基于EVA-625綜合分析儀的電梯振動(dòng)分析

簡龍藝

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

電梯作為現(xiàn)代都市高層建筑的垂直運(yùn)輸工具，越來越受到人們的廣泛關(guān)注。人們?nèi)找嬖鲩L的美好生活需要，不僅要求電梯運(yùn)行安全，對(duì)乘坐舒適性的要求也越來越高。為了給人們提供舒適的乘梯體驗(yàn)，有必要對(duì)電梯振動(dòng)進(jìn)行研究，快速準(zhǔn)確的找出振動(dòng)產(chǎn)生的原因，以提高在用電梯的乘坐安全性及舒適性。

1 電梯振動(dòng)分類

有學(xué)者依據(jù)振動(dòng)的原因及頻譜分析方法將振動(dòng)分為[1]：①明顯主振頻率振動(dòng)譜的振動(dòng)；②主振頻率不相同振動(dòng)譜的振動(dòng)；③無明顯主振頻率振動(dòng)譜的振動(dòng)；但該分類未能快速準(zhǔn)確地判斷出電梯振動(dòng)的具體原因，因此，有必要對(duì)電梯振動(dòng)的類型進(jìn)行系統(tǒng)分類并總結(jié)其產(chǎn)生的部位及原因。

1.1 按轎廂三維空間方向分

按轎廂三維空間方向分可將電梯振動(dòng)分為水平方向振動(dòng)及垂直方向振動(dòng)。

水平方向的振動(dòng)主要來源于：

（1）導(dǎo)軌制造及安裝精度低、導(dǎo)靴安裝間隙過大或過?。▽?dǎo)靴安裝間隙一般不大于5mm）；

（2）導(dǎo)軌的垂直度、接頭臺(tái)階不滿足要求（導(dǎo)軌每隔5米，鉛垂度應(yīng)≤1.2mm，整列導(dǎo)軌的鉛垂度應(yīng)≤1mm；滑動(dòng)導(dǎo)靴導(dǎo)軌接頭間隙應(yīng)≤0.5mm，臺(tái)階應(yīng)≤0.05mm）；

（3）導(dǎo)軌壓板或?qū)к壷Ъ芩蓜?dòng)；

（4）導(dǎo)軌缺油引起工作面摩擦系數(shù)增大。

垂直方向的振動(dòng)主要來源于：

（1）電動(dòng)機(jī)或曳引機(jī)的振動(dòng)；

（2）變頻器參數(shù)設(shè)置不合理，加減速度曲線太陡；

（3）曳引鋼絲繩張力不均或由于繩頭板孔位設(shè)計(jì)不合理引起鋼絲繩扭曲變形。

1.2 按轎廂行程位置分

根據(jù)轎廂在不同行程位置可分為：

（1）啟、停振動(dòng)：異常振動(dòng)只發(fā)生在電梯啟停階段；

（2）全程振動(dòng)：電梯運(yùn)行全過程中都有異常振動(dòng)發(fā)生；

（3）偶然振動(dòng)：一般情況下運(yùn)行平穩(wěn)、偶爾有異常振動(dòng)；

（4）局部振動(dòng)：發(fā)生在某個(gè)或某幾個(gè)固定位置產(chǎn)生的異常振動(dòng)。

啟、停振動(dòng)主要來源于：

（1）鋼絲繩的張力不均引發(fā)的垂直振蕩[2]；

（2）變頻器參數(shù)設(shè)置不合理，加減速度曲線不平滑，太陡；

（3）抱閘啟，閉時(shí)間與起、停車時(shí)間不協(xié)調(diào)；

（4）當(dāng)平衡系數(shù)過小、過大時(shí)都會(huì)導(dǎo)致電梯在停止、啟動(dòng)瞬間抖動(dòng)明顯；

（5）啟、制動(dòng)時(shí)，曳引力矩調(diào)整不當(dāng)。

全程振動(dòng)主要來源于：

（1）導(dǎo)靴與導(dǎo)軌間隙調(diào)節(jié)不當(dāng)或磨損；

（2）電動(dòng)機(jī)與減速器同軸度不滿足要求(當(dāng)電動(dòng)機(jī)與減速器之間聯(lián)軸器為剛性聯(lián)接時(shí)，同心度應(yīng)小于0.02mm，當(dāng)電動(dòng)機(jī)與減速器之間聯(lián)軸器為彈性聯(lián)接時(shí)，同心度應(yīng)小于0.1mm)；

