電梯轎廂水平減震技術(shù)的應(yīng)用研究

蔣 丹

（四川省蠶絲學(xué)校，四川 南充 637000）

0 引言

作為電梯轎廂穩(wěn)定支撐結(jié)構(gòu)的重要組成部分，導(dǎo)軌支架的安裝質(zhì)量會(huì)直接影響到電梯轎廂的運(yùn)行性能。電梯轎廂所承受的震動(dòng)主要是豎向和橫向震動(dòng)，豎向震動(dòng)會(huì)讓乘客產(chǎn)生失重感，橫向震動(dòng)會(huì)使乘客支撐不穩(wěn)，兩種震動(dòng)均會(huì)影響電梯運(yùn)行的舒適和安全。電梯轎廂在運(yùn)行過程中所受的橫向震動(dòng)，絕大部分是由導(dǎo)軌支架引起的，因此須以提高導(dǎo)軌支架的抗震性能為目標(biāo)，將減震技術(shù)合理應(yīng)用到導(dǎo)軌支架的設(shè)計(jì)中，以降低電梯運(yùn)行過程中受到的橫向震動(dòng)，提高導(dǎo)軌與電梯轎廂之間的耦合度，確保電梯轎廂在高速運(yùn)行下的穩(wěn)定性、安全性。

1 減震導(dǎo)軌支架的設(shè)計(jì)分析

1.1 減震導(dǎo)軌支架的設(shè)計(jì)方案

導(dǎo)軌支架作為電梯轎廂與導(dǎo)軌之間的連接結(jié)構(gòu)，需要具備一定的結(jié)構(gòu)剛度。但是在電梯運(yùn)行過程中，其結(jié)構(gòu)剛度如果過大，會(huì)增強(qiáng)導(dǎo)軌產(chǎn)生的橫向震動(dòng)，并通過導(dǎo)軌支架傳遞到電梯轎廂中。電梯運(yùn)行速度越快，電梯轎廂的震動(dòng)幅度越大，導(dǎo)致電梯安全性能、穩(wěn)定性能降低。因此須對(duì)電梯導(dǎo)軌支架的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的減震設(shè)計(jì)，降低導(dǎo)軌的橫向震動(dòng)幅度，以提高電梯轎廂運(yùn)行過程中的舒適度和穩(wěn)定性。減震導(dǎo)軌支架的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。在進(jìn)行電梯導(dǎo)軌支架的減震設(shè)計(jì)時(shí)，須利用連接螺栓1對(duì)、支架板1進(jìn)行嚴(yán)格固定，然后利用連接螺栓2將支架板1、支架板2進(jìn)行緊密連接，最后利用連接螺栓3對(duì)支架板結(jié)構(gòu)、壓導(dǎo)板進(jìn)行耦合，以緩沖導(dǎo)軌的橫向沖擊力。在對(duì)橡膠板結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝時(shí)，須確保左、右橡膠板的鋸齒狀接口能夠與下橡膠板緊密相連，如圖1所示。為保證左、右橡膠板與壓導(dǎo)板之間的貼合度符合減震設(shè)計(jì)要求，須在壓導(dǎo)板表面涂抹一定劑量的橡膠黏結(jié)劑，避免電梯運(yùn)行速度過快引起劇烈震動(dòng)時(shí)，導(dǎo)軌橫向震動(dòng)幅度超過左、右橡膠板的動(dòng)態(tài)承載性能，導(dǎo)致左、右橡膠板脫落。下橡膠板是支架板2的主要支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)也能在一定程度上分擔(dān)導(dǎo)軌支架的豎向荷載。

圖1 減震導(dǎo)軌支架

在對(duì)電梯導(dǎo)軌支架進(jìn)行減震設(shè)計(jì)時(shí)，可在導(dǎo)軌支架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上增加一定數(shù)量的減震橡膠板，這樣做不僅能降低導(dǎo)軌支架豎向荷載，還能吸收導(dǎo)軌震動(dòng)產(chǎn)生的橫向震動(dòng)，設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單易行。但由于電梯轎廂長(zhǎng)期處于高速運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)摩擦因素大，因此在進(jìn)行導(dǎo)軌支架的減震設(shè)計(jì)時(shí)，須嚴(yán)格保證橡膠板的結(jié)構(gòu)剛度，避免劇烈震動(dòng)導(dǎo)致橡膠板彎曲變形，引起電梯運(yùn)行故障。

