曳引式電梯主機(jī)噪聲成因分析與改進(jìn)措施

曹 杰，劉 磊，李德鋒

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督研究院，江蘇常州 213000）

0 引言

電梯已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡慕巧＿\(yùn)行良好的電梯給生活帶來方便舒適，而狀態(tài)不好的電梯除了存在安全隱患外，也會讓人乘坐過程膽戰(zhàn)心驚。電梯運(yùn)行過程會產(chǎn)生各種噪聲，其產(chǎn)生機(jī)理是復(fù)雜的。本文作者著重分析曳引式電梯主機(jī)噪聲的產(chǎn)生原因，并針對其提出改進(jìn)措施。

1 曳引式電梯主機(jī)噪聲的影響及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

電梯主機(jī)是曳引式電梯運(yùn)行的動力源，一般由電動機(jī)、制動器、聯(lián)軸器、減速箱、曳引輪、機(jī)架和導(dǎo)向輪及附屬盤車手輪等組成。有機(jī)房電梯主機(jī)安裝在機(jī)房中，電梯一旦運(yùn)行，主機(jī)噪聲就可能從機(jī)房傳播出去。由于建筑設(shè)計(jì)及材料隔音問題，加上電梯安裝過程與建筑的連接，電梯主機(jī)噪聲會傳入用戶家中，靠近機(jī)房的住戶極有可能受到噪聲的影響。電梯的噪聲主要以低頻振動為主?？茖W(xué)研究表明電梯產(chǎn)生的頻率低于200Hz的低頻噪聲會嚴(yán)重?fù)p害人們的內(nèi)臟，其中對人體影響較為明顯的是3～50Hz的頻率范圍。

目前與電梯噪聲相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有三類[1-5]：一是電梯本身的制造與安裝標(biāo)準(zhǔn)，主要包括《電梯技術(shù)條件》、《電梯制造與安裝安全規(guī)范》等；二是建筑方面的標(biāo)準(zhǔn)，主要包括《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》、《民用建筑設(shè)計(jì)隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》；三是環(huán)保方面的標(biāo)準(zhǔn)，主要包括《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》等。這三類標(biāo)準(zhǔn)對于電梯運(yùn)行噪聲的限值略有不同：制造與安裝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在額定速度不大于2.5 m/s的情況下，機(jī)房平均噪聲不得高于80 dB，運(yùn)行中轎廂的聲音不得高于55 dB；建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定住宅內(nèi)臥室允許噪聲不得高于50 dB，起居室不得高于45 dB；環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定白天不得高于40 dB，晚上不得高于30 dB。

電梯噪聲的影響與整改已經(jīng)成為現(xiàn)代生活的話題，相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)對受噪聲困擾的用戶提供檢測與防治措施的服務(wù)[6]。

2 常見曳引式電梯主機(jī)噪聲成因分析

曳引式電梯是日常生活中最常見的梯型，其主機(jī)可分為有齒輪和無齒輪兩種。有齒輪主機(jī)主要是蝸輪蝸桿主機(jī)，電動機(jī)的動力通過減速箱傳遞到曳引輪上，速度一般不快，多用于貨梯；而無齒輪主機(jī)的動力則不通過減速箱直接傳遞到曳引輪上，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，多用于客梯。如圖1所示為常見的有齒輪蝸輪蝸桿主機(jī)和無齒輪永磁同步主機(jī)。隨著科技進(jìn)步，電梯拖動方式已發(fā)生翻天覆地的改變，以往的技術(shù)例如PLC控制、交流雙速電梯等如今已所剩不多，只有少量的老電梯仍在使用。如今曳引式電梯主機(jī)常用的拖動方式是變頻調(diào)壓調(diào)速（簡稱VVVF），已經(jīng)能滿足大部分日常使用場所，如辦公樓、廠房等。變頻電梯應(yīng)用變頻控制原理，由旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖計(jì)算、負(fù)載檢測等實(shí)現(xiàn)無級變速控制。這類電梯是目前市場上的主流產(chǎn)品，使用率較高。近些年常見的永磁電機(jī)則是新材料使用方面的突破，通過無齒輪永磁恒定力矩特性可以實(shí)現(xiàn)直接使電梯運(yùn)行或停止。

