電梯轎廂動力減振器淺析

摘 要：對于電梯垂直振動的抑制，最有效的方法是從振源曳引機(jī)著手，使用高質(zhì)量的電動機(jī)，提高蝸輪蝸桿的嚙合精度，提高曳引輪、導(dǎo)向輪的制造、安裝精度等措施是抑制電梯垂直振動最為有效的方法。其次應(yīng)對于振動的傳播路徑進(jìn)行優(yōu)化，使用彈性和阻尼元件并選擇合理的動態(tài)參數(shù)進(jìn)行隔振，控制轎廂的振動響應(yīng)在合適的范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：電梯；轎廂垂直振動；動力減振器

減震器主要用來抑制彈簧吸震后反彈時的震蕩及來自路面的沖擊。在電梯啟動或停止的時候，雖然吸震彈簧可以過濾震動，但彈簧自身還會有往復(fù)運動，而減震器就是用來抑制這種彈簧跳躍的。減震器太軟，電梯就會上下跳躍，減震器太硬就會帶來太大的阻力，妨礙彈簧正常工作。在關(guān)于懸掛系統(tǒng)的改裝過程中，硬的減震器要與硬的彈簧相搭配，而彈簧的硬度又與電梯自重息息相關(guān)，因此較重的轎廂一般采用較硬的減震器。與引震曲軸相接的裝置，用來抗衡曲軸的扭轉(zhuǎn)震動（即曲軸受汽缸點火的沖擊力而扭動的現(xiàn)象）。

1.轎廂動力減振器機(jī)理分析

理論上可以使用多個具有不同固有頻率的減振器抑制多個激振頻率的振動，但是減振器個數(shù)的增多，也意味著轎廂在其他頻率上發(fā)生共振的概率增高，并且如果兩個減振器的固有頻率比較接近，還可能會出現(xiàn)“拍頻”現(xiàn)象。所以，在實際中，一臺電梯的減振器應(yīng)不多于兩個。對于多優(yōu)勢頻率成分的振源，可以加裝有阻尼動力減振器，雖然理論上有阻尼動力減振器不能使轎廂的振幅減為零，但是可以保證在整個頻段內(nèi)，振幅受到抑制。這無疑對于頻率成分較多的較大振動非常有效。當(dāng)然有阻尼動力減振器的成本要遠(yuǎn)高于無阻尼動力減振器，且結(jié)構(gòu)尺寸大的多。電梯的垂直振動系統(tǒng)是由部件曳引鋼絲繩，轎廂側(cè)繩頭彈簧、轎廂架及其附件、轎底減振橡膠、轎廂組成。我們關(guān)心的是轎廂的垂直振動，因為乘客乘坐在轎廂內(nèi)，如果在電梯的運行過程中，轎廂的垂直振幅過大，將大大影響電梯的乘坐舒適性。電梯垂直振動的振源是曳引機(jī)的輸出波動，一般采用蝸輪蝸桿傳動的曳引機(jī)，輸出特性與設(shè)計的齒型、加工精度、裝配工藝以及運輸?shù)跹b等因素有關(guān)。當(dāng)曳引輪轉(zhuǎn)動時的脈動不可避免時，當(dāng)然可以調(diào)整電梯系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)，也就是調(diào)整轎廂架及其附件和轎廂等的質(zhì)量、繩頭彈簧和轎底減振橡膠等的剛度等，這些調(diào)整本質(zhì)上是調(diào)整轎廂的各階固有頻率，使其避開激振頻率，以免發(fā)生共振而引起轎廂過大的振幅。這些調(diào)整確實會對轎廂的垂直振動起到抑制作用，但是由于電梯本身的限制，其動態(tài)參數(shù)不可能非常自由地被調(diào)整，所以減振作用可能會被削弱。這時，在電梯系統(tǒng)上加裝動力減振器可能是既經(jīng)濟(jì)，效果又好的選擇。