（3）鋼絲繩張力不均（各鋼絲繩張力應(yīng)在平均值的5%范圍之內(nèi)）；

（4）曳引輪輪槽不均勻磨損導(dǎo)致輪槽節(jié)圓直徑偏差超標(biāo)（節(jié)圓差應(yīng)小于0.10mm）；

（5）曳引繩中心與轎廂重心不重合，運(yùn)行時(shí)單邊受力產(chǎn)生振動(dòng)；

（6）曳引機(jī)減速器軸承及齒輪磨損；

（7）補(bǔ)償鏈外套開膠、導(dǎo)向裝置軸承損壞或補(bǔ)償鏈過分伸長與地面碰撞；

（8）曳引機(jī)地腳螺栓松動(dòng)或機(jī)座的橡膠墊失效；

（9）抱閘調(diào)整不當(dāng)，電梯運(yùn)行過程時(shí)抱閘未完全打開導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不均引起振動(dòng)（兩側(cè)閘門間隙應(yīng)在0.5mm～0.7mm）；

（10）控制線與信號(hào)線未分開布線或未采取屏蔽處理，如因屏蔽不良導(dǎo)致編碼器信號(hào)受干擾(編碼器的信號(hào)線應(yīng)采用屏蔽線且最好單獨(dú)走線槽)。

偶然振動(dòng)主要來源于：

電網(wǎng)電壓異常波動(dòng)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突變，引起轎廂振動(dòng)。

外界對(duì)電梯控制信號(hào)的干擾。

局部振動(dòng)主要來源于：

（1）導(dǎo)軌接頭有臺(tái)階；

（2）導(dǎo)軌面不平，凹凸明顯；

（3）導(dǎo)軌局部變形；

（4）導(dǎo)軌支架或?qū)к墘喊迓萁z松動(dòng)。

1.3 按轎廂振動(dòng)頻率分

按轎廂振動(dòng)頻率分，可分為高頻振動(dòng)和低頻振動(dòng)(人體比較敏感的頻帶范圍是0.1Hz～30Hz，超出此頻帶范圍的振動(dòng)一般不會(huì)造成乘客的心理反應(yīng)，電梯振動(dòng)頻率在30Hz以下的低頻區(qū)域?qū)θ擞绊戄^為明顯，而在30Hz以上的高頻區(qū)域則相對(duì)較小。)。

電梯高頻振動(dòng)主要來源于：

（1）減振裝置（鋼絲繩端減振器、轎頂/轎底減振器、曳引機(jī)減振器等）彈性系數(shù)過大，產(chǎn)生的高頻振動(dòng)；

（2）因編碼器原因引起的振動(dòng)，主要表現(xiàn)在電梯出現(xiàn)振動(dòng)和振動(dòng)頻率越來越高、越來越嚴(yán)重，停車抖動(dòng)，不平層，沖過平層；

（3）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的脈動(dòng)；

（4）曳引機(jī)嚙合產(chǎn)生振動(dòng)（主要來源于高速軸及其軸承）。

電梯低頻振動(dòng)主要來源于：

（1）曳引機(jī)嚙合產(chǎn)生的振動(dòng)（主要來源于低速軸或渦輪等）；

（2）導(dǎo)向系統(tǒng)（導(dǎo)軌、導(dǎo)靴等）產(chǎn)生的振動(dòng)；

（3）減振裝置（鋼絲繩端減振器、轎頂/轎底減振器，曳引機(jī)減振器等）彈性系數(shù)過小，產(chǎn)生的低頻振動(dòng)；

（4）鋼絲繩的彈性模量太小，引發(fā)的垂直振動(dòng)。

2 實(shí)例分析

筆者在對(duì)某小區(qū)一臺(tái)乘客電梯（額定載重量：800kg；額定速度1.75m/s；層站:19層19站；曳引輪直徑：400mm）進(jìn)行定檢檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：電梯啟動(dòng)瞬間，轎廂抖動(dòng)明顯，轎廂運(yùn)行到7層位置，轎廂也出現(xiàn)明顯抖動(dòng)。采用EVA-625綜合分析儀對(duì)該臺(tái)電梯進(jìn)行測試，按照GB/T 24474-2009/ISO18738：2003《電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量》中的相關(guān)要求和方法進(jìn)行。電梯轎廂在輕載工況下（輕載是指轎廂內(nèi)不超過 2 人）分別進(jìn)行一次全程上行、下行測試。筆者運(yùn)用振動(dòng)分類分析法對(duì)該振動(dòng)故障進(jìn)行了初步分析。首先，按振動(dòng)的行程區(qū)段分，該電梯在啟動(dòng)瞬間抖動(dòng)明顯，該電梯振動(dòng)故障屬于啟、停振動(dòng)。轎廂運(yùn)行到7層位置，轎廂也出現(xiàn)明顯抖動(dòng)，參照分類可知該故障屬于電梯局部振動(dòng)。結(jié)合上文總結(jié)可初步判斷行程中部的振動(dòng)主要來源于導(dǎo)軌，而啟停振動(dòng)相對(duì)復(fù)雜需要進(jìn)對(duì)采集的數(shù)據(jù)在時(shí)域及頻域進(jìn)行分析方可得知電梯產(chǎn)生振動(dòng)的根本原因。

