間，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值0.30 m/s2。

復(fù)雜振動(dòng)可以分解為許多不同頻率和不同振幅的諧振，這些諧振的幅值按頻率排列成圖，頻譜圖可以診斷出故障的部位、類(lèi)型、程度等問(wèn)題。試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)ISO過(guò)濾后，對(duì)Z軸的振動(dòng)數(shù)據(jù)運(yùn)用快速傅立葉變換（FFT）分析得到電梯振動(dòng)的頻譜圖：

上圖取0s至8s時(shí)間范圍內(nèi)的變化曲線，并對(duì)其做頻譜分析，頻譜圖對(duì)縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)數(shù)計(jì)算，以辨別低振幅的成分，單位為db。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員將電梯的運(yùn)行速度調(diào)為2.3m/s，不小于額定速度的92%，符合國(guó)標(biāo)規(guī)定，這樣就使得曳引機(jī)激振頻率下降，測(cè)試后發(fā)現(xiàn)電梯的Z軸振動(dòng)達(dá)標(biāo)。

4消除電梯轎廂運(yùn)行振動(dòng)的措施

由于現(xiàn)在的電梯都是按照國(guó)標(biāo)制造，并取得了型式試驗(yàn)合格證，整機(jī)性能達(dá)標(biāo)，其設(shè)計(jì)因素導(dǎo)致的轎廂振動(dòng)超標(biāo)的可能較小。實(shí)際過(guò)程中的轎廂水平振動(dòng)多是導(dǎo)軌系統(tǒng)造成，如導(dǎo)軌固定不可靠，導(dǎo)軌的鉛垂度和頂面間距超標(biāo)，導(dǎo)靴位置偏移等，這就需要增加導(dǎo)軌支架，調(diào)校導(dǎo)軌，調(diào)整導(dǎo)靴位置等措施；轎廂垂直振動(dòng)則多由零部件的加工誤差和安裝誤差導(dǎo)致，需要降低電梯運(yùn)行速度，調(diào)整鋼絲繩的張力，加裝鋼絲繩減震器，收緊轎架固定螺栓，更換轎廂減震墊，更換曳引輪等。

5結(jié)語(yǔ)

總而言之，電梯轎廂運(yùn)行振動(dòng)作為一種機(jī)械振動(dòng)，是普遍存在的，但是振動(dòng)過(guò)大不僅影響乘坐舒適感，也會(huì)影響安全性。本文從機(jī)械振動(dòng)和電梯結(jié)構(gòu)的原理出發(fā)，運(yùn)用EVA-875系統(tǒng)分析，系統(tǒng)的闡述電梯轎廂運(yùn)行振動(dòng)的問(wèn)題，通過(guò)電梯實(shí)例分析，提出減振措施，理論結(jié)合實(shí)際的研究并解決問(wèn)題，對(duì)從事電梯行業(yè)的工作人員具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 10058-2009，電梯技術(shù)條件[S].

[2] 張長(zhǎng)友，朱昌明. 電梯系統(tǒng)動(dòng)態(tài)固有頻率計(jì)算方法及減振策略[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007，19（16）：3856-3859.

[3] 高巖，鄭夕健，費(fèi)燁. 基于EVA的電梯振動(dòng)檢測(cè)與分析[J].中國(guó)電梯，2009（09）：51-54.

[4]黨亞鵬. 淺析電梯振動(dòng)超標(biāo)原因[J].電梯工業(yè)，2007（03）：14-16.endprint