鋼絲繩對電梯垂直振動的影響分析

毛永雄

摘 要：眾所周知，大家平時乘坐的電梯用的鋼絲繩指的是曳引用鋼絲繩，曳引繩承受著電梯的全部重量，并曳引輪，導(dǎo)向輪或反繩輪單向或交變彎曲。鋼絲繩在繩槽中也承受著較高的比壓，因此要求電梯用鋼絲繩須具有較高的強度，撓性及耐磨性。該文著重講述的是基于電梯工程的實際案例，對鋼絲繩垂直振動影響因素及控制措施進行相關(guān)概述，旨在切實提升電梯運行安全性，保證電梯工程和施工工作順利開展，以供參考。

關(guān)鍵詞：鋼絲繩；電梯垂直振動；曳引系統(tǒng)

中圖分類號：TU857 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著社會經(jīng)濟及科技水平的快速增長，電梯工程被廣泛應(yīng)用于各建筑項目中，并為方便大眾出行，促進建筑行業(yè)高層化發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。就目前來看，針對電梯運行振動性能，國家及有關(guān)部門已頒布了完善的規(guī)程條件，但由于受電梯施工質(zhì)量及運行環(huán)境影響，導(dǎo)致電梯空載上行垂直振動超標(biāo)問題依然存在，需相關(guān)工作人員查明電梯垂直振動超標(biāo)問題癥結(jié)所在，制定出更加完善的質(zhì)量監(jiān)管機制。

1 電梯垂直振動原理

在電梯運行期間，其結(jié)構(gòu)會形成完善的彈性系統(tǒng)，并產(chǎn)生一定固有頻率。同時，曳引系統(tǒng)作為振源，在電梯設(shè)備啟動過程中也會生成激振頻率。當(dāng)兩頻率相等或接近，電梯就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象。此種振動會由曳引輪傳輸至轎廂內(nèi)部，導(dǎo)致電梯使用者感受到電梯垂直振動。

2 電梯垂直振動影響因素

2.1 機械因素

（1）曳引機。因電梯曳引機間距大或曳引機加工及安裝精度有待提升等問題，會直接導(dǎo)致電梯垂直振動現(xiàn)象產(chǎn)生。具體而言，曳引機不規(guī)范運行會導(dǎo)致其電機旋轉(zhuǎn)失衡及電梯振動問題發(fā)生，當(dāng)電梯系統(tǒng)固有頻率對曳引機轉(zhuǎn)動頻率相符時，就會引起電梯垂直振動。

（2）導(dǎo)軌。導(dǎo)軌在實際安裝期間平直度掌握不規(guī)范、軌距偏差過大、接口不平滑等問題也會導(dǎo)致電梯垂直振動問題出現(xiàn)。

（3）轎廂曳引系統(tǒng)。由于電梯運行需依靠鋼絲繩連接整個牽引系統(tǒng)，因此鋼絲繩張力不均或安裝質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題會直接引起電梯垂直振動現(xiàn)象。

2.2 電氣因素

（1） 測速干擾。在電梯實際運行期間，內(nèi)部測速環(huán)境均以光碼盤為速度反饋信號，而此測速反饋信號經(jīng)常會因電機連接不規(guī)范，受外力損壞或布線不合理等問題干擾因素導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生振動。

（2）諧波力矩。由于諧波力矩會導(dǎo)致電梯內(nèi)電動機產(chǎn)生低速脈動，大大提升了電梯垂直振動發(fā)生概率，并最終引起三相電壓不平衡問題，嚴(yán)重影響到電梯運行安全性。

3 鋼絲繩對電梯垂直振動頻率的影響

電梯內(nèi)曳引系統(tǒng)由鋼絲繩、曳引機、轎廂及繩頭彈簧共同組成，因此在研討鋼絲繩對電梯垂直振動造成的影響時，就需將實際曳引系統(tǒng)簡化為由數(shù)根鋼絲繩吊掛的彈性形式。

3.1 曳引系統(tǒng)固有振動頻率影響原理

從固體物理學(xué)角度來看，彈簧體具有固定的彈性周期及彈性頻率。而對于電梯內(nèi)鋼絲繩而言，其彈性模量與剛度系數(shù)具有直接關(guān)系，需依據(jù)彈簧體頻率公式計算。在電梯轎廂中，需使用數(shù)根具有相同性能的鋼絲繩共同承擔(dān)其內(nèi)部拉力，同時隨轎廂空載及滿載期間重量的變化，鋼絲繩所受拉力也會發(fā)生明顯的變動。不僅如此，在電梯運行過程中，鋼絲繩所引起振動頻率具有多階特征，其多階變化趨勢與電梯垂直固有頻率大致相同。

3.2 曳引系統(tǒng)對固有振動頻率的影響因素

（1）鋼絲繩規(guī)格。鋼絲繩的實際結(jié)構(gòu)及直徑對電梯固有頻率具有直接影響。當(dāng)鋼絲繩直徑增加時，其金屬截面也會隨之增長，與曳引系統(tǒng)固有振動頻率成正比。

（2）鋼絲繩長度。隨著鋼絲繩長度的增加，曳引系統(tǒng)內(nèi)部固定頻率會相應(yīng)降低；當(dāng)鋼絲繩長度縮減時，曳引系統(tǒng)固定頻率也會隨之升高。因此在電梯實際運行過程中，當(dāng)電梯越靠近頂端時，電梯內(nèi)人員會感到其電梯垂直振動明顯增加。