圖1 電梯上行振動(dòng)數(shù)據(jù)圖

圖2 電梯上行Y軸15s～31s的頻譜分析

圖3 電梯下行振動(dòng)數(shù)據(jù)圖

圖4 電梯下行Z軸5s～21s的頻譜分析

圖5 導(dǎo)軌支架螺栓松動(dòng)

現(xiàn)場測試曲線及數(shù)據(jù)如圖1～圖4所示。振動(dòng)信號(hào)應(yīng)采用峰峰值評(píng)價(jià)，最大振動(dòng)峰峰值是指在所定義的界限內(nèi)所有峰峰值的最大值。A95（典型)振動(dòng)峰峰值是指在所定義界限內(nèi)95%的峰峰值小于或等于的值[3]。在水平方向（上行）振動(dòng)的最大峰峰值為39.6cm/s2（見圖1），對(duì)應(yīng)的上行Y軸-FFT 頻譜分析如圖2所示，在水平方向振動(dòng)（下行）的最大峰峰值為43.6cm/ s2（見圖3）；在垂直方向振動(dòng)的最大峰峰值為38.0cm/s2（見圖3），對(duì)應(yīng)的下行Z軸-FFT 數(shù)據(jù)頻譜分析如圖4所示。綜上所述，水平振動(dòng)的最大峰峰值為Y軸方向是43.6cm/s2，出現(xiàn)在電梯（下行）行程中部（見圖3）；垂直振動(dòng)的最大峰峰值為38.0cm/s2，出現(xiàn)在電梯（下行）啟動(dòng)瞬間（見圖3）。對(duì)照GB/T 10058-2009《電梯技術(shù)條件》的要求：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(dòng)的最大峰峰值不應(yīng)大于30cm/s2，A95峰峰值不應(yīng)大于20cm/s2；乘客電梯轎廂運(yùn)行期間水平（X軸和Y軸）振動(dòng)的最大峰峰值不應(yīng)大于20cm/s2，A95峰峰值不應(yīng)大于15cm/s2。顯然所測數(shù)據(jù)的水平方向振動(dòng)最大峰峰值43.6cm/s2遠(yuǎn)大于要求值20cm/s2，垂直方向?qū)崪y振動(dòng)峰峰值38.0cm/s2也遠(yuǎn)大于要求值30cm/s2。曲線變化及測試數(shù)據(jù)分析表明，該電梯轎廂水平振動(dòng)明顯，垂直方向振動(dòng)劇烈，Y、Z 軸振動(dòng)的最大峰峰值均已經(jīng)超標(biāo)，乘運(yùn)質(zhì)量不符合要求。

如圖1電梯運(yùn)行（上行）時(shí)間-位移曲線所示，Y軸方向（上行）振動(dòng)最大峰峰值39.6cm/s2出現(xiàn)電梯離開基站運(yùn)行20m位置，時(shí)間-位移曲線上顯示電梯的總提升高度為54.49m，在已知該臺(tái)電梯為19層，因此可得出電梯上行Y軸方向的局部振動(dòng)來源于當(dāng)轎廂位于7層位置左右，圖3電梯（下行）時(shí)間與位移曲線所示，Y軸方向（下行）振動(dòng)最大峰峰值43.6cm/s2出現(xiàn)在電梯離開頂層運(yùn)行36m位置，同理可知，電梯下行Y軸方向的局部振動(dòng)也來源于當(dāng)轎廂位于7層位置左右，顯然Y軸方向振動(dòng)來自同一局部振源。根據(jù)上文按轎廂行程位置分可知電梯局部振動(dòng)主要來源于導(dǎo)軌。局部振動(dòng)主要來源于：①導(dǎo)軌接頭有臺(tái)階。②導(dǎo)軌面不平，凹凸明顯。③導(dǎo)軌局部變形。④導(dǎo)軌支架或?qū)к墘喊迓萁z松動(dòng)。進(jìn)入井道檢查后發(fā)現(xiàn)，7層位置的導(dǎo)軌支架螺栓松動(dòng)（見圖5），導(dǎo)致了電梯轎廂在Y軸方向的異常振動(dòng)，重新調(diào)緊該松動(dòng)螺栓后，再次測試，Y軸方向異常振動(dòng)消失。