1.2 減震橡膠板材料的確定

通常情況下橡膠材料具有較高的彈性，抗震性能良好，因此可將其應(yīng)用到電梯轎廂的水平減震設(shè)計(jì)中。電梯運(yùn)行速度越快，導(dǎo)軌向橡膠板施加的荷載就越大，橡膠板的彈性變形程度就越高，此時(shí)橡膠板的回彈值會(huì)升高，同時(shí)由于內(nèi)摩擦力因素影響，橡膠板的彈性應(yīng)力下降，即阻力系數(shù)增大，減震性能隨之升高。此時(shí)需要注意的是，雖然較高的阻尼系數(shù)能夠有效提高橡膠板的減震效果，但隨著電梯運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，橡膠板的發(fā)熱破損程度會(huì)逐漸升高，其減震性能也會(huì)隨之降低。因此在進(jìn)行導(dǎo)軌支架的減震設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員須充分考慮橡膠板阻尼系數(shù)、發(fā)熱程度等因素對(duì)減震效果的影響。通過綜合分析可知，氯丁橡膠比其他橡膠材料性能更加優(yōu)越，且阻尼系數(shù)相對(duì)平衡，能起到良好的減震作用，因此應(yīng)將氯丁橡膠應(yīng)用到減震導(dǎo)軌的試驗(yàn)設(shè)計(jì)中。

1.3 減震導(dǎo)軌支架的校核

根據(jù)電梯轎廂減震設(shè)計(jì)要求，應(yīng)保證在電梯運(yùn)行過程中，施加在減震導(dǎo)軌支架上的橫向荷載不超過減震導(dǎo)軌支架承載性能的80%，且荷載擾度不得大于0.01m?？筛鶕?jù)公式（1）～公式（5）對(duì)氯丁橡膠板輕微變形狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)剛度k進(jìn)行合理測(cè)算。開展減震導(dǎo)軌支架減震性能試驗(yàn)研究工作時(shí)，應(yīng)確保電梯轎廂運(yùn)行速度不超過5m/s，且導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)平整，以提高減震性能檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

式中：h為氯丁橡膠的最大變形深度；E為氯丁橡膠板的彈性勢(shì)能；A為減震過程中氯丁橡膠板的受壓面積，a為減震過程中氯丁橡膠板的受壓寬度，b為減震過程中氯丁橡膠板的受壓長(zhǎng)度，μ為氯丁橡膠板的抗壓強(qiáng)度系數(shù)，S為橡膠板減震面積與減震導(dǎo)軌實(shí)際面積之比；A為自由面積。

設(shè)減震氯丁橡膠板的減震寬度a=0.04m，減震長(zhǎng)度b=0.09m，最大變形深度h=0.015m，則該氯丁橡膠在減震過程中輕微變形狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)剛度大小應(yīng)不超過2×10N/m。以上述數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，當(dāng)電梯轎廂出現(xiàn)緊急制動(dòng)等應(yīng)急現(xiàn)象時(shí)，須保證減震導(dǎo)軌支架產(chǎn)生的彈性應(yīng)力不大于190MPa，最大彈性應(yīng)力受力面積須嚴(yán)格小于減震導(dǎo)軌支架的支架板總面積，且大小不得超過100MPa·s。還須保證減震導(dǎo)軌支架的最大彈性變形支點(diǎn)位于橡膠板上，且變形深度不超過3×10m，同時(shí)支架板的變形深度不得超過2×10m，壓導(dǎo)板的變形深度最大值不超過3×10m，壓導(dǎo)板的最大彈性應(yīng)力不超過4MPa。此時(shí)若減震氯丁橡膠板的最大應(yīng)力不超過0.1MPa，則認(rèn)為減震導(dǎo)軌支架的設(shè)計(jì)效果符合相關(guān)要求。

