基于復合曳引鋼帶的電梯運行性能＊

陳 述 汪 宏 柯春暉 徐金海 周旭明

1杭州市特種設備檢測研究院 杭州 310008 2杭州市余杭區食品藥品監測中心 杭州 311112

0 引言

城鎮化建設大力推進，城市人口高速增長，人口密度增加，高層建筑作為現代生活的居住場所是城市標志所在。電梯是高層建筑必備的運輸設備，極高的使用需求促使電梯產業發展迅速。新技術、新材料、新工藝在電梯生產使用中逐步推廣應用，以復合鋼帶作為曳引媒介的新型電梯應運而生。與傳統鋼絲繩電梯相比，曳引鋼帶對繩股做了重新排布，在保證鋼絲繩強度的前提下，曳引力大幅提升。同時聚氨酯包覆層取代了繩芯，注塑在鋼絲繩股周圍起到了較好的防銹和防磨損作用。另外復合鋼帶還因質量輕、折彎半徑小、曳引噪聲小、不需要定期潤滑、環保等優點倍受各大電梯廠商青睞[1]。

1 復合鋼帶電梯運行性能影響因素

復合鋼帶電梯在曳引系統方面做出了技術上的更新，在曳引噪聲方面控制尤為顯著，在運行性能方面，因復合鋼帶和曳引輪之間的摩擦系數較鋼絲繩大，轎廂運行也更加平穩。然而復合鋼帶電梯起步較晚，生產廠商對產品質量可靠性把控還不夠；同時因為市場占有率較低，導致維保、檢驗檢測等多方面的質量都無法得到有力保障，進而影響電梯運行性能，導致安全性下降。當鋼帶的聚氨酯層出現磨損或內部鋼絲繩出現斷絲斷股，日常的維護保養很難及時發現和處理。同時結構損傷造成的噪聲和振動更是無法避免，采用舉例論證研究探討與之對應的轎廂加速度、振動和噪聲是電梯運行過程中基本參數；人機交互等因素影響較為主觀，主要通過比對國家標準和現有產品參數分析討論。

2 加速度對運行性能的影響

電梯在上升和下降過程中，轎廂從啟動到最高速度再從最高速度減速直至制動到靜止，每個環節都存在加速度和減速度，加速度大小不當，轎廂內的乘客會感受到明顯的失重和超重[2,3]。同時，加速度變化還是電梯運行過程中平穩程度的重要影響因素。

以市場上占有率較高且較為完善的某品牌復合鋼帶電梯為例。某小區內一復合鋼帶曳引電梯，層站數為18層18站18門，額定速度為1.75 m/s。復合鋼帶電梯的運行速度和加速度為

電梯從1層的啟動過程和到18層的制停過程是變加速直線運動，中間行程是勻速直線運動。作為例證的復合鋼帶電梯，v0＝1.75 m/s，t1＝8 s，t2＝28 s，t3＝36 s。根據算法公式編程后得到鋼帶電梯的速度和加速度時間變化曲線，如圖1、圖2所示。

圖1 速度-時間曲線

由圖1、圖2可知，鋼帶電梯啟動時的加速度和制停時的減速度都小于0.45 m/s2。GB/T 10058—2009《電梯技術條件》中規定，電梯啟、制動的加、減速度最大值不大于1.5 m/s2。因此該鋼帶電梯的加、減速度符合標準。加速度過大會使乘客產生超重的感覺，而減速度超出標準值則會產生失重的感覺，為保障運行期間的舒適性，應當控制電梯的加、減速度。故提出以下措施：1）結合鋼帶電梯的使用場景和使用要求，選擇合適的曳引主機；2）選擇具有自學習功能、較強過載運行能力和較強轉矩輸出的變頻器，保證曳引主機在鋼帶電梯啟動、制停的過程中，保持較為線性的力矩輸出，使加速度的變化率較小；3）選用有效的管控系統，例如曳引機的力矩監測系統，保證運行參數的穩定性。

圖2 加速度-時間曲線

3 振動對運行性能的影響

復合鋼帶電梯轎廂在運行時產生振動的原因一般由機械結構原因引起，振動源可分成曳引機、復合鋼帶和導向裝置三部分。其中曳引機是振動產生的主要來源，長時間不間斷運轉，并在每次運行時都經歷啟動、制停過程，也是主機振動更加頻繁的原因[4]。針對曳引機引起的振動，GB/T 24478—2009《電梯曳引機》中有明確規定：復合鋼帶電梯的曳引都為無齒輪曳引機：以額定功率空載運行時，其測量位置的振動速度有效值的最大值不應大于0.5 mm/s。其測量位置如圖3所示，測量主機在正傳、反轉時的振動數據，取平均值。

