電梯振動(dòng)分析的方法

尹政

摘要：中國(guó)電梯市場(chǎng)供大于求，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的白熱化以及人們對(duì)電梯乘坐安全性和舒適度要求的提高，電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性能越來(lái)越受到關(guān)注。而電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性又由電梯產(chǎn)品質(zhì)量本身和安裝、保養(yǎng)等多種因素決定。如何鑒定電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性在電梯行業(yè)有公認(rèn)的測(cè)量方法和指標(biāo)，通過(guò)這些方法和指標(biāo)可以對(duì)電梯運(yùn)行振動(dòng)進(jìn)行分析，本文較全面的介紹如何分析電梯振動(dòng)以及導(dǎo)致電梯振動(dòng)的原因，從而提供有效的解決措施。

關(guān)鍵詞：電梯振動(dòng)、原因、頻率、頻譜分析

一、電梯振動(dòng)

1.1 振動(dòng)加速度

頻率與振幅是振動(dòng)的兩大屬性，對(duì)于電梯振動(dòng)的評(píng)價(jià)也從這兩個(gè)角度出發(fā)。電梯振動(dòng)會(huì)影響電梯的舒適感，一般認(rèn)為振動(dòng)加速度及其變化率使引起乘客感覺(jué)不適的主要因素。國(guó)標(biāo)GB/T10058規(guī)定：乘客電梯轎廂運(yùn)行在恒速段Z軸最大峰峰值應(yīng)不大于0.30m/s2，A95值不應(yīng)大于0.20 m/s2。乘客在電梯運(yùn)行期間水平（X軸和Y軸）振動(dòng)最大峰峰值不應(yīng)大于0.20 m/s2，A95值不應(yīng)大于0.15m/s2。

1.2 人體

一般情況下，人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)隨著振動(dòng)的強(qiáng)度增加而加劇，且振動(dòng)的頻率與方向還影響著人的生理反應(yīng)。研究表明，人體全身垂直振動(dòng)在4-8HZ有一個(gè)最大的共振峰值，主要是由于胸部共振產(chǎn)生，對(duì)胸部影響較大;在10HZ附近還有一個(gè)較小的共振峰值，由腹部共振產(chǎn)生，對(duì)腹部影響比較大。人體對(duì)水平方向的振動(dòng)要比不垂直方向的更加敏感，人體對(duì)1-2HZ的水平振動(dòng)有較大的生理反應(yīng)。因此控制轎廂的振動(dòng)頻率同樣對(duì)提高電梯的舒適感非常重要。

1.3 影響電梯振動(dòng)的原因

電梯振動(dòng)是由多個(gè)因素引起的，其中最重要的原因可以從技術(shù)角度分為是機(jī)械和電氣控制兩個(gè)方面，機(jī)械原因占比80%，電氣原因僅占20%。

1.3.1 機(jī)械原因

機(jī)械方面的原因很多，主要有以下3個(gè)方面。

（1）曳引機(jī)引起的振動(dòng)。曳引輪機(jī)械間隙大、曳引輪加工和安裝精度差等造成電梯運(yùn)動(dòng)位置產(chǎn)生誤差，從而引起曳引輪旋轉(zhuǎn)失衡，造成電梯振動(dòng)。在諸多的電梯振源中，曳引輪的旋轉(zhuǎn)失衡是最常見(jiàn)的根源之一。一旦電梯系統(tǒng)的某階固有頻率跟曳引電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率吻合，則會(huì)激發(fā)共振現(xiàn)象。

（2）轎廂曳引系統(tǒng)引起的振動(dòng)。電梯依靠鋼絲繩連接整個(gè)曳引系統(tǒng)，鋼絲繩張力不均勻和安裝扭曲都易引發(fā)電梯垂直振動(dòng)。

（3）導(dǎo)軌引起的振動(dòng)。導(dǎo)軌安裝平直度不好、軌距偏差超標(biāo)、接口不平滑、扭曲變形、工作面缺陷等都會(huì)造成電梯振動(dòng)。

1.3.2 電氣原因

電氣造成的振動(dòng)主要來(lái)自2個(gè)方面。

（1）測(cè)速干擾。電梯測(cè)速閉環(huán)系統(tǒng)一般采用光碼盤作為速度反饋信號(hào)，測(cè)速反饋信號(hào)不正常是導(dǎo)致系統(tǒng)振動(dòng)和機(jī)械諧振的重要原因之一。其主要原因都來(lái)自編碼器，包括與電機(jī)連接不良，受外力沖擊損壞、布線不合理信號(hào)受干擾以及遮擋盤片等。

（2）由于諧波力矩使電動(dòng)機(jī)低速脈動(dòng)，造成轎廂垂直振動(dòng)。原因包括調(diào)節(jié)器P值過(guò)大，I值過(guò)小以及三相電壓不平衡等。

二、頻譜分析（FFT）分析電梯振動(dòng)原理

頻譜分析簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)進(jìn)行分析。頻譜分析有助于將構(gòu)成信號(hào)的各種頻率成分分解開(kāi)來(lái)，以便于對(duì)振源進(jìn)行識(shí)別。由于各機(jī)械部件在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中必定產(chǎn)生某一種相應(yīng)的特征頻率，故通過(guò)某一頻率的振動(dòng)烈度強(qiáng)弱，可判別振動(dòng)來(lái)源。

