頻率分析法在自動扶梯振動調試中的應用

彭大清

摘 要：主要探討了采用頻率分析法調試自動扶梯振動的過程。通過結合具體實例，系統分析了頻率分析法的應用，以期為有關方面的需要提供參考和借鑒。

關鍵詞：頻率分析法；自動扶梯；振動調試；噪聲振動

中圖分類號：TH236 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.108

自動扶梯也稱為電動扶梯或自動行人電梯、扶手電梯、電扶梯，是一種以運輸帶運送行人的運輸工具。由于人們對自動扶梯的設計、施工要求越來越高，導致自動扶梯的振動調試得到了施工人員的重視。頻率分析法在自動扶梯振動調試中的應用，為自動扶梯的振動調試工作帶來了極大的幫助。因此，本文就在自動扶梯振動調試中應用頻率分析法進行了探討。

1 使用頻率分析法調試的原理

1.1 快速傅里葉變換

使用頻率分析法對自動扶梯的噪聲振動進行分析時，首先要將自動扶梯的振動數據轉為頻率譜圖，這就需要使用快速傅里葉變換（FFT）工具。FFT是1965年由J.W.庫利和T.W.圖基提出的，是離散傅里葉變換的快速算法，可將一個信號從時域變換到頻域。因此，使用FFT可提取振動信號的頻率，并繪制成頻率譜圖。根據頻率譜圖有可能找出振動源。

1.2 自動扶梯零部件運動頻率的計算

自動扶梯的振動是因自動扶梯各部件運動導致的，其振動頻率與相應部件的運動頻率一致。自動扶梯各部件的運動頻率可分為旋轉頻率和多邊形效應頻率。

自動扶梯上有很多旋轉部件，比如主機馬達、主驅動、扶手驅動和各種滾輪等。如果因某些原因它們沒有繞其圓心旋轉，或其旋轉圓周上有缺陷，則會導致自動扶梯產生與其旋轉頻率一致的振動。旋轉部件的旋轉頻率可用下式計算：

f=φ/60. （1）

式（1）中：f為旋轉部件的旋轉頻率，Hz；φ為旋轉部件的旋轉速度，r/min。

自動扶梯上有很多鏈輪，比如主機鏈輪和主驅動上的驅動鏈鏈輪、梯級鏈鏈輪、扶手驅動鏈鏈輪等。自動扶梯的多邊形效應是指當這些鏈輪每轉過一個齒時，對應鏈條的速度從快到慢再從慢到快變化一次的現象。多邊形效應會導致自動扶梯的運行速度時快時慢，使乘客產生前后竄動的不適感。其頻率與鏈輪的轉速、齒數有關，可用下式計算：

f=φ·n/60. （2）

式（2）中：f為自動扶梯多邊形效應的頻率，Hz；φ為自動扶梯鏈輪的轉速，r/min；n為自動扶梯鏈輪的齒數。

1.3 諧波

根據法國數學家傅里葉的發現——任何周期性重復的波形都可分解為基波和一系列為基波頻率倍數的諧波的正弦波分量。自動扶梯的振動大多屬于周期性振動，因此，除了頻率與運動頻率一致的基波外，還有一系列頻率為基頻整數倍的諧波。其中，頻率為基頻2倍的諧波叫2次諧波，頻率為基頻3倍的諧波叫3次諧波，依此類推。基波和諧波在頻率譜圖上表現出一系列等距分布的頻率峰。

2 調試工程實例

使用頻率分析法對1臺振動超標的自動扶梯進行了調試，收到了很好的效果。調試之前，這臺扶梯梯級和扶手帶振動測量數據的測量工具為PMT。由此可見，這臺自動扶梯的梯級和右側扶手帶的振動都超出了允許范圍，需調試。因此，使用頻率分析法開展調試工作。

