基于復(fù)合曳引鋼帶的電梯運行性能＊

陳 述 汪 宏 柯春暉 徐金海 周旭明

1杭州市特種設(shè)備檢測研究院 杭州 310008 2杭州市余杭區(qū)食品藥品監(jiān)測中心 杭州 311112

0 引言

城鎮(zhèn)化建設(shè)大力推進(jìn)，城市人口高速增長，人口密度增加，高層建筑作為現(xiàn)代生活的居住場所是城市標(biāo)志所在。電梯是高層建筑必備的運輸設(shè)備，極高的使用需求促使電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。新技術(shù)、新材料、新工藝在電梯生產(chǎn)使用中逐步推廣應(yīng)用，以復(fù)合鋼帶作為曳引媒介的新型電梯應(yīng)運而生。與傳統(tǒng)鋼絲繩電梯相比，曳引鋼帶對繩股做了重新排布，在保證鋼絲繩強(qiáng)度的前提下，曳引力大幅提升。同時聚氨酯包覆層取代了繩芯，注塑在鋼絲繩股周圍起到了較好的防銹和防磨損作用。另外復(fù)合鋼帶還因質(zhì)量輕、折彎半徑小、曳引噪聲小、不需要定期潤滑、環(huán)保等優(yōu)點倍受各大電梯廠商青睞[1]。

1 復(fù)合鋼帶電梯運行性能影響因素

復(fù)合鋼帶電梯在曳引系統(tǒng)方面做出了技術(shù)上的更新，在曳引噪聲方面控制尤為顯著，在運行性能方面，因復(fù)合鋼帶和曳引輪之間的摩擦系數(shù)較鋼絲繩大，轎廂運行也更加平穩(wěn)。然而復(fù)合鋼帶電梯起步較晚，生產(chǎn)廠商對產(chǎn)品質(zhì)量可靠性把控還不夠；同時因為市場占有率較低，導(dǎo)致維保、檢驗檢測等多方面的質(zhì)量都無法得到有力保障，進(jìn)而影響電梯運行性能，導(dǎo)致安全性下降。當(dāng)鋼帶的聚氨酯層出現(xiàn)磨損或內(nèi)部鋼絲繩出現(xiàn)斷絲斷股，日常的維護(hù)保養(yǎng)很難及時發(fā)現(xiàn)和處理。同時結(jié)構(gòu)損傷造成的噪聲和振動更是無法避免，采用舉例論證研究探討與之對應(yīng)的轎廂加速度、振動和噪聲是電梯運行過程中基本參數(shù)；人機(jī)交互等因素影響較為主觀，主要通過比對國家標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)有產(chǎn)品參數(shù)分析討論。

2 加速度對運行性能的影響

電梯在上升和下降過程中，轎廂從啟動到最高速度再從最高速度減速直至制動到靜止，每個環(huán)節(jié)都存在加速度和減速度，加速度大小不當(dāng)，轎廂內(nèi)的乘客會感受到明顯的失重和超重[2,3]。同時，加速度變化還是電梯運行過程中平穩(wěn)程度的重要影響因素。

以市場上占有率較高且較為完善的某品牌復(fù)合鋼帶電梯為例。某小區(qū)內(nèi)一復(fù)合鋼帶曳引電梯，層站數(shù)為18層18站18門，額定速度為1.75 m/s。復(fù)合鋼帶電梯的運行速度和加速度為

電梯從1層的啟動過程和到18層的制停過程是變加速直線運動，中間行程是勻速直線運動。作為例證的復(fù)合鋼帶電梯，v0＝1.75 m/s，t1＝8 s，t2＝28 s，t3＝36 s。根據(jù)算法公式編程后得到鋼帶電梯的速度和加速度時間變化曲線，如圖1、圖2所示。

圖1 速度-時間曲線

由圖1、圖2可知，鋼帶電梯啟動時的加速度和制停時的減速度都小于0.45 m/s2。GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》中規(guī)定，電梯啟、制動的加、減速度最大值不大于1.5 m/s2。因此該鋼帶電梯的加、減速度符合標(biāo)準(zhǔn)。加速度過大會使乘客產(chǎn)生超重的感覺，而減速度超出標(biāo)準(zhǔn)值則會產(chǎn)生失重的感覺，為保障運行期間的舒適性，應(yīng)當(dāng)控制電梯的加、減速度。故提出以下措施：1）結(jié)合鋼帶電梯的使用場景和使用要求，選擇合適的曳引主機(jī)；2）選擇具有自學(xué)習(xí)功能、較強(qiáng)過載運行能力和較強(qiáng)轉(zhuǎn)矩輸出的變頻器，保證曳引主機(jī)在鋼帶電梯啟動、制停的過程中，保持較為線性的力矩輸出，使加速度的變化率較??；3）選用有效的管控系統(tǒng)，例如曳引機(jī)的力矩監(jiān)測系統(tǒng)，保證運行參數(shù)的穩(wěn)定性。