圖3 振動測量位置

1）曳引機抱閘系統引起的振動 復合鋼帶電梯一般采用蝶式抱閘剎車盤，優點是不會對主軸產生徑向沖擊，但是制動閘瓦與制動盤之間的間隙若調整不到位，可能會出現帶閘運行的情況，存在嚴重的安全隱患，這將導致電梯在啟停時出現較大的振動，從而降低復合鋼帶電梯的舒適度。因此，復合鋼帶電梯曳引機抱閘系統的重要性不言而喻，應時常關注曳引機啟停時的振動是否正常，發現問題及時調整更換。

2）曳引主機安裝不牢固引起的振動 曳引主機緊固件的安裝是否牢固，是維保、檢驗時容易被忽視的方面。如主機機架與工字鋼的固定不牢固，在主機運行時會產生額外的晃動，使主機產生振動，長時間的振動會使緊固件產生松動，影響主機的運行安全。

復合鋼帶電梯的導向裝置是影響轎廂振動的另一個重要因素，導軌的扭曲、變形、工作面缺陷及兩導軌平行度調整不當等因素都會引起電梯在運行時出現抖動現象。對于合格的導軌其材料首先要具有足夠的強度，以保證安全鉗在動作時有堅固的支撐；其次在導軌材料處理時，要確保消除其內應力以防止導軌在長期使用后發生扭曲現象；而兩導軌若是在焊接處焊縫過大，會使電梯在運行過程中出現晃動，或在某些特定部位處出現跳動現象；導軌的表面粗糙度也是影響電梯運行質量的又一因素，GB/T 22562—2008《電梯T型導軌》中對導軌表面粗糙度有著嚴格的要求標準。另外，在運行一段時間后，轎廂導靴出現磨損或松動，會導致轎廂與導軌之間的非線性接觸，容易產生晃動，這就要求維護保養單位在日常保養時，注重對轎廂導靴的關注，發現問題及時更換。

復合鋼帶是另一個對轎廂垂直振動有直接影響的因素。作為鋼帶電梯重要的懸掛裝置，鋼帶不僅在靜態時承載轎廂和內部載荷的全部質量，且轎廂的動態運行時依靠鋼帶與曳引輪之間的摩擦力拖動。如果復合鋼帶出現表面聚氨酯層磨損，內部鋼絲繩出現疲勞斷絲、斷股的失效情況時，會影響復合鋼帶對曳引輪槽的比壓，使電梯運行時發生周期性的振動。

4 噪聲及人機交互產生的影響

電梯運行過程中，乘客處于轎廂內，且轎廂處于相對封閉狀態，若產生較大噪聲，易使乘客產生不安、煩躁，交互影響下對電梯運行產生影響。鋼帶電梯在運行過程中產生噪聲的原因，按照結構空間劃分，分為轎廂、井道和機房噪聲。按照結構部件分類，產生噪聲的主要部件有層門、轎門、補償鏈、轎廂風扇、復合鋼帶等。其中機房噪聲與轎廂互相分隔，與乘客之間的交互影響相對較小。

現行國標對轎廂噪聲分貝和其測量方法都有規定。電梯轎廂內的噪聲大小直接決定了乘客的舒適感，對電梯的運行性能起著重要作用。現行國標對轎廂內噪聲的規定如表1所示。

表1 電梯噪聲標準

轎廂內噪聲的來源有3個方面：1）廳門和轎門開、關門時產生的噪聲。在開、關門過程中，廳門和轎門的連鎖機構會發出動作聲，關門時，有安全觸板的光幕會發出觸板的撞擊聲[5]。如果開關門速度過快，還會發出門扇的晃動聲，甚至使門扇的滑塊與地坎槽的滑動也發出較大的摩擦聲。2）電梯的導向系統在運行時會產生噪聲。轎廂的導靴與導軌的相對摩擦會發出噪聲[6]。一旦導靴的預緊力不夠或導軌彎曲變形，產生的噪聲值將更大[7]。3）懸掛裝置復合鋼帶在運行時產生的噪聲。復合鋼帶在正常運行時與轎廂反繩輪相對滑動產生的摩擦聲較小，但當聚氨酯表皮有磨損或者破裂，就會產生較大的噪聲值。而且，超過30 m的復合鋼帶電梯，對重和轎廂之間有補償裝置。補償鏈與底坑地面和對重隔離護板摩擦均會產生噪聲。4）轎廂在運行過程中與井道氣流摩擦產生氣動噪聲。鋼帶電梯轎廂內噪聲產生原因如圖4所示[8,9]。

圖4 鋼帶電梯轎廂內噪聲產生原因

5 結論

電梯行業產品升級，性能提升是科技發展帶來的紅利，在保證運行性能的前提下，不斷提高設備參數，實現高效節能、安全環保也是市場需求下的必然。本文通過對轎廂加速度、振動、噪聲及人機交互等影響因素的分析討論，探討了電梯運行性能影響多源因素，提出了設計制造過程中零配件組裝對運行性能的重要性，同時加強日常維護保養過程中相關機械部件缺陷關注，及檢驗檢測過程中應復驗的環節，為電梯生產制造、維護保養、檢驗檢測等工作開展提供了參考，為保障電梯運行安全及產業技術發展提供借鑒。