典型電梯故障振動的分析和診斷

鄧小韶 鐘思寧

（廣東省特種設備檢測研究院惠州檢測院 惠州 516003）

在安全領域，有一個著名的海因里希法則，該法則可以概括為每一起嚴重事故背后必有29件輕微事故，還有300件潛在隱患。電梯的事故也如此，在事故發生之前的故障、隱患就會通過故障振動表現出來。通過對電梯故障振動的分析和診斷，能夠準確找出故障和隱患所在，并及時采取措施將它們消除，從而將電梯事故消除在萌芽狀態，提高電梯使用安全性和可靠性。

EVA-625在電梯的故障振動檢測和分析中有重要作用[1]。運用EVA-625對電梯的振動進行檢測，并結合電梯的振動產生機理，診斷出故障所在，這是行之有效的電梯故障振動診斷方法。筆者結合自身多年的檢驗經驗，對幾例典型的電梯故障振動，運用EVA-625對其進行分析、診斷，說明這一方法的有效性。

1 對電梯轎廂導軌引起故障振動的分析和診斷

電梯轎廂導軌引起的故障振動是屬于導向系統引起的故障振動，是最常見的一種。原因通常有導軌頂面距離偏差過大，導軌同面度不良，導軌直線度不良，導軌接頭間隙超標等。

如圖1所示，這是用EVA-625檢測得到的轎廂振動波形，橫坐標是時間，縱坐標是振幅，第一個波形是轎廂的位移曲線，下面三個波形分別是X軸、Y軸和Z軸振動波形。從圖中可以看出Y軸和Z軸的最大峰-峰值，A95峰-峰值均超過了GB/T 10058—2009《電梯技術條件》[2]中相關條款的要求。三個軸的振動波形具有一定的相似，而且具有明顯的周期特征，其中以Y軸的最為明顯。選中Y軸，對其進行快速傅立葉變換(FFT)分析，得出圖2。在整個行程中，最大振動頻率為3.125Hz，最大振幅為5.361mg，其最大振動頻率顯然與曳引機、導向輪、反繩輪的振動頻率不同，因此振動不可能來源于曳引機、反繩輪；Y軸出現明顯振動的時間周期明顯，約為2s，該電梯的運行速度為2.5m/s，考慮到電梯實際運行速度與額定運行速度的偏差，也就是每隔5m的距離，轎廂就發生一次明顯的振動。電梯轎廂導軌的長度恰好為每根5m，結合電梯的振動機理，可以判斷是兩根導軌的接頭處引起的故障振動。

圖1 轎廂導軌引起故障振動的波形

圖2 FFT分析頻譜圖

驗證：結合圖1中的位移曲線圖，找出明顯抖動的位置，對相應的電梯轎廂導軌進行檢查，發現對應的轎廂導軌接頭處未進行打磨處理。圖3中，導軌連接處的接頭臺階明顯，間隙超標，當轎廂運行經過導軌連接處時，就產生了明顯的故障振動。接下來對轎廂導軌接頭進行打磨修整，修整后如圖4所示。修整后轎廂的故障振動得到明顯改善，各振動數值也符合標準要求，驗證了上述分析和診斷是準確的。

圖3 導軌接頭修整前

圖4 導軌接頭修整后

2 對鋼絲繩引起故障振動的分析和診斷

鋼絲繩引起電梯轎廂故障振動是屬于曳引系統引起的故障振動，也是常見故障振動。曳引系統中的懸掛裝置主要由鋼絲繩和繩頭組合構成。其中鋼絲繩可以看作是一個彈性元件，轎廂是懸掛在鋼絲繩上的振動體。電梯轎廂受到鋼絲繩的曳引力和自身重力的作用，在電梯井道做上下反復運動，運動過程中鋼絲繩的抖動頻率有明顯的特征，其頻率會隨著電梯運行速度增大而增大，隨著轎廂與曳引機的距離減少而增大。鋼絲繩的抖動直接傳導到轎廂上，就形成了轎廂的振動。調節鋼絲繩張緊力，或者在繩端采取適當的固定措施，可以有效降低懸掛系統的振動影響。下面是對鋼絲繩引起電梯轎廂故障振動的分析和診斷。

