曳引驅(qū)動電梯振動及噪音原因及對策淺析

林躍國（廈門市特種設(shè)備檢驗檢測院，福建 廈門 361000）

曳引驅(qū)動電梯振動及噪音原因及對策淺析

林躍國
（廈門市特種設(shè)備檢驗檢測院，福建 廈門 361000）

摘 要：本文通過對影響曳引驅(qū)動電梯運(yùn)行振動和噪音的可能潛在原因進(jìn)行分析討論，并提出相應(yīng)的解決對策，為安裝、維保、檢驗等工作提供參考。

關(guān)鍵詞：電梯；振動；噪音；解決對策

隨著電梯技術(shù)的革新和城市規(guī)模集中化，現(xiàn)代電梯的運(yùn)行速度及提升高度都在快速提升。上海某高層建筑的電梯速度達(dá)到18m/s，總高度超過500m。高層高速的電梯隱藏著安全風(fēng)險隱患和振動、噪音等負(fù)面問題，振動和噪音恰是被人體直接感受到的運(yùn)行舒適性指標(biāo)。曳引驅(qū)動電梯由于提升高度大、速度高和簡單、可靠等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各種建筑，目前我國大部分電梯為曳引式驅(qū)動方式，本文僅討論此類電梯。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10058-2009《電梯技術(shù)條件》中第3.3.5 項要求：“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。乘客電梯轎廂運(yùn)行期間水平（X軸和Y軸）振動的最大峰峰值不應(yīng)大于0.20 m/s2，A95峰峰值不應(yīng)大于0.15m/s2”。

《電梯技術(shù)條件》中第3.3.6項要求見表1。

研究表明，人體垂直方向上在4Hz-8Hz存在一個可引起胸腔共振的最大共振區(qū)，對胸腔內(nèi)器官危害最大；在10Hz 附近另有一個可引起腹腔共振的小共振峰區(qū)，對腹部內(nèi)器官危害大。而人體對水平振動的敏感度比垂直振動高，1Hz-2Hz的水平振動影響尤為明顯。電梯由于機(jī)械聯(lián)接、電氣控制、乘客重心分布等因素相互作用，產(chǎn)生振動、加速度、噪音問題。人體對于加速度、振動和噪音的感受極其敏感，電梯的舒適性主要以加減速度、加速度變化率、振動頻率及噪音等為參考指標(biāo)。電梯起動/制停過程加速度（或變化率）大或振動加速度大、振動頻率在人體的共振區(qū)內(nèi)，人體會有頭暈、惡心、心慌甚至休克。因此，有必要通過分析電梯振動和噪音產(chǎn)生原因，采用科學(xué)手段，抑制電梯運(yùn)行振動和降低運(yùn)行噪音，提高電梯乘坐舒適感，也為安裝、維保、檢驗工作提供參考。

1 振動和噪音的來源分析及相應(yīng)解決對策

電梯是機(jī)械和電氣組合的機(jī)電產(chǎn)品。從設(shè)計、安裝到調(diào)試、日常保養(yǎng)過程入手，電梯的振動和噪音是可采取措施給予消除或降低的。

表1

1.1 導(dǎo)軌的安裝質(zhì)量

導(dǎo)軌的安裝質(zhì)量包括強(qiáng)度與剛度，工作表面粗糙度和垂直度、平行度以及軌距偏差、接頭臺階高度差等，其中導(dǎo)軌的強(qiáng)度、剛度、垂直度、平行度等與安裝狀況關(guān)系尤為密切。井道土建圈梁的質(zhì)量、垂直偏差、設(shè)置間距，或鋼構(gòu)井道的聯(lián)接固定質(zhì)量、精度都直接影響導(dǎo)軌的剛度（尤其高速重載、偏載等不利情形）。安裝過程的缺陷，如導(dǎo)軌對中誤差、垂直度誤差、導(dǎo)軌接頭臺階高度差、軌距偏差過大、導(dǎo)軌支架松動等，均會引起電梯轎廂垂直、水平振動，且運(yùn)行速度越快，影響越明顯。

嚴(yán)格施工，定好基準(zhǔn)樣線，避免導(dǎo)軌軌距、垂直度與平行度等背離設(shè)計要求值，安裝后，驗證確認(rèn)，如用校軌尺校正軌距、用激光校準(zhǔn)儀器校正導(dǎo)軌垂直度和平行度等。對土建部分，重點(diǎn)做好土建驗收確認(rèn)（支撐間距和施工質(zhì)量等），高強(qiáng)度螺栓要用扭矩扳手預(yù)緊和其他螺栓要有防松措施。