圖1 蝸輪蝸桿主機(jī)與永磁同步主機(jī)Fig.1 Worm Gearand PermanentMagnetSynchronous Host

以這兩類主機(jī)為研究對象，綜合分析其產(chǎn)生噪聲的原因。除去控制柜接觸的吸合噪聲，有齒輪主機(jī)的運(yùn)行噪聲主要來自：電機(jī)轉(zhuǎn)動和電流噪聲、減速箱運(yùn)轉(zhuǎn)齒輪撞擊與嚙合噪聲、電梯停車抱閘吸合噪聲，而永磁電機(jī)的噪聲比傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿主機(jī)低很多。

2.1 安裝調(diào)試不當(dāng)引起的噪聲

電梯主機(jī)噪聲很大部分來自安裝調(diào)試不到位。以制動器為例[7]，電梯剎車都需要磁力器的頻繁啟動，因此磁力器的穩(wěn)定性很大程度上制約著制動系統(tǒng)的工作狀態(tài)。出廠調(diào)試好的磁力器，到了現(xiàn)場運(yùn)行后會莫名出現(xiàn)卡阻、噪聲大、動作不同步等現(xiàn)象，其中主要由于現(xiàn)場調(diào)試過程沒有到位。

常見的鼓式磁力器通常由兩組電磁鐵芯組成，通電后，鐵芯在套筒內(nèi)移動，克服彈簧的壓縮力，抱閘打開，電梯運(yùn)行。長時間的動作，如果鐵芯與套筒調(diào)試不好，定位不準(zhǔn)，就會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，從而發(fā)出噪聲。蝸輪蝸桿主機(jī)的制動系統(tǒng)通常還包括制動臂、制動彈簧、閘瓦、轉(zhuǎn)動軸等部件，部件之間都采用活連接，故存在一定的連接間隙。制動和松閘過程都會對制動系統(tǒng)施加正反方向的作用力，時間一長則會使間隙變大，從而產(chǎn)生噪聲。

2.2 磨損、故障引起的噪聲

有齒輪主機(jī)由于通過蝸輪蝸桿傳遞動力，齒輪件之間存在一定間隙，如果電梯長期運(yùn)行在負(fù)載較大的狀態(tài)下，齒輪磨損會使間隙加大，從而引起運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的加劇。

主機(jī)噪聲往往是發(fā)生故障的前兆，在所有電機(jī)故障中，軸承故障占40%以上[8]。軸承故障包括外圈、內(nèi)圈、滾珠缺陷、保持架缺陷，這些都是機(jī)器振動的主要原因。電梯運(yùn)行不可避免造成軸承的磨損，軸承常受到疲勞、環(huán)境機(jī)械振動、過載、軸心錯位、污染、腐蝕以及不恰當(dāng)?shù)臐櫥扔绊?，這些因素開始只是導(dǎo)致邊緣缺陷，然后這些缺陷會在軸承內(nèi)圈、外圈和滾珠組件中傳遞并擴(kuò)散增大。一段時間過后，缺陷變得顯著，便會產(chǎn)生機(jī)械振動從而引起噪聲。

2.3 電磁噪聲[9]

電磁振動導(dǎo)致電磁噪聲，電機(jī)氣隙磁場與電機(jī)鐵芯產(chǎn)生的電磁力相互作用，由此產(chǎn)生電磁振動，而定轉(zhuǎn)子繞組磁動勢和氣隙磁導(dǎo)又共同影響電機(jī)氣隙磁場。氣隙磁場產(chǎn)生的電磁力是一個旋轉(zhuǎn)力波，在徑向和切向兩個方向存在分量。徑向分量使定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向變形和周期性振動，是電磁噪聲的主要來源；切向分量是與電磁轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的作用力矩，它使齒對其根部彎曲，并產(chǎn)生局部振動變形，是電磁噪聲的次要來源。還有另外一些原因也會造成電磁噪聲的增加，如鐵芯飽和的影響、電網(wǎng)中的諧波分量、異步電動機(jī)斷條、裝配氣隙不均勻等。

電磁噪聲的大小與電機(jī)氣隙內(nèi)的諧波磁場及由此產(chǎn)生的力波的幅值、頻率和磁極數(shù)有關(guān)，也同定子的固有頻率、阻尼系數(shù)等密切相關(guān)。