（3） 鋼絲繩彈性。電梯鋼絲繩彈性模量受其材料成分及結(jié)構(gòu)影響嚴(yán)重，不同電梯公司在電梯設(shè)計及使用期間，均規(guī)定鋼絲繩彈性模量范圍，并對采用實際檢測等方式的，對其彈性模量進行控制。電梯鋼絲繩彈性模量與曳引系統(tǒng)固定頻率成正比，當(dāng)其內(nèi)部彈性模量增加時，電梯固定振動頻率也會隨之增長。

（4）鋼絲繩數(shù)量。電梯內(nèi)部鋼絲繩數(shù)量與曳引系統(tǒng)固定頻率密切相關(guān)，當(dāng)鋼絲繩數(shù)量增多時，電梯曳引系統(tǒng)固定頻率會隨之增加，反之當(dāng)鋼絲繩數(shù)量減少時，電梯曳引系統(tǒng)固定頻率會相應(yīng)減小。

（5）鋼絲繩張力。與其他因素相比，鋼絲繩張力對電梯固定振動頻率影響程度最大。在鋼絲繩受力不均的情況下，會造成曳引輪各槽比壓發(fā)生明顯變化，部分鋼絲繩會在曳引輪槽中打滑，也有部分鋼絲繩與曳引輪槽之間的摩擦力明顯增大，導(dǎo)致電梯轎廂發(fā)生明顯振動。

（6） 鋼絲繩曳引方式。電梯內(nèi)鋼絲繩的曳引方式也會直接影響到曳引系統(tǒng)固定頻率。其中，2︰1曳引方式下的固定振動頻率會明顯高于1︰1曳引方式。因此在電梯實際運行期間，2︰1曳引方式更會使電梯內(nèi)人員感覺到明顯振動。

（7）鋼絲繩運行速率。鋼絲繩捻距需嚴(yán)格遵守電梯工程設(shè)計要求，其外部結(jié)構(gòu)并非純圓柱體。當(dāng)鋼絲繩引入曳引系統(tǒng)中時，會產(chǎn)生一定的周期振動。當(dāng)電梯運行速度越快時，其曳引輪中周期振動頻率會顯著提升；當(dāng)鋼絲繩中捻距增加時，其固定振動頻率會相應(yīng)減小。

（8）鋼絲繩頭彈簧。在電梯曳引系統(tǒng)中，鋼絲繩與繩頭彈簧結(jié)構(gòu)共同形成一個完整的彈性體，且繩頭彈簧對電梯固有頻率影響更加明顯。其中，當(dāng)鋼絲繩繩頭彈簧剛度增加時，其固定頻率會隨之增大。

4 鋼絲繩對電梯垂直振動影響的試驗研究

為了更好地查明鋼絲繩對電梯垂直振動的影響，該文以某電梯工程為例，進行試驗研究。首先，以不同生產(chǎn)廠家鋼絲繩為試驗對象，對國產(chǎn)鋼絲繩運行情況進行相關(guān)測試，并在記錄測試結(jié)果及各項參數(shù)數(shù)據(jù)后，更換相同規(guī)格的國外品牌鋼絲繩進行重復(fù)測試，將測試結(jié)果進行反復(fù)對比。經(jīng)試驗研究發(fā)現(xiàn)，國外鋼絲橫依然在電梯空載期間存在振動情況，且電梯垂直振動明顯高于國內(nèi)鋼絲繩，因此鋼絲繩生產(chǎn)廠家與電梯垂直振動無明顯關(guān)系。其次，以不同載荷下的鋼絲繩為試驗對象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在轎廂重量增加的情況下，電梯垂直振動與空載期間電梯垂直的振動效果相比更不明顯。最后，以不同曳引速度下的鋼絲繩為試驗對象，分別采取不同速度運行鋼絲繩。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)電梯曳引速度增長的情況下，電梯垂直振動將明顯增加。

5 改善鋼絲繩對電梯垂直振動影響的具體措施

為了更好地改善鋼絲繩對電梯垂直振動造成的影響，相關(guān)工作人員就應(yīng)依據(jù)電梯垂直振動原理，避免電梯固定頻率與其他頻率接近或相同。由于在電梯實際運行過程中，曳引機輸出頻率難以更改，因此需結(jié)合鋼絲繩其他影響因素，對曳引系統(tǒng)進行進一步改革及完善。第一，結(jié)合電梯運行需求，選擇更加適宜的繩頭彈簧，并在適當(dāng)情況下降低繩頭剛度；第二，確保電梯轎廂重量符合設(shè)計要求，并在電梯質(zhì)量檢驗期間對其質(zhì)量進行全面測量；第三，注重電梯曳引輪構(gòu)件定期運維工作，及時更換老化或同心度不規(guī)范的曳引輪；第四，在電梯工程設(shè)計期間，應(yīng)盡量增加頂端高度，避免轎廂與曳引裝置距離過近；第五，在電梯鋼絲繩實際安裝過程中，應(yīng)防止鋼絲繩扭曲等問題發(fā)生，定期調(diào)整鋼絲繩內(nèi)部張力，并使其保持均勻一致。

6 結(jié)論

總而言之，導(dǎo)致電梯垂直振動超標(biāo)問題的原因多樣，鋼絲繩并不是根本原因之一，因此在電梯工程施工及質(zhì)量監(jiān)管過程中，相關(guān)工作人員需依據(jù)電梯垂直振動原理及危害程度，制定出更加全面的振動超標(biāo)預(yù)控管理體系，從根本上減少電梯垂直大幅振動發(fā)生概率，保障電梯安全穩(wěn)定運行。

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