2.1 各零部件引起的扶梯振動頻率

收集的該扶梯的一些參數如表1所示，并作為各零部件運動頻率計算的根據。通過現場測量或查看設備銘牌，可方便地得到這些數據。

表1 待調試自動扶梯參數

自動扶梯參數 參數值

梯級運行速度（測量值）v1/（m/s） 0.496

主機齒輪箱減速比i 24.5∶1

主機鏈輪齒數nm 19

主驅動鏈鏈輪齒數nd 68

主驅動梯級鏈鏈輪齒數nδ 16

主驅動鏈節距dm/mm 31.75

梯級鏈節距dδ/mm 135.47

扶手帶驅動鏈節距dh/mm 25.4

扶手帶驅動鏈鏈輪（主驅動軸）齒數nmd 29

扶手帶驅動鏈鏈輪（扶手帶驅動軸）齒數nbd 19

梯級鏈輪/梯級輪直徑dr/mm 76

根據表1中的扶梯參數，可計算出各零部件的運動頻率，如表2所示。

表2 自動扶梯各零部件的運動頻率（單位：Hz）

自動扶梯參數 參數值

主機馬達旋轉頻率

20.07

主機鏈輪旋轉頻率

0.819

主驅動旋轉頻率

0.229

扶手帶驅動鏈輪（主驅動軸）旋轉頻率

0.229

扶手帶驅動鏈輪（扶手帶驅動軸）旋轉頻率

0.349

梯級鏈輪/梯級輪旋轉頻率

2.078

主驅動鏈多邊形效應效率

15.56

梯級鏈多邊形效應頻率

3.662

扶手帶驅動鏈多邊形效應頻率

6.637

根據表2中列出的運動頻率，可計算出其引起的扶梯振動頻率，如表3所示。

表3 由各零部件運動所引起的扶梯振動頻率（單位：Hz）

零部件固有頻率 基頻 2次諧波 3次諧波 4次諧波 5次諧波

主機馬達旋轉頻率 20.07 40.13 60.20 80.27 100.3

主機鏈輪旋轉頻率 0.82 1.64 2.46 3.28 4.10

主驅動旋轉頻率 0.23 0.46 0.69 0.92 1.14

扶手帶驅動鏈輪（主驅動軸）

旋轉頻率 0.23 0.46 0.69 0.92 1.14

扶手帶驅動鏈輪（扶手帶驅動軸）

旋轉頻率 0.35 0.70 1.05 1.40 1.75

梯級鏈輪/梯級輪旋轉頻率 2.08 4.16 6.23 8.31 10.39

主驅動鏈多邊形效應效率 15.56 31.12 46.69 62.25 77.81

梯級鏈多邊形效應頻率 3.66 7.32 10.98 14.65 18.31

扶手帶驅動鏈多邊形效應頻率 6.64 13.27 19.91 26.55 33.18

2.2 率譜圖的繪制和主要振動源的確定

在計算出因各零部件運動所引起的扶梯振動頻率后，使用EVA振動分析工具軟件（版本號：8.7511）的FFT功能對這臺自動扶梯的梯級和右側扶手帶的振動頻率譜圖進行了繪制，并將其與該扶梯因各零部件運動所引起的振動頻率進行了對比。對比后發現，與主驅動鏈、梯級鏈和扶手帶驅動鏈多邊形效應

相對應的頻率均屬于扶梯運行中固有的正常頻率。此外，還發現了一個7.78 Hz的未知頻率。

經觀察發現，該未知頻率是主驅動鏈多邊形效應引起的振動頻率15.56 Hz的50%，因此，懷疑該未知頻率與主驅動鏈有關。進一步檢查發現，該扶梯主機在安裝時調整不到位，導致主驅動鏈與主機鏈輪嚙合時有刮擦現象。由于主驅動鏈屬于內—外鏈板交替排列的結構，當主機安裝位置不正確時，主驅動鏈的內鏈板就會與主機鏈輪刮擦。主驅動鏈上兩個相鄰內鏈板間的距離是主驅動鏈節距的2倍，而其對應的頻率正好是主驅動鏈多邊形效應頻率的50%. 因此，該未知頻率出現的原因是主驅動鏈與主機鏈輪的刮擦，這是因扶梯不正常運行所導致的異常頻率。因此，確定了該扶梯的4個主要振動源分別為主驅動鏈的多邊形效應、梯級鏈的多邊形效應、扶手帶驅動鏈的多邊形效應和主驅動鏈與主機鏈輪的刮擦。

從各頻率峰的峰高可看出，梯級振動受主驅動鏈和梯級鏈的影響較大，扶手帶的振動受扶手帶驅動鏈的影響較大，主驅動鏈與主機鏈輪的刮擦對二者影響均較大。

2.3 調整效果

從上述分析可見，該扶梯存在的問題是主驅動鏈與主機鏈輪的刮擦，這是導致其振動超標的主要原因。只有解決這個問題，才能使扶梯振動符合要求。因此，對主機位置進行了調整，使主驅動鏈的張緊程度處于合適的狀態，且與主機鏈輪不存在刮擦現象。在調整了主機位置后，該扶梯的振動達到了規定要求。為了進一步驗證本次調整是否成功消除了7.78 Hz的不正常振動頻率，繪制了調整后該扶梯右側扶手帶和梯級振動的頻率譜圖，如圖1所示，異常頻率已消失不見。由此可見，之前對振動源的判斷是正確的，且調整措施是有效的。

（a）右側扶手帶振動頻率譜圖（調整后）

（b）梯級振動頻率譜圖（調整后）

圖1 調試后扶梯右側扶手帶和梯級振動頻率譜圖

3 結束語

綜上所述，自動扶梯的振動調試工作對其安全運行起著巨大的促進作用。因此，需要熟練掌握頻率分析法，使其在自動扶梯的振動調試工作中有效發揮作用，以大大提高自動扶梯的調試效率，從而為自動扶梯的運行提供幫助。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕

Application of Frequency Analysis Method in the Adjustment of the Vibration of the Escalator

Peng Daqing

Abstract： This paper mainly discusses the process of adjusting the vibration of the escalator by using the frequency analysis method. Through the combination of concrete examples， the application of frequency analysis method is analyzed in order to provide reference for the relevant aspects.

Key words： frequency analysis method； escalator； vibration test； noise vibration

文章編號：2095-6835（2015）19-0110-02