2.4 保養(yǎng)不當(dāng)引起的噪聲

電梯是機(jī)電類產(chǎn)品，使用過程中須經(jīng)常巡查保養(yǎng)，現(xiàn)實(shí)中常存在一些保養(yǎng)不當(dāng)，也從另一方面導(dǎo)致了主機(jī)噪聲的產(chǎn)生。例如，編碼器更換后安裝不到位，主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程會產(chǎn)生抖動；制動器保養(yǎng)不到位，甚至存在帶閘運(yùn)行的情況，一方面加快了閘瓦的磨損速度，另一方面也導(dǎo)致制動過程產(chǎn)生異響；鋼絲繩保養(yǎng)不到位或者疏于檢查，一些受張力不均而擠壓的鋼絲繩，與曳引輪之間的摩擦不均勻，一段時間過后鋼絲繩與曳引輪也將產(chǎn)生噪聲；另外，主機(jī)機(jī)座減振橡膠墊長期在交變載荷沖擊下失效，也將起不到應(yīng)有的緩沖效果，從而將主機(jī)振動和噪聲傳播到臨近的住戶家中。

3 降低主機(jī)噪聲的措施

3.1 優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)與材料

在有齒輪主機(jī)設(shè)計(jì)制造階段，優(yōu)化齒輪參數(shù)[7]，如變位系數(shù)、齒高系數(shù)、壓力角、中心距，使嚙入沖擊速度降至最小，嚙出沖擊速度與嚙入沖擊速度的比值處于某一數(shù)值范圍，減小或避免嚙合節(jié)圓沖擊，以此降低蝸輪蝸桿主機(jī)減速箱的運(yùn)行噪聲。減速箱所用的潤滑油或密封劑，為保障潤滑效果，須選用適用類型的，也可以使用特殊類型，在部件上形成惰性材料薄膜，以減少磨損，延長齒輪使用壽命，降低運(yùn)行噪聲。

無齒輪主機(jī)本身的運(yùn)行噪聲就比有齒輪主機(jī)小，但是兩者的電磁噪聲卻無法消除，改進(jìn)的措施是調(diào)整定轉(zhuǎn)子槽配合、選擇合適的繞組等。未來新材料的使用，也可能從本質(zhì)上解決電磁噪聲這一問題。

3.2 采用隔音降噪材料阻隔噪聲

對于主機(jī)噪聲，理論方面可采取的方法有：消除振源法和隔振減振法[10]。消除振源法的目的是去除振動（或噪聲）的根源，或是破壞產(chǎn)生系統(tǒng)共振的條件。但卻存在相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度，并且施工過程需要改動的東西較多，造價往往不菲?，F(xiàn)實(shí)中多個振源共同產(chǎn)生噪聲，也就導(dǎo)致這種方法實(shí)施起來不切實(shí)際。因此現(xiàn)實(shí)改進(jìn)措施中常常采用隔振減振法，即根據(jù)具體情況，有針對地在相應(yīng)部位采取相應(yīng)的措施，例如采用特殊隔振裝置最大限度降低電梯主機(jī)噪聲的傳播[11]，在實(shí)際中產(chǎn)生了較強(qiáng)的應(yīng)用價值。

3.3 提高維護(hù)保養(yǎng)質(zhì)量

電梯主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與維保質(zhì)量息息相關(guān)。因而提高維保質(zhì)量，也能及時發(fā)現(xiàn)主機(jī)存在的問題與隱患，從而降低主機(jī)噪聲。維保過程應(yīng)認(rèn)真查看主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，使用方管理人員也應(yīng)及時跟進(jìn)了解，與維保人員共同配合，切實(shí)解決主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲問題。對于一些易損件，更換后須保證其良好的互換性，以避免更換后使用狀態(tài)不理想而導(dǎo)致部件整體更換的浪費(fèi)。

當(dāng)前我國電梯維保市場普遍存在人機(jī)比失調(diào)情況，不少維保公司人員嚴(yán)重緊缺，以修代保，保養(yǎng)質(zhì)量讓人堪憂。要想改變這種情況，還需要從體制上做出改變，提高維保人員準(zhǔn)入門檻和待遇福利，讓高質(zhì)量的維保得到高回報，而不是采用降低維保費(fèi)用的惡意競爭來攪亂整個電梯維保行業(yè)。監(jiān)管機(jī)構(gòu)也要發(fā)揮其監(jiān)管角色，對于保養(yǎng)質(zhì)量起到督促作用。

4 結(jié)語

如今人們越來越關(guān)注電梯的舒適性，因此主機(jī)運(yùn)行噪聲也越來越受到小區(qū)住戶的重視。本文作者分析電梯主機(jī)噪聲的成因，并就其提出相應(yīng)的整改措施。這些措施在當(dāng)前環(huán)境下能起到一定的效果，但仍需要依賴技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的不斷完善。相信今后針對主機(jī)運(yùn)行噪聲的整改措施將更加有效，人們居住的環(huán)境將更加良好。