2.轎廂動力減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

使用動力減振器抑制垂直振動的關(guān)鍵是使減振器的固有頻率與激振頻率相等或接近。而在實際中，為了制造和安裝的方便，電梯可能并不使用由質(zhì)量、彈簧系統(tǒng)組成的減振器，減振器的固有頻率是不能簡單地得到的。所以如何通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計就能獲取所需要的固有頻率的減振器，并能夠方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其與激振頻率相等或接近，對于電梯振動的抑制（尤其是對于在裝電梯）非常重要。

2.1動力減振器的結(jié)構(gòu)

某種結(jié)構(gòu)的減振器安裝在轎廂側(cè)繩頭上方，主振臂固定在曳引鋼絲繩上，質(zhì)量塊固定在主振臂上。曳引機(jī)的垂直振動通過曳引鋼絲繩傳遞到轎廂側(cè)繩頭，此時，減振器和轎廂開始產(chǎn)生響應(yīng)振動，由主振臂和重塊組成的減振器能夠吸收來自曳引機(jī)的垂直振動，而當(dāng)減振器的固有頻率與曳引機(jī)的激振頻率相等或接近時，將吸收絕大部分的振動，而使得轎廂的振動被大幅抑制。

2.2動力減振器固有頻率的有限元分析

由于該減振器的結(jié)構(gòu)在振動理論中屬于連續(xù)系統(tǒng)，所以其固有頻率有無數(shù)個，理論上我們只關(guān)心其一階固有頻率，只要減振器的一階固有頻率與激振頻率相等或接近，就能大幅抑制電梯在這一頻率上的垂直振動。影響該減振器一階固有頻率的主要因素有：主振臂的材料和板厚，質(zhì)量塊的個數(shù)和位置等。主振臂材料的剛度越高，板厚越厚，質(zhì)量塊越少，其一階固有頻率就越高；反之就越低。通過網(wǎng)格劃分和計算，可得到該模型的各階固有頻率值。改變主振臂的厚度，質(zhì)量塊的個數(shù)、材料的特性和尺寸，經(jīng)反復(fù)比較和計算，可以得到不同固有頻率減振器的理論結(jié)構(gòu)尺寸。

2.3動力減振器的設(shè)計與實際應(yīng)用

在設(shè)計方面，動力減振器的作用是吸收來自振源的振動能量，在保證本身固有頻率不變和電梯系統(tǒng)允許的安裝空間的條件下，應(yīng)選用大質(zhì)量和高剛度的結(jié)構(gòu)。因為這種結(jié)構(gòu)能夠保證在吸收較大的振動能量時，減振器本身不會發(fā)生較大的振幅，從而保證減振器所需的安裝空間最小和減振器可靠地工作。實際應(yīng)用方面，由于成本原因，減振器的規(guī)格應(yīng)越少越好。而根據(jù)有限元計算和實物測試結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：由于主振臂板厚和質(zhì)量塊個數(shù)的變化對于減振器固有頻率的變化是不連續(xù)且影響顯著，所以可以用來對應(yīng)不同的頻段。而尺寸的變化對于減振器固有頻率的變化是連續(xù)且影響較小，所以可以設(shè)計為可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)，以獲取該頻段內(nèi)某一需要的固有頻率。比如：3. 2mm的主振臂板厚和3塊質(zhì)量塊的減振器可以對應(yīng)的較低頻段的固有頻率（如：20～40Hz），當(dāng)該減振器的尺寸在60～30mm變化時，可以獲該頻段的任意固有頻率。尺寸和固有頻率的關(guān)系不是線性的，更好一種方法是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制對于不同頻段的“尺寸—固有頻率”對應(yīng)關(guān)系圖表，在減振器的選用和安裝時會更加方便。

3.結(jié)束語

對于振動的傳播路徑進(jìn)行優(yōu)化，使用彈性和阻尼元件并選擇合理的動態(tài)參數(shù)進(jìn)行隔振，控制轎廂的振動響應(yīng)在合適的范圍內(nèi)。動力減振器是在上述方法均無法有效達(dá)到抑制振動的目的，或者在用電梯發(fā)生原因不明的較大振動時而采取的方法。動力減振器的使用要占用一定的轎頂空間，會給維護(hù)保養(yǎng)帶來不便，因此在電梯初始設(shè)計時應(yīng)盡量避免使用。

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