圖2 加速度-時間曲線

3 振動對運行性能的影響

復(fù)合鋼帶電梯轎廂在運行時產(chǎn)生振動的原因一般由機(jī)械結(jié)構(gòu)原因引起，振動源可分成曳引機(jī)、復(fù)合鋼帶和導(dǎo)向裝置三部分。其中曳引機(jī)是振動產(chǎn)生的主要來源，長時間不間斷運轉(zhuǎn)，并在每次運行時都經(jīng)歷啟動、制停過程，也是主機(jī)振動更加頻繁的原因[4]。針對曳引機(jī)引起的振動，GB/T 24478—2009《電梯曳引機(jī)》中有明確規(guī)定：復(fù)合鋼帶電梯的曳引都為無齒輪曳引機(jī)：以額定功率空載運行時，其測量位置的振動速度有效值的最大值不應(yīng)大于0.5 mm/s。其測量位置如圖3所示，測量主機(jī)在正傳、反轉(zhuǎn)時的振動數(shù)據(jù)，取平均值。

圖3 振動測量位置

1）曳引機(jī)抱閘系統(tǒng)引起的振動 復(fù)合鋼帶電梯一般采用蝶式抱閘剎車盤，優(yōu)點是不會對主軸產(chǎn)生徑向沖擊，但是制動閘瓦與制動盤之間的間隙若調(diào)整不到位，可能會出現(xiàn)帶閘運行的情況，存在嚴(yán)重的安全隱患，這將導(dǎo)致電梯在啟停時出現(xiàn)較大的振動，從而降低復(fù)合鋼帶電梯的舒適度。因此，復(fù)合鋼帶電梯曳引機(jī)抱閘系統(tǒng)的重要性不言而喻，應(yīng)時常關(guān)注曳引機(jī)啟停時的振動是否正常，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整更換。

2）曳引主機(jī)安裝不牢固引起的振動 曳引主機(jī)緊固件的安裝是否牢固，是維保、檢驗時容易被忽視的方面。如主機(jī)機(jī)架與工字鋼的固定不牢固，在主機(jī)運行時會產(chǎn)生額外的晃動，使主機(jī)產(chǎn)生振動，長時間的振動會使緊固件產(chǎn)生松動，影響主機(jī)的運行安全。

復(fù)合鋼帶電梯的導(dǎo)向裝置是影響轎廂振動的另一個重要因素，導(dǎo)軌的扭曲、變形、工作面缺陷及兩導(dǎo)軌平行度調(diào)整不當(dāng)?shù)纫蛩囟紩痣娞菰谶\行時出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。對于合格的導(dǎo)軌其材料首先要具有足夠的強(qiáng)度，以保證安全鉗在動作時有堅固的支撐；其次在導(dǎo)軌材料處理時，要確保消除其內(nèi)應(yīng)力以防止導(dǎo)軌在長期使用后發(fā)生扭曲現(xiàn)象；而兩導(dǎo)軌若是在焊接處焊縫過大，會使電梯在運行過程中出現(xiàn)晃動，或在某些特定部位處出現(xiàn)跳動現(xiàn)象；導(dǎo)軌的表面粗糙度也是影響電梯運行質(zhì)量的又一因素，GB/T 22562—2008《電梯T型導(dǎo)軌》中對導(dǎo)軌表面粗糙度有著嚴(yán)格的要求標(biāo)準(zhǔn)。另外，在運行一段時間后，轎廂導(dǎo)靴出現(xiàn)磨損或松動，會導(dǎo)致轎廂與導(dǎo)軌之間的非線性接觸，容易產(chǎn)生晃動，這就要求維護(hù)保養(yǎng)單位在日常保養(yǎng)時，注重對轎廂導(dǎo)靴的關(guān)注，發(fā)現(xiàn)問題及時更換。