2 減震導(dǎo)軌支架減震性能試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在上述設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員還須搭建電梯轎廂橫向震動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)以對(duì)導(dǎo)軌支架的實(shí)際減震性能進(jìn)行充分研究，確保建筑技術(shù)得到合理應(yīng)用。在進(jìn)行電梯轎廂橫向震動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員須提前搭建出一部尺寸為0.5m×0.65m×2m 的鋁合金試驗(yàn)臺(tái)支架，以便后續(xù)安置減震導(dǎo)軌支架，該支架可以起到模擬電梯轎廂升降環(huán)境的作用。安裝固定好電梯轎廂后，設(shè)計(jì)人員須以轎廂底部對(duì)角線交點(diǎn)為基準(zhǔn)，繪制3個(gè)減震性能測(cè)試點(diǎn)，并在測(cè)試點(diǎn)上安裝激振器和加速度傳感器，以對(duì)電梯轎廂運(yùn)行過程中的橫、豎向振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2電梯轎廂減震性能測(cè)試點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)相關(guān)研究可知，當(dāng)電梯運(yùn)行速度不超過5m/s，且且導(dǎo)軌支架存在彎曲、凹槽等影響結(jié)構(gòu)平整度的因素時(shí)，會(huì)在一定程度上加劇電梯轎廂所承受的橫向振動(dòng)，因此在

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

在開展減震導(dǎo)軌支架減震性能試驗(yàn)研究工作前，設(shè)計(jì)人員須先對(duì)普通導(dǎo)軌支架的減震性能進(jìn)行研究，以便后續(xù)比對(duì)兩類導(dǎo)軌支架的減震效果，確保減震技術(shù)得到有效應(yīng)用。具體試驗(yàn)內(nèi)容如下：1）在確保電梯轎廂空載的前提下，從轎廂底部對(duì)右側(cè)減震導(dǎo)軌施加不同程度的橫向振動(dòng)，實(shí)時(shí)采集轎廂底部3個(gè)測(cè)試點(diǎn)接受到的震動(dòng)信號(hào)，并對(duì)震動(dòng)信號(hào)的幅度特性、相位特性進(jìn)行重點(diǎn)分析，確保減震導(dǎo)軌支架減震性能試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。2）對(duì)電梯轎廂施加不同程度的荷載，同時(shí)分別選用最大變形深度為5mm、10mm的氯丁橡膠板進(jìn)行減震性能試驗(yàn)，并對(duì)電梯轎廂的橫向振動(dòng)幅度進(jìn)行具體分析。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)

2.3.1 激振系統(tǒng)

在選擇安裝在電梯轎廂底部的激振器時(shí)，須確保激振器的體積小于轎廂底部總面積的10%，盡量確保其不會(huì)對(duì)轎廂施加向下的拉力，并能采集、處理6Hz～5000Hz的震動(dòng)信號(hào)，產(chǎn)生不小于30N的橫向激振荷載，作用范圍應(yīng)不小于8×10m。當(dāng)激振器向電梯轎廂施加橫向荷載時(shí)，設(shè)計(jì)人員須認(rèn)真觀察轎廂是否產(chǎn)生明顯震動(dòng)，若震動(dòng)現(xiàn)象不明顯，則可適當(dāng)加大橫向激蕩荷載，以便激振器能夠順利接受到電梯轎廂的震動(dòng)信號(hào)。在對(duì)電梯轎廂產(chǎn)生的震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)，試驗(yàn)人員須按照“正弦定頻、線性掃頻”的原則，對(duì)震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分類采集，降低后續(xù)減震性能分析難度；同時(shí)控制激振器的輸入電壓不超過5V，避免電壓過大導(dǎo)致系統(tǒng)無法對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效采集，影響后續(xù)試驗(yàn)工作的正常進(jìn)行。

