電梯轎廂運行振動分析研究

沈倫+陳明亮

摘 要：本文從電梯運行振動的理論分析出發(fā)，結合 1000臺電梯制造與安裝質量抽查的樣本，運用EVA-875型號的電梯品質分析儀，得出電梯運行振動的實驗數(shù)據(jù)，調研現(xiàn)場電梯安裝、調試及維保人員，通過試驗和實踐，分析并解決電梯轎廂運行振動的問題。

關鍵詞：電梯；運行振動；分析研究

1前言

電梯運行時，轎廂的超標振動會引起乘客的心理恐慌，嚴重影響電梯的舒適感，劇烈的振動更會造成電梯故障，降低安全性能。電梯運行振動也是整機性能的重要指標，GB/T 10058-2009《電梯技術條件》中對轎廂振動做出相應規(guī)定：（1）乘客電梯轎廂運行在恒加速度區(qū)域內的垂直（Z軸）振動的最大峰峰值不應大于0.30m/s2，A95峰峰值不應大于0.20m/s2。（2）乘客電梯轎廂運行期間水平（X軸和Y軸）振動的最大峰峰值不應大于0.20m/s2，A95峰峰值不應大于0.15m/s2。

2電梯運行振動的理論分析

2.1電梯轎廂運行振動的本質及原因

電梯轎廂運行振動是一種機械振動，主要指的是轎廂在水平和垂直方向上的振動，以轎廂作為一個研究對象，轎廂的激振源主要有電動機和導軌，而振動種類主要是自由振動和受迫振動。自由振動主要是轎廂和鋼絲繩的慣性力與彈性力造成的，受迫振動則是曳引機和導軌施加給轎廂的。

2.2電梯轎廂運行振動的數(shù)理分析

電梯運行過程中，一般情況下轎廂的振動可以看成一種簡諧振動，而導軌引起的振動則是一種隨機振動，易消除。由簡諧振動的數(shù)理公式： ，x為位移，A為振幅，f為頻率，t為時間，而對x做時間t的求導和再求導，可得速度v和加速度a，均與頻率有密切關系，所以頻率是影響電梯轎廂振動的重要因素。

從系統(tǒng)角度考慮，電梯運行中出現(xiàn)的振動，應為懸掛在曳引機上的轎廂——對重系統(tǒng)。曳引機由于轉子的不平衡或安裝誤差，存在一個激振頻率F0，將鋼絲繩和轎廂看為一個系統(tǒng)，會有一個系統(tǒng)的固有振動頻率F1。由機械共振可知，當激振力產生的頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時，就會產生共振，出現(xiàn)較大的振動。但是實際中，運行的電梯是一個時變系統(tǒng)，其剛度是變化的，所以固有頻率也是時變的。

3電梯振動的實驗分析

3.1 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2016年，深圳市政府委托深圳市特檢院在全市范圍內抽取1000臺電梯進行制造與安裝質量抽查，本人參與抽查了40余臺，運用EVA-875電梯品質分析儀對需要測量的數(shù)據(jù)進行采集，振動數(shù)據(jù)是按照國際標準ISO8041的要求進行計權，以模擬人體對振動的相應。振動信號使用ISO 8041定義的全身x，y，z軸計權系數(shù)和頻帶限制進行頻率計權。隨機抽取出其中的100份報告，提取其中的轎廂振動數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計分析，結果如下：

由此可見，額定速度大于等于2.0m/s的高速梯更容易發(fā)生轎廂振動超標，轎廂的垂直方向（Z軸）更容易出現(xiàn)振動超標。結合上文的理論分析可知，導軌系統(tǒng)引起的振動是水平方向的，而曳引系統(tǒng)引起的振動是垂直方向的，所以曳引系統(tǒng)和轎廂系統(tǒng)的問題是造成電梯振動超標的主要因素。

3.2實例分析

選取某公司一臺額定速度為2.5m/s的電梯，空載下行，運用EVA875電梯品質分析儀按照國標要求進行測試和數(shù)據(jù)處理，測試結果如下

由上圖可知，水平方向（X軸和Y軸）振動平穩(wěn)，振幅小且較規(guī)律，近乎簡諧振動。垂直方向（Z軸）的振動主要發(fā)生在啟動、制動和中間樓層位置區(qū)域，恒速段在0附近上下振動，可簡化為簡諧振動。Z軸最大峰峰值為0.32 m/s2，發(fā)生在電梯剛啟動時，3s至4s的區(qū)間，超過標準值0.30 m/s2。

復雜振動可以分解為許多不同頻率和不同振幅的諧振，這些諧振的幅值按頻率排列成圖，頻譜圖可以診斷出故障的部位、類型、程度等問題。試驗數(shù)據(jù)經過ISO過濾后，對Z軸的振動數(shù)據(jù)運用快速傅立葉變換（FFT）分析得到電梯振動的頻譜圖：

上圖取0s至8s時間范圍內的變化曲線，并對其做頻譜分析，頻譜圖對縱坐標數(shù)據(jù)進行了對數(shù)計算，以辨別低振幅的成分，單位為db。根據(jù)測試結果，現(xiàn)場調試人員將電梯的運行速度調為2.3m/s，不小于額定速度的92%，符合國標規(guī)定，這樣就使得曳引機激振頻率下降，測試后發(fā)現(xiàn)電梯的Z軸振動達標。

4消除電梯轎廂運行振動的措施

由于現(xiàn)在的電梯都是按照國標制造，并取得了型式試驗合格證，整機性能達標，其設計因素導致的轎廂振動超標的可能較小。實際過程中的轎廂水平振動多是導軌系統(tǒng)造成，如導軌固定不可靠，導軌的鉛垂度和頂面間距超標，導靴位置偏移等，這就需要增加導軌支架，調校導軌，調整導靴位置等措施；轎廂垂直振動則多由零部件的加工誤差和安裝誤差導致，需要降低電梯運行速度，調整鋼絲繩的張力，加裝鋼絲繩減震器，收緊轎架固定螺栓，更換轎廂減震墊，更換曳引輪等。

5結語

總而言之，電梯轎廂運行振動作為一種機械振動，是普遍存在的，但是振動過大不僅影響乘坐舒適感，也會影響安全性。本文從機械振動和電梯結構的原理出發(fā)，運用EVA-875系統(tǒng)分析，系統(tǒng)的闡述電梯轎廂運行振動的問題，通過電梯實例分析，提出減振措施，理論結合實際的研究并解決問題，對從事電梯行業(yè)的工作人員具有一定的借鑒意義。

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