復(fù)合鋼帶是另一個對轎廂垂直振動有直接影響的因素。作為鋼帶電梯重要的懸掛裝置，鋼帶不僅在靜態(tài)時承載轎廂和內(nèi)部載荷的全部質(zhì)量，且轎廂的動態(tài)運行時依靠鋼帶與曳引輪之間的摩擦力拖動。如果復(fù)合鋼帶出現(xiàn)表面聚氨酯層磨損，內(nèi)部鋼絲繩出現(xiàn)疲勞斷絲、斷股的失效情況時，會影響復(fù)合鋼帶對曳引輪槽的比壓，使電梯運行時發(fā)生周期性的振動。

4 噪聲及人機(jī)交互產(chǎn)生的影響

電梯運行過程中，乘客處于轎廂內(nèi)，且轎廂處于相對封閉狀態(tài)，若產(chǎn)生較大噪聲，易使乘客產(chǎn)生不安、煩躁，交互影響下對電梯運行產(chǎn)生影響。鋼帶電梯在運行過程中產(chǎn)生噪聲的原因，按照結(jié)構(gòu)空間劃分，分為轎廂、井道和機(jī)房噪聲。按照結(jié)構(gòu)部件分類，產(chǎn)生噪聲的主要部件有層門、轎門、補(bǔ)償鏈、轎廂風(fēng)扇、復(fù)合鋼帶等。其中機(jī)房噪聲與轎廂互相分隔，與乘客之間的交互影響相對較小。

現(xiàn)行國標(biāo)對轎廂噪聲分貝和其測量方法都有規(guī)定。電梯轎廂內(nèi)的噪聲大小直接決定了乘客的舒適感，對電梯的運行性能起著重要作用?，F(xiàn)行國標(biāo)對轎廂內(nèi)噪聲的規(guī)定如表1所示。

表1 電梯噪聲標(biāo)準(zhǔn)

轎廂內(nèi)噪聲的來源有3個方面：1）廳門和轎門開、關(guān)門時產(chǎn)生的噪聲。在開、關(guān)門過程中，廳門和轎門的連鎖機(jī)構(gòu)會發(fā)出動作聲，關(guān)門時，有安全觸板的光幕會發(fā)出觸板的撞擊聲[5]。如果開關(guān)門速度過快，還會發(fā)出門扇的晃動聲，甚至使門扇的滑塊與地坎槽的滑動也發(fā)出較大的摩擦聲。2）電梯的導(dǎo)向系統(tǒng)在運行時會產(chǎn)生噪聲。轎廂的導(dǎo)靴與導(dǎo)軌的相對摩擦?xí)l(fā)出噪聲[6]。一旦導(dǎo)靴的預(yù)緊力不夠或?qū)к墢澢冃危a(chǎn)生的噪聲值將更大[7]。3）懸掛裝置復(fù)合鋼帶在運行時產(chǎn)生的噪聲。復(fù)合鋼帶在正常運行時與轎廂反繩輪相對滑動產(chǎn)生的摩擦聲較小，但當(dāng)聚氨酯表皮有磨損或者破裂，就會產(chǎn)生較大的噪聲值。而且，超過30 m的復(fù)合鋼帶電梯，對重和轎廂之間有補(bǔ)償裝置。補(bǔ)償鏈與底坑地面和對重隔離護(hù)板摩擦均會產(chǎn)生噪聲。4）轎廂在運行過程中與井道氣流摩擦產(chǎn)生氣動噪聲。鋼帶電梯轎廂內(nèi)噪聲產(chǎn)生原因如圖4所示[8,9]。

圖4 鋼帶電梯轎廂內(nèi)噪聲產(chǎn)生原因

5 結(jié)論

電梯行業(yè)產(chǎn)品升級，性能提升是科技發(fā)展帶來的紅利，在保證運行性能的前提下，不斷提高設(shè)備參數(shù)，實現(xiàn)高效節(jié)能、安全環(huán)保也是市場需求下的必然。本文通過對轎廂加速度、振動、噪聲及人機(jī)交互等影響因素的分析討論，探討了電梯運行性能影響多源因素，提出了設(shè)計制造過程中零配件組裝對運行性能的重要性，同時加強(qiáng)日常維護(hù)保養(yǎng)過程中相關(guān)機(jī)械部件缺陷關(guān)注，及檢驗檢測過程中應(yīng)復(fù)驗的環(huán)節(jié)，為電梯生產(chǎn)制造、維護(hù)保養(yǎng)、檢驗檢測等工作開展提供了參考，為保障電梯運行安全及產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展提供借鑒。