1.2 曳引機(jī)的安裝質(zhì)量

曳引機(jī)自身的缺陷或者安裝質(zhì)量等產(chǎn)生的振動和噪音，會通過曳引鋼絲繩或者扁平鋼帶傳遞給轎廂。電動機(jī)-減速箱-曳引機(jī)的機(jī)座或者永磁同步曳引機(jī)的機(jī)座安裝了性能優(yōu)良的減振墊/緩沖墊等從設(shè)計上降低了運(yùn)轉(zhuǎn)振動與噪音。

驅(qū)動主機(jī)機(jī)座與承重工字鋼的固定以及該工字鋼與土建承重墩的固定是否牢靠，工字鋼承重梁的水平度與剛度等等因素都有可能增加或者放大曳引機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動與噪音。當(dāng)機(jī)座與承重工字鋼組合體或者轎廂的某幾階固有頻率與驅(qū)動主機(jī)的轉(zhuǎn)動頻率接近時，會產(chǎn)生共振。安裝后的檢測評估，通過載荷試驗檢驗曳引性能和測量振動、加減速、噪音等數(shù)據(jù)，根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整參數(shù)，避開共振區(qū)。

1.3 曳引鋼絲繩或者扁平鋼帶組合的安裝質(zhì)量

曳引鋼絲繩組合或者曳引扁平鋼帶組合等稱為柔性懸掛連接裝置，在理想狀態(tài)下，每根鋼絲繩或者扁平鋼帶應(yīng)均勻受力，張緊力一致或者相差很小，繩頭組合的減振彈簧剛度一致，否則，由于懸掛裝置的受力不均，將會產(chǎn)生劇烈的晃振現(xiàn)象，導(dǎo)致轎廂振動和噪音加劇。

安裝調(diào)試時，調(diào)整懸掛繩張緊度一致；例行保養(yǎng)應(yīng)注意檢查調(diào)整懸掛繩的張緊度。

1.4 電梯起動/制停運(yùn)行過程的加減速沖擊負(fù)荷

電梯的工作特點(diǎn)是頻繁的起動和制停，在這些過程中，柔性懸掛裝置除了承受轎廂、對重、轎廂內(nèi)載荷等靜載荷外，還承受加減速產(chǎn)生的慣性載荷。由于柔性懸掛裝置的自身彈性作用，電梯系統(tǒng)中會出現(xiàn)按一定頻率變化的振動載荷，慣性載荷與振動載荷組合而成的動載荷，會使柔性懸掛裝置出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致轎廂出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。

電梯安裝后自動按程序選擇最佳運(yùn)行曲線運(yùn)行，由于安裝現(xiàn)場情況不同，電梯公司應(yīng)選派調(diào)試員到場根據(jù)實際的運(yùn)行狀況進(jìn)行細(xì)調(diào)，避免運(yùn)行過程的加減速沖擊負(fù)荷超過設(shè)計要求。

1.5 井道內(nèi)的氣流和建筑物自振對電梯系統(tǒng)的激勵作用

運(yùn)行速度越高的電梯井道中會產(chǎn)生不可忽視的“活塞效應(yīng)”，產(chǎn)生的振動噪音隨著運(yùn)行速度的提高而成正比增加。高層高速電梯一般采用共用井道，借助于共通井道，增大井道內(nèi)空氣的快速疏散通道，減輕轎廂高速運(yùn)行時井道內(nèi)空氣一端被急劇壓縮，另一端被迅速抽空而出現(xiàn)轎廂運(yùn)行受阻和瑞流激振，導(dǎo)致轎廂和柔性懸掛裝置劇烈振動。有的還在機(jī)房地面和底坑側(cè)面設(shè)置減壓孔，以利于進(jìn)一步消除井道高速氣流對電梯的激振激勵。

1.6 轎廂壁板、護(hù)腳板、防護(hù)板等薄板固定質(zhì)量

轎廂與層門以及護(hù)腳板和井道內(nèi)表面防護(hù)板的薄板結(jié)構(gòu)是振動與噪音產(chǎn)生的激發(fā)源。如果薄板固定不牢靠導(dǎo)致剛度不足，轎廂高速運(yùn)行時產(chǎn)生的高速氣流激振薄板會產(chǎn)生很大的運(yùn)行振動與噪音，進(jìn)而來回反射傳遞到轎廂內(nèi)。

1.7 補(bǔ)償繩/補(bǔ)償鏈的安裝質(zhì)量

大提升高度的電梯，當(dāng)轎廂處于最低和最高層站時，由于轎廂與對重側(cè)曳引繩的重量差大導(dǎo)致兩側(cè)重量不平衡，破壞曳引性能，增加運(yùn)行不平穩(wěn)，加劇振動和噪音。注意補(bǔ)償繩/鏈的安裝位置，確保與轎底隨行電纜及配重塊在安裝后保持平衡，做好防松防扭，避免運(yùn)行扭振。