如圖4所示，Z軸電梯振動(dòng)主頻為2.813Hz，屬于低頻振動(dòng)；低頻振動(dòng)主要來源于：①曳引機(jī)嚙合產(chǎn)生的振動(dòng)（主要來源于低速軸或渦輪等）。②導(dǎo)向系統(tǒng)（導(dǎo)軌、導(dǎo)靴等）產(chǎn)生的振動(dòng)。③減振裝置（鋼絲繩端減振器、轎頂/轎底減振器、曳引機(jī)減振器等）彈性系數(shù)過小，產(chǎn)生的低頻振動(dòng)。④鋼絲繩的彈性模量太小，引發(fā)的垂直振動(dòng)。考慮到該小區(qū)同批次的電梯都未出現(xiàn)與該臺(tái)類似振動(dòng)，基本上可以先排除由減振裝置，鋼絲繩等系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)。導(dǎo)靴產(chǎn)生的振動(dòng)主要發(fā)生于全程振動(dòng)，因此由導(dǎo)靴產(chǎn)生的振動(dòng)也可排除。結(jié)合圖3所示，電梯Z軸在啟動(dòng)瞬間的振動(dòng)曲線呈明顯且規(guī)律的鋸齒狀低頻振動(dòng)，且上下皆存在此現(xiàn)象。對(duì)其進(jìn)行傅里葉變化分析，得出振動(dòng)主頻為2.813Hz，經(jīng)計(jì)算與曳引輪的回轉(zhuǎn)頻率幾乎一致（R：為吊掛比；V：電梯速度；D：曳引輪直徑），由此判斷該振動(dòng)原因之一是由曳引輪引起。具體再結(jié)合轎廂行程位置分類分析，該臺(tái)電梯啟、制動(dòng)振動(dòng)明顯可能來源于：①鋼絲繩的張力不均引發(fā)的垂直振蕩。②變頻器等的參數(shù)設(shè)置不合理，加、減速度曲線不平滑，太抖。③抱閘啟，閉時(shí)間與起、停車時(shí)間不協(xié)調(diào)。④起制動(dòng)時(shí)，曳引力矩調(diào)整不當(dāng)。⑤平衡系數(shù)過小或過大。鋼絲繩張力不均可產(chǎn)生較大振動(dòng)，在上下端站啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)最突出[2]。用測力計(jì)測量各鋼絲繩張力，偏差＜5%，滿足GB7588要求，排除由于鋼絲繩張力不均引起。電梯運(yùn)行過程中，電梯曳引機(jī)并未有明顯噪聲，基本也可排除由于電梯曳引機(jī)的機(jī)械間隙引起的振動(dòng)。平衡系數(shù)過小、過大時(shí)，主要表現(xiàn)在電梯在停止、啟動(dòng)的瞬間可明顯感覺到抖動(dòng)[2]，顯然與該臺(tái)電梯抖動(dòng)只發(fā)生在啟動(dòng)階段不符，也可排除。結(jié)合圖3下行振動(dòng)數(shù)據(jù)圖，可知當(dāng)時(shí)間坐標(biāo)軸為5.1s時(shí)，Z軸首次出現(xiàn)周期性振動(dòng)，此刻為曳引機(jī)剛啟動(dòng)，而當(dāng)時(shí)間坐標(biāo)軸為6.5s,位移為0，表明此刻為抱閘打開的瞬間，這兩者的時(shí)間差1.4s為制動(dòng)器松閘滯后時(shí)間，一般廠家為防止電梯啟動(dòng)倒溜，會(huì)設(shè)置延時(shí)松閘，但延時(shí)時(shí)間不宜太長，初步判斷該異常振動(dòng)是由于松閘滯后導(dǎo)致的。根據(jù)此推斷重新調(diào)整松閘時(shí)間后，啟動(dòng)瞬間振動(dòng)明顯改善，證實(shí)了這一推斷的正確性。

3 結(jié)語

綜上所述，電梯水平Y(jié)軸的振動(dòng)屬于局部振動(dòng)，主頻率為2.438Hz為低頻振動(dòng)，主要由導(dǎo)軌支架螺栓松動(dòng)引起。垂直Z軸方向的振動(dòng)屬于啟停振動(dòng)，主頻為2.813Hz為低頻振動(dòng)，主要由制動(dòng)器松閘滯后引起。電梯振動(dòng)有時(shí)不僅僅是由單一因素引起的，可能存在幾種因素耦合作用導(dǎo)致的，對(duì)電梯振動(dòng)進(jìn)行分門別類可以有效幫助我們憑借經(jīng)驗(yàn)初步判斷振動(dòng)產(chǎn)生的原因及部位，然后結(jié)合EVA—625儀器檢測分析，可以快速準(zhǔn)確地找出電梯異常振動(dòng)的具體原因，有助于提高電梯乘運(yùn)行質(zhì)量。