電梯運(yùn)行噪聲來(lái)源與降噪措施研究

摘要：文中針對(duì)電梯運(yùn)行中產(chǎn)生的噪聲問(wèn)題，對(duì)電梯噪聲的產(chǎn)生原因以及減振降噪技術(shù)進(jìn)行了研究。在分析電梯運(yùn)行噪聲產(chǎn)生的原因的基礎(chǔ)上，探討電梯減振降噪技術(shù)的原理和方法，包括振動(dòng)吸音材料、阻尼材料以及電梯本體調(diào)整優(yōu)化等。

關(guān)鍵詞：電梯運(yùn)行；噪聲檢測(cè)；減振技術(shù)

Research on the Sources of Elevator Operation Noise and Noise Reduction Techniques

ZHENG Xiaobei

（ Fujian Special Equipment Inspection amp; Research Institute， Fuzhou 350008， Fujian， China ）

Abstract： This article focuses on the problem of noise generated during elevator operation， "and vibration and noise reduction technologies of elevator . On the basis of analyzing the causes of elevator operation noise， the principles and methods of elevator vibration and noise reduction technology were discussed， including vibration absorbing materials， damping materials， and elevator body adjustment optimization.

Key Words： Elevator operation; Noise detection; Vibration reduction techniques

0引言

電梯在高層建筑中是不可或缺的關(guān)鍵設(shè)施，其運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲問(wèn)題日益凸顯，不僅影響乘客在乘梯過(guò)程中的舒適體驗(yàn)，對(duì)周邊環(huán)境及居民的健康狀況也構(gòu)成潛在威脅。電梯噪聲問(wèn)題涉及振動(dòng)和聲學(xué)多個(gè)領(lǐng)域，其噪聲主要來(lái)源于電機(jī)、輪軸、導(dǎo)軌等運(yùn)動(dòng)部件的摩擦和振動(dòng)。降低甚至消除噪音，可采用減振降噪、安裝吸音隔音材料等手段。

1電梯運(yùn)行噪聲的來(lái)源及影響因素

人們感受到的電梯噪聲主要由電梯運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁噪聲、機(jī)械噪聲、氣流噪聲以及建筑結(jié)構(gòu)不合理等因素造成。

1.1電磁噪聲產(chǎn)生的原因及影響因素

電梯在運(yùn)行過(guò)程中，常常伴隨著一種特定類(lèi)型的噪聲-電磁噪聲，它源自電梯系統(tǒng)內(nèi)的電磁設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、電纜和控制元件。高頻特性是電磁噪聲的一大顯著特性，這意味著它含有較高的頻率成分，能夠跨越較長(zhǎng)的距離進(jìn)行傳播[1]。這一特性使得電磁噪聲不僅可能影響到電梯內(nèi)部乘客的舒適度，還可能對(duì)周邊環(huán)境的居民構(gòu)成長(zhǎng)期且潛在的健康影響。

1.2機(jī)械噪聲的產(chǎn)生原因及影響因素

機(jī)械噪聲是電梯運(yùn)行過(guò)程中另一種常見(jiàn)的噪聲類(lèi)型，主要是由電梯的曳引機(jī)、齒輪、軌道等機(jī)械部件產(chǎn)生。機(jī)械噪聲產(chǎn)生的原因主要包括驅(qū)動(dòng)主機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)、齒輪嚙合過(guò)程中的振動(dòng)、曳引鋼絲繩與輪槽的摩擦等。機(jī)械噪聲的影響因素主要有驅(qū)動(dòng)主機(jī)的類(lèi)型和參數(shù)、齒輪的材料和加工精度、曳引鋼絲繩的質(zhì)量、導(dǎo)軌本身質(zhì)量和安裝質(zhì)量等。機(jī)械噪聲的特點(diǎn)是頻率較低，傳播距離較近，對(duì)人們的舒適度產(chǎn)生直接影響。

1.3氣流噪聲的產(chǎn)生原因及影響因素

電梯運(yùn)行時(shí)轎廂在井道內(nèi)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如同活塞一般擠壓井道內(nèi)空氣，容易形成空氣回流，進(jìn)而產(chǎn)生氣流噪聲[2]。氣流噪聲的影響因素主要有通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)扇類(lèi)型和轉(zhuǎn)速、管道的設(shè)計(jì)和布局等。

1.4建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理引起的固體傳聲

在部分房屋設(shè)計(jì)中，開(kāi)發(fā)商的規(guī)劃存在布局問(wèn)題，具體表現(xiàn)為業(yè)主的臥室與電梯井道共享同一道結(jié)構(gòu)墻，或是將機(jī)房直接置于頂層業(yè)主住宅的正上方空間。此外，部分建筑墻體構(gòu)造可能較為輕薄，缺乏足夠的隔音與減震能力。這些因素共同作用下，電梯在正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音與振動(dòng)，可通建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳播，引發(fā)低頻噪音問(wèn)題。