1.8 測速回饋信號的因素

在電梯測速閉環(huán)回路中，測速信號不正確或者不穩(wěn)定，會造成控制輸出信號的不正常甚至是紊亂，系統(tǒng)振蕩，乃至于出現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的共振。

避免以下這些情形：旋轉(zhuǎn)編碼器不可靠、偏移、不對中等；旋轉(zhuǎn)編碼器變形、卡阻等；旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信號的屏蔽線未接而遭受干擾等，引起饋送信號失常。

1.9 供電系統(tǒng)的電壓問題

電壓過高或者過低（波動應(yīng)在±7%額定值內(nèi)）、三相電壓不平衡等會造成電動機(jī)產(chǎn)生諧波力矩產(chǎn)生脈動振動并通過柔性懸掛裝置傳遞給轎廂，加劇振動與噪音。

使用符合相應(yīng)電流額定值的電纜供電，電源從供電箱直接引接，主電源開關(guān)后不接其他用電設(shè)備。

2 工程實例應(yīng)用

某住宅電梯：額定載荷1000kg，額定速度1.75m/s，18層18站18門，為蝸輪蝸桿減速箱的曳引式客梯。

問題描述：電梯在上下運(yùn)行時，1-14層之間的電梯井道周圍的套房各房間沒有明顯可辨的主機(jī)運(yùn)行噪音，但到了15層往上的各個樓層，電梯運(yùn)行時，與電梯井道壁相鄰的房間里有明顯的“嗡嗡嗡”噪音，越往高的樓層，與井道壁相鄰的套房房間墻壁周圍的噪音測量值越大。經(jīng)現(xiàn)場測量，電梯運(yùn)行時機(jī)房內(nèi)和轎廂內(nèi)的噪音值分別為74dB （A）和52 dB（A）。測量轎廂內(nèi)X軸和Y軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.18m/s2和0.13 m/s2，而Z軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.25m/s2和0.16m/s2。

經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動主機(jī)機(jī)座下的兩根承重梁（工字鋼）橫向水平度誤差約2.5mm，縱向水平度誤差小于0.5/1000。曳引輪的垂直度誤差，空載時，曳引輪向外側(cè)偏斜0.5mm，滿載時，該偏斜量達(dá)3mm。主機(jī)機(jī)座的減振橡膠墊存在老化龜裂現(xiàn)象。

檢查發(fā)現(xiàn)，工字鋼承重梁下方的槽鋼在二次回填混凝土?xí)r并未完全填實，致使工字鋼下方的槽鋼內(nèi)存在一個空腔，當(dāng)驅(qū)動主機(jī)及其機(jī)座和承重工字鋼的振動頻率與土建承重墩的固有頻率接近時，由于槽鋼內(nèi)空腔具有類似共鳴箱作用，驅(qū)動主機(jī)的振動及噪音就得到加強(qiáng)，并通過井道的土建梁傳遞給靠近電梯機(jī)房的各個樓層的房間，所以電梯運(yùn)行時最上幾個樓層與井道相鄰的房間振動和噪音表現(xiàn)明顯。

處理措施：更換老化的減振橡膠墊，并再加裝一組高性能減振復(fù)合材料，通過加裝墊片降低主機(jī)機(jī)座的橫向水平誤差，將該誤差減至0.5mm以內(nèi)，消除鋼絲繩在曳引輪槽壁上周期性斜滑入輪槽產(chǎn)生的沖擊。重新填充主機(jī)工字鋼承重梁與混凝土承重墩上槽鋼內(nèi)的空腔，消除空腔產(chǎn)生類似共鳴箱作用而增強(qiáng)運(yùn)行噪音。改進(jìn)后檢測，電梯運(yùn)行時機(jī)房內(nèi)和轎廂內(nèi)的噪音值分別為70dB （A）和50dB（A）。測量轎廂內(nèi)X軸和Y軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.15m/s2和0.11 m/s2，而Z軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.18m/s2和0.12m/s2。運(yùn)行時，最高幾個樓層與井道相鄰的各個房間內(nèi)“嗡嗡嗡”聲明顯降低，人體不舒適感明顯減輕。由此可判定這些措施的減振降噪效果明顯（圖1）。

結(jié)語

本文通過對電梯振動和噪音產(chǎn)生的潛在源進(jìn)行分析討論，并提出相應(yīng)的部分可行處理意見，為電梯的安裝、維保、檢驗等過程中可能遇到的問題提供參考借鑒。安裝調(diào)試的整體質(zhì)量對電梯整個壽命周期的舒適感有著直接和持續(xù)的影響，更應(yīng)加以重視。對于電梯的振動源和噪音源進(jìn)行討論分析，采取合理措施加以控制，是可以有效改善乘坐舒適感的。

參考文獻(xiàn)

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[3] GB/T10058-2009，電梯技術(shù)條件[S].

中圖分類號：TU857

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A