目前常用的電梯振動(dòng)儀（EVA-625）、或電梯專用加速度傳感器采集的電梯振動(dòng)信號(hào)均為時(shí)域信號(hào)，即電梯運(yùn)行過(guò)程中X、Y、Z軸方向上的加速度數(shù)據(jù)，為分析電梯振動(dòng)產(chǎn)生的原因，也需將采集到的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，根據(jù)各頻率鎖對(duì)應(yīng)的諧波振動(dòng)分量所具有的振幅，再結(jié)合電梯各部件運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生頻率的特點(diǎn)，可以比較直觀地分析判斷振動(dòng)來(lái)源。

2.1導(dǎo)軌方面：導(dǎo)軌引起的振動(dòng)主要體現(xiàn)在水平方向上的振動(dòng)，由于導(dǎo)軌多為5m每節(jié)，若X軸或Y軸時(shí)域曲線呈現(xiàn)5m的規(guī)律性變化，可判定電梯的振動(dòng)主要是導(dǎo)軌接口臺(tái)階引起的振動(dòng)。如下圖所示。

2.2繩輪方面：繩輪方面引起的振動(dòng)，主要指機(jī)房曳引機(jī)輪、機(jī)房導(dǎo)向輪、轎頂返繩輪、對(duì)重返繩輪回轉(zhuǎn)引起的振動(dòng)，且它們回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的頻率分別由以下公式計(jì)算獲得：

其中，R--電梯曳引比;

V--電梯運(yùn)行額定速度;

D導(dǎo)--機(jī)房導(dǎo)向輪直徑;

D轎導(dǎo)--轎頂導(dǎo)向輪直徑;

D對(duì)導(dǎo)--對(duì)重導(dǎo)向輪直徑。

若電梯Z軸加速度曲線呈現(xiàn)明顯且規(guī)律的鋸齒狀低頻振動(dòng)，且上下均存在此現(xiàn)象時(shí)。對(duì)其進(jìn)行FFT分析，能夠得到最大主頻，分別計(jì)算該電梯機(jī)房曳引機(jī)輪、機(jī)房導(dǎo)向輪、轎頂返繩輪、對(duì)重返繩輪回轉(zhuǎn)頻率，其中與最大主頻一致的，就能判斷該振動(dòng)是由于它引起的。

2.3主機(jī)方面：主機(jī)所引起的振動(dòng)主要是主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)引起振動(dòng)。主機(jī)脈沖頻率計(jì)算公式如下：

其中，P--電機(jī)的極數(shù);

R--電梯曳引比;

--曳引機(jī)回轉(zhuǎn)頻率;

V--電機(jī)的額定速度;

--曳引機(jī)的直徑。

Z軸曲線高頻振動(dòng)明顯，X、Y軸也有明顯高頻出現(xiàn)，通過(guò)對(duì)Z軸進(jìn)行FFT分析，得出振動(dòng)主頻，經(jīng)過(guò)計(jì)算與電機(jī)的脈沖頻率吻合，且X、Y軸也存在與Z軸振動(dòng)主頻一致的振動(dòng)。由此判斷該振動(dòng)是主機(jī)引起的。

2.4 鋼絲繩方面：

（1）曳引比為1：1的電梯系統(tǒng)中，鋼絲繩產(chǎn)生振動(dòng)情況分析。

在曳引比為1：1的電梯系統(tǒng)中。上行時(shí)隨著轎廂離主機(jī)越近，轎廂與機(jī)房間鋼絲繩越短，X軸振動(dòng)越明顯;下行時(shí)隨著轎廂離主機(jī)越遠(yuǎn)，轎廂與機(jī)房間鋼絲繩越長(zhǎng)，X軸振動(dòng)逐漸減弱。Z軸也有類似現(xiàn)象但不如X軸明顯。通過(guò)對(duì)X軸進(jìn)行FFT分析，頻譜圖的頻率顯現(xiàn)密集并逐漸增大的趨勢(shì)，振動(dòng)主頻大，同時(shí)Y/Z也存在同一高頻率的振動(dòng)。由此可判斷振動(dòng)是由鋼絲繩引起的。如下圖所示。

（2）鋼絲繩進(jìn)入曳引輪時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。

鋼絲繩是由多個(gè)股按照工藝設(shè)計(jì)的捻距捻制而成，其自身并不是一個(gè)純圓體。當(dāng)鋼絲繩進(jìn)入曳引輪時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生輕微的周期性振動(dòng)，其振動(dòng)頻率

其中，R--電梯曳引比;

V--鋼絲繩運(yùn)行的速度，即電梯的運(yùn)行速度，單位為m/s;

H--為鋼絲繩的捻距，一般為鋼絲繩直徑的6.3倍，單位為mm。

三、結(jié)語(yǔ)

電梯振動(dòng)的方法對(duì)于電梯從業(yè)人員尤其是設(shè)計(jì)研發(fā)人員和工程問(wèn)題處理人員都很實(shí)用，尤其是在目前電梯行業(yè)越來(lái)越追求高質(zhì)量產(chǎn)品和乘坐體驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)下更顯重要，本文鑒于篇幅有限，對(duì)于電氣分析方面還沒(méi)有深入展開(kāi)論述，但分析的原理都相同，就是利用頻譜分析工具確定振動(dòng)頻率并溯源，然后根據(jù)溯源結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)并解決問(wèn)題，這也是理論結(jié)合實(shí)際并形成閉環(huán)的體現(xiàn)。