2.3.2 傳感器

由于電梯在運(yùn)行過程中易受加速度影響而產(chǎn)生不同程度的震動(dòng)，嚴(yán)重影響電梯轎廂的穩(wěn)定性，因此該試驗(yàn)中須在電梯轎廂底部安裝壓電式加速度傳感器，對(duì)不同運(yùn)行速度、橫向激振荷載下的電梯轎廂加速度進(jìn)行采集分析。如圖2所示，分別在電梯轎廂底部的角線交點(diǎn)處、近激振器側(cè)和遠(yuǎn)激振器側(cè)安置3個(gè)加速度傳感器。在對(duì)橫向震動(dòng)情況下電梯轎廂的加速度進(jìn)行相應(yīng)采集時(shí)，設(shè)計(jì)人員須提前將液態(tài)的工業(yè)蜂蠟涂抹在測(cè)試點(diǎn)處，保證加速度傳感器能夠與電梯轎廂底部緊密貼合，防止橫向激振過大引起傳感器滑落，以確保電梯轎廂加速度采集結(jié)果的可靠性。

2.4 減震導(dǎo)軌支架的減震性能試驗(yàn)研究

該文在對(duì)減震導(dǎo)軌支架的減震性能進(jìn)行相應(yīng)研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)設(shè)計(jì)減震導(dǎo)軌支架時(shí)，當(dāng)橡膠板最大變形深度為5mm和10mm時(shí)，導(dǎo)軌支架具有較高的減震性能，因此該文主要對(duì)這兩類橡膠板對(duì)電梯轎廂減震效果的影響進(jìn)行具體分析。對(duì)最大變形深度為5mm的橡膠板進(jìn)行減震性能試驗(yàn)，電梯轎廂橫向震動(dòng)幅度特性曲線如圖3所示。通過對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析可知，3個(gè)測(cè)試點(diǎn)的最大橫向震動(dòng)加速度分別為660mm/s、690mm/s和640mm/s；橫向震動(dòng)響應(yīng)頻率分別為45Hz、43Hz和43Hz。

圖3 氯丁橡膠板最大變形深度為5mm時(shí)電梯轎廂橫向震動(dòng)信號(hào)分析

通過從時(shí)域角度對(duì)圖3進(jìn)行分析可知，與普通導(dǎo)軌支架相比，基于減震導(dǎo)軌支架的電梯轎廂最大橫向震動(dòng)加速度分別下降了25%，同時(shí)不同測(cè)試點(diǎn)的橫向加速度變化幅度基本一致，只是對(duì)角線交點(diǎn)處橫向加速度的變化區(qū)間略微大于另外兩點(diǎn)，可能是減震導(dǎo)軌支架連接不緊密、加速度傳感器輕微滑脫等原因造成的。

通過從頻域角度對(duì)圖3進(jìn)行分析可知，與普通導(dǎo)軌支架相比，不同測(cè)試點(diǎn)的橫向震動(dòng)響應(yīng)變化幅度較為均勻，且橫向震動(dòng)響應(yīng)峰值區(qū)間基本一致，相對(duì)誤差不超過2Hz，符合減震設(shè)計(jì)要求。同時(shí)與測(cè)試點(diǎn)2、3相比，測(cè)試點(diǎn)1處的橫向震動(dòng)響應(yīng)幅度較大相對(duì)較大，原因可能是其所處位置位于電梯轎廂底部中點(diǎn)，受力復(fù)雜且集中，因此須嚴(yán)格保證此處加速度傳感器與轎廂底部粘連緊密。

3 結(jié)論

在對(duì)電梯轎廂水平減震技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)研究時(shí)，該文主要從電梯導(dǎo)軌支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上入手，通過合理選擇橡膠板材料，確定橡膠板最大變形深度、輕微變形狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)剛度和彈性勢(shì)能等關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計(jì)出具有較高減震性能的導(dǎo)軌支架，并通過搭建減震導(dǎo)軌支架性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)，充分考慮電梯實(shí)際運(yùn)行過程中普通導(dǎo)軌與減震導(dǎo)軌平整度、構(gòu)件耦合程度之間的差異，對(duì)不同情況下電梯轎廂的水平震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了深入分析，進(jìn)而得出結(jié)論：最大變形深度為5mm的橡膠板可以在一定程度上降低電梯高速運(yùn)行過程中的水平震動(dòng)幅度，如果將其應(yīng)用在減震導(dǎo)軌支架的工程設(shè)計(jì)中，可以有效提高減震導(dǎo)軌的減震性能，確保電梯高速運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性、安全性。