2 電梯噪聲的規(guī)定值

電梯噪聲檢測(cè)不僅是保障其安全運(yùn)行的關(guān)鍵步驟，也是提升乘客乘坐體驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。檢測(cè)電梯噪聲常用工具是聲級(jí)計(jì)。根據(jù)電梯的檢規(guī)TSG T7008-2023《電梯自行檢測(cè)規(guī)則》的要求，其運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲值不應(yīng)大于表1的要求值。

3電梯減振降噪技術(shù)的原理與方法

電梯噪聲源自物體的振動(dòng)，并依賴(lài)介質(zhì)進(jìn)行傳播?？刹扇∫韵麓胧p少噪音：一是從源頭上著手，即控制電梯噪聲的產(chǎn)生源；二是降噪設(shè)計(jì)，以阻斷或減少噪聲的傳播；三是加強(qiáng)對(duì)可能受影響的個(gè)體的防護(hù)措施。

3.1吸音材料的原理及應(yīng)用

吸音材料是一種常用的電梯降噪材料，這種材料通常具有多孔結(jié)構(gòu)，能夠使聲波在材料內(nèi)部傳播時(shí)發(fā)生摩擦和碰撞，將聲能轉(zhuǎn)化為熱能，達(dá)到降低噪音效果[3]。吸音材料安裝在電梯井道壁，可以有效地吸收和減少電梯運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)。

第一代電梯減振和隔音技術(shù)都采用振動(dòng)吸音材料，但因?yàn)殡娞菡駝?dòng)和噪聲更多是通過(guò)剛性傳播，吸音降噪達(dá)不到預(yù)期的效果[4]。圖1為電梯井道安裝隔音材料的實(shí)例。

圖1 " " 電梯井道安裝隔音材料

3.2阻尼材料的減振原理及應(yīng)用

阻尼材料在抑制電梯振動(dòng)方面展現(xiàn)出卓越效能，其減振機(jī)理可闡釋為：當(dāng)電梯系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，這些材料能夠巧妙地利用內(nèi)部產(chǎn)生的摩擦力作為“能量消耗器”[5]。在實(shí)際應(yīng)用中，阻尼材料可以涂覆在電梯的曳引機(jī)、齒輪等噪聲源附近，或者安裝在電梯的懸掛系統(tǒng)上，減少振動(dòng)傳遞到電梯轎廂的振動(dòng)，采用阻尼材料的減振作為第二代電梯減振動(dòng)降噪技術(shù)效果更佳，也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，下面通過(guò)2個(gè)案例進(jìn)行分析。

3.2.1電梯導(dǎo)軌加裝阻尼材料的減振案例

福州某小區(qū)1臺(tái)13層站的無(wú)機(jī)房電梯，額定速度為1.75m/s。因?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)不合理的原因，無(wú)機(jī)房電梯井道承重墻體與相鄰戶型的住戶房間為同一公共實(shí)體墻，電梯的運(yùn)動(dòng)部件直接固定于公共墻體之上，電梯高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)與業(yè)主室內(nèi)建筑實(shí)現(xiàn)了剛性“聲橋”連接，圖2、圖3和圖4為電梯噪聲傳播途徑。

這種低頻振動(dòng)噪聲通過(guò)樓板及墻體傳遞至住戶室內(nèi)。晝間環(huán)境背景噪聲較高的情況下，人體感官依然能明顯感覺(jué)到電梯噪聲的干擾。通過(guò)在導(dǎo)軌支架上增加復(fù)合減振、隔振和吸聲振動(dòng)緩沖材料進(jìn)行混合緊固，實(shí)現(xiàn)遞減傳聲，材料安裝如圖5所示。

從表2可以看出，安裝減振材料對(duì)業(yè)主屋內(nèi)噪音削減有較大的正反饋，對(duì)轎廂內(nèi)的噪聲也有一定的抑制作用。由此可以得出，利用吸音減振材料可以有效減少由于電梯主機(jī)固定導(dǎo)軌與住宅建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生共振產(chǎn)生的振動(dòng)型固體噪聲。

3.2.2驅(qū)動(dòng)主機(jī)底座加裝減振材料案例

以1臺(tái)三菱GPS-III電梯為例，如圖6所示為未使用減振措施下的電梯，隨著運(yùn)行速度的提升，抖動(dòng)越來(lái)越大，直到減速后才有所好轉(zhuǎn)，利用振動(dòng)評(píng)價(jià)可對(duì)運(yùn)行曲線進(jìn)行判定：1）水平方向上，Y軸峰峰值振動(dòng)幅值與極限值的比率111%，不符合要求；2）垂直方向上，Z軸峰峰值振動(dòng)幅值與極限值的比率119%，不符合要求。同時(shí)進(jìn)行頻譜分析可以發(fā)現(xiàn)：垂直振動(dòng)峰峰區(qū)域：振動(dòng)頻率為2.50～3.00Hz；垂直振動(dòng)A95區(qū)域：振動(dòng)頻率為2.75～3.00Hz，見(jiàn)表3。