圖5和圖6是用E V A-6 2 5測得的轎廂Z軸和X軸的振動波形。圖5是上行時Z軸和X軸的振動波形，由波形圖可以看出，上行時，在行程的前半段，X軸振動并不明顯；隨著轎廂距離主機越來越近，轎廂與曳引輪之間的鋼絲繩越來越短，在行程的后半段，X軸振動越來越明顯，在轎廂到達頂層開始減速時達到最大；圖6是下行時的波形圖，在頂層站往下運行，在加速段運行時，當轎廂速度達到最大時，X軸振動也達到最大，然后伴隨轎廂和曳引輪之間的距離增大而減小，也就是說勻速段運行時，轎廂距頂層站越近，振動越明顯。

圖5 上行時鋼絲繩引起故障振動的波形

圖6 下行時鋼絲繩引起故障振動的波形

為進一步分析X軸的振動頻譜特性，對快速下行時的X軸進行快速傅立葉變換分析，如圖7所示。頻譜圖的頻率非常密集并且逐漸增大的趨勢明顯，振動頻率最大為65.313Hz；同時Y軸和Z軸也存在同樣的高頻率振動，進行快速傅立葉變換分析后能得到相似的頻譜圖。該電梯的曳引比為1∶1，這樣的振動頻率，顯然超出了曳引輪、反繩輪的回轉頻率，根據前文的分析，該振動與鋼絲繩的抖動特征相符，可以判斷該振動是由鋼絲繩的抖動引起的。

圖7 FFT分析頻譜圖

驗證：首先檢查轎廂的鋼絲繩繩頭，繩頭部件齊全，緊固；然后在運行中觀察繩頭組合的擺動情況，發現繩頭的擺動情況與振動檢測和分析的波形吻合，越靠近頂層站，抖動程度越大。根據以上情況，提出加裝繩頭組合固定裝置改進措施。如圖8所示，是改進前的繩頭組合，它在電梯的運行過程中很容易產生抖動。對繩頭組合采取固定措施（加裝減振器）后，如圖9所示。改進后的繩頭組合抖動得到明顯的抑制，電梯轎廂的振動情況明顯改善，驗證了上述分析和診斷的準確性。

圖9 加裝減振器后的繩頭組合

3 對反繩輪故障振動的分析和診斷

反繩輪一般存在于曳引比大于2的電梯中。它通常位于轎頂，由于與轎廂是直接連接在一起的，它的故障，極易將振動傳導至轎廂，對轎廂的振動影響非常明顯。以下是對這一類型的故障振動的分析和診斷。反繩輪故障一般影響Z軸方向的振動，如圖10和圖11所示，是一有故障振動電梯的Z軸振動波形圖，它的水平方向的振動波形均正常。由振動波形圖可見，Z軸波形在勻速運行段出現了明顯且有規律的如鋸齒狀低頻振動，而且其上行和下行的勻速運行段均存在相似的波形。

圖10 上行振動波形

圖11 下行振動波形

由于在勻速運行段的振動特征明顯，因此對上行波形的勻速段進行快速傅立葉變換。從進入勻速運行的第10s開始，對其進行FFT分析。

如圖12所示，得出振動主頻為2.563Hz。該電梯反繩輪直徑0.5m，額定運行速度2.0m/s，可以計算出轎廂反繩輪的轉動頻率為2.546Hz，考慮到電梯實際運行速度與額定運行速度的偏差，可以判斷該故障振動是由轎廂反繩輪引起的。

圖12 FFT分析波形

驗證：對轎頂反繩輪進行檢查，發現反繩輪有破損，在電梯運行時軸承處有異響，目測軸承有損壞，判斷電梯的故障振動即由此引起，因此反繩輪及其軸承應報廢更換。更換反繩輪及其軸承后，運行時軸承處的異響消失，鋸齒狀低頻振動也得到消除。故障診斷得到驗證。

4 結束語

采用EVA-625對電梯的故障振動進行檢測，結合故障振動的機理對其進行分析和診斷，是行之有效的并易于在工程實踐中應用的方法。雖然本文所檢測和分析的故障振動，均為典型的單個故障在電梯故障振動中的表現，而實際情況往往更為復雜，常伴有多個故障同時發生；即便如此，充分應用EVA-625的分析功能，并輔以諸如小波包分析之類的信號分析方法，是能夠有效地對電梯的故障振動進行分析和診斷的，從而提高電梯使用的安全性和可靠性。