對(duì)該電梯安裝基座安裝了振動(dòng)材料，如圖7所示電梯的振動(dòng)特性明顯改善。

如圖8所示，在采取減振措施后，隨著速度提升，電梯抖動(dòng)相較于采取減振措施前振動(dòng)幅值更小，利用振動(dòng)評(píng)價(jià)可對(duì)運(yùn)行曲線進(jìn)行判定：1）水平振動(dòng)：Y軸峰峰值振動(dòng)幅值與極限值的比率53%，水平振動(dòng)評(píng)價(jià)：良好；2）垂直振動(dòng)：Z軸峰峰值振動(dòng)幅值與極限值的比率55%，垂直振動(dòng)評(píng)價(jià)：良好。同時(shí)進(jìn)行頻譜分析可以發(fā)現(xiàn)：水平振動(dòng)峰峰區(qū)域：振動(dòng)頻率為2.75Hz、20.00Hz；3）垂直振動(dòng)A95區(qū)域：振動(dòng)頻率為20.00Hz，相應(yīng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

可見(jiàn)阻尼材料的應(yīng)用可以顯著降低電梯的振動(dòng)和噪聲，提高電梯的運(yùn)行穩(wěn)定性和乘客的乘坐舒適度。然而，阻尼材料的使用壽命可能會(huì)受到環(huán)境因素的影響，需要選擇耐用性好的阻尼材料，避免材料老化帶來(lái)電梯的振動(dòng)和增加潛在危險(xiǎn)性。

3.3對(duì)電梯本體進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化措施，減少

噪聲源的產(chǎn)生

通過(guò)改善控制系統(tǒng)、優(yōu)化制動(dòng)裝置等設(shè)計(jì)改善和提升加工質(zhì)量、安裝質(zhì)量是改善和提升電梯運(yùn)行性能、減少振動(dòng)和噪聲的主要措施，對(duì)于高速電梯，還需要考慮活塞風(fēng)壓效應(yīng)，對(duì)電梯轎廂結(jié)構(gòu)等優(yōu)化，從而形成一個(gè)系統(tǒng)，從根源消除和減弱振動(dòng)和噪聲的影響。

3.3.1驅(qū)動(dòng)及制動(dòng)控制參數(shù)

在電梯的運(yùn)行控制體系中，變頻器與抱閘對(duì)電動(dòng)機(jī)的精準(zhǔn)協(xié)同，即從驅(qū)動(dòng)到停止的過(guò)渡控制，其時(shí)間點(diǎn)的精確把握與流暢銜接至關(guān)重要。從理論上看，這一轉(zhuǎn)換過(guò)程應(yīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫且平穩(wěn)，但實(shí)際操作中，突變情況難以完全避免。具體而言，當(dāng)電梯啟動(dòng)瞬間，制動(dòng)器釋放與變頻器接管驅(qū)動(dòng)之間，轎廂可能因重力作用而短暫上移或下滑，引發(fā)非預(yù)期的位移，隨后由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)精準(zhǔn)的位置感知與電流調(diào)制，逐步施加漸變驅(qū)動(dòng)力矩以平穩(wěn)啟動(dòng)。

同理，在電梯平層停車(chē)階段，若驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)的配合不夠細(xì)膩，易導(dǎo)致速度調(diào)節(jié)的過(guò)度或不足，進(jìn)而在曳引機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生電磁噪聲。若曳引機(jī)減速箱等機(jī)械部件間存在較大間隙，還可能加劇為機(jī)械沖擊噪聲。因此，為有效降低這些噪聲，變頻器的輸出力矩控制需尤為精細(xì)，需在停機(jī)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)平滑遞減，直至最終為零，從而確保整個(gè)制動(dòng)與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程的平穩(wěn)與安靜。

3.3.2制動(dòng)器設(shè)計(jì)及精度

提升電梯零部件的機(jī)械加工精度，對(duì)于確保各部件間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫且穩(wěn)固的連接至關(guān)重要，精度提升帶來(lái)的噪聲降低效果尤為明顯。在新電梯安裝或制動(dòng)閘瓦更換作業(yè)中，除了確保制動(dòng)器同心度的精確調(diào)整外，對(duì)閘瓦表面進(jìn)行精細(xì)打磨同樣不可或缺，這一步驟能有效減少摩擦噪聲，提升乘坐的安靜度。

此外，采用先進(jìn)的制動(dòng)器控制技術(shù)，如設(shè)置開(kāi)啟和維持電流的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)方式，能夠進(jìn)一步優(yōu)化制動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)性能，減少不必要的機(jī)械沖擊。同時(shí)，結(jié)合使用消聲墊等輔助材料，在制動(dòng)器開(kāi)合時(shí)吸收并隔絕噪聲，從而實(shí)現(xiàn)電梯整體噪聲水平的顯著降低，為乘客提供更加寧?kù)o舒適的乘坐環(huán)境。

4結(jié)論

通過(guò)對(duì)電梯運(yùn)行噪聲的來(lái)源以及減振技術(shù)的研究，文中對(duì)電梯噪聲問(wèn)題進(jìn)行了一次全面的梳理。電梯噪聲問(wèn)題是一個(gè)多因素、復(fù)雜的問(wèn)題，需要綜合考慮電磁、機(jī)械和氣流等多種因素；并通過(guò)實(shí)際例子進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，采取一定措施可以有效降低電梯運(yùn)行噪聲，提高人們的乘坐舒適度。

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