高速曳引式電梯振動(dòng)分析及控制策略

荊成良　趙子欽　黃磊

摘要：目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人口大量向城市集中，城市的高樓和超高樓越來(lái)越多。高速曳引式電梯作為一種快速垂直的運(yùn)輸系統(tǒng)，成為了高層建筑垂直運(yùn)輸?shù)淖詈眠x擇，同時(shí)高速曳引式電梯在使用過(guò)程中也出現(xiàn)了不良振動(dòng)問(wèn)題。文章探討了高速曳引式電梯振動(dòng)的產(chǎn)生原因及振動(dòng)的控制方法。

關(guān)鍵詞：高速曳引式電梯；曳引系統(tǒng)；轎廂；導(dǎo)向系統(tǒng)；主動(dòng)控制系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH21 文章編號(hào)：1009-2374（2017）02-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.030

隨著我國(guó)城市化水平越來(lái)越高，大量的人口加速向城市集中，這導(dǎo)致了城市土地利用情況越來(lái)越緊張，出現(xiàn)了地狹人稠的情況。在這種背景下，城市的高層建筑越來(lái)越多，并且建筑樓層也越來(lái)越高。樓梯，這種低樓層的裝置，已經(jīng)不能滿足當(dāng)今城市的要求。電梯具有占用空間小、提升速度快的特點(diǎn)，使其順其自然地應(yīng)用到了城市的高層和超高層建筑物中來(lái)。高速曳引式電梯是目前在城市中應(yīng)用最多的電梯類型。

1 高速曳引式電梯振動(dòng)的產(chǎn)生原因

高速曳引電梯是垂直交通運(yùn)輸?shù)囊环N常見形式，主要由八大系統(tǒng)組成，分別是曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、門系統(tǒng)、轎廂系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)。從速度上分類可以分為低速電梯、中速電梯、高速電梯、超高速電梯。高速電梯與低速電梯相比，高速電梯運(yùn)行速度快、運(yùn)行距離長(zhǎng)，振動(dòng)危害更加明顯。這不僅縮短了高速曳引電梯的使用壽命，而且可能對(duì)乘客的財(cái)產(chǎn)和人身安全造成巨大的威脅。

1.1 因曳引系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)

1.1.1 曳引系統(tǒng)制造安裝不合理引起的振動(dòng)。曳引機(jī)是電梯系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證，是整個(gè)電梯系統(tǒng)的動(dòng)力源頭。曳引機(jī)的制造安裝精度不夠，是高速曳引電梯產(chǎn)生振動(dòng)的一個(gè)重要原因。渦輪副的組裝精度不足，使得渦輪副不能正常進(jìn)行嚙合過(guò)程。渦輪、蝸桿齒之間持續(xù)撞擊，使得高速曳引電梯產(chǎn)生振動(dòng)。并且曳引機(jī)安裝精度越差，渦輪、蝸桿齒之間形成的撞擊力也就越大，產(chǎn)生的振動(dòng)也就越嚴(yán)重。

1.1.2 曳引機(jī)使用時(shí)間較長(zhǎng)產(chǎn)生磨損振動(dòng)。曳引機(jī)由于使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致渦輪蝸桿與齒輪產(chǎn)生明顯的磨損。高速曳引電梯在運(yùn)行時(shí)，渦輪蝸桿和齒輪之間產(chǎn)生間隙性滑動(dòng)。特別是在加速上升或減速制動(dòng)的時(shí)候，渦輪桿和齒輪之間更會(huì)發(fā)生軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致高速曳引式電梯發(fā)生明顯的臺(tái)階式的振動(dòng)。

1.1.3 曳引機(jī)不合理使用導(dǎo)致的振動(dòng)。高速曳引電梯的不合理使用，是振動(dòng)產(chǎn)生的重要原因之一。高速曳引電梯不合理的使用包括過(guò)于頻繁的啟動(dòng)制動(dòng)、電梯超載、載重頻繁變換、操作不按規(guī)程等。這些都導(dǎo)致了曳引電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)互相摩擦碰撞，從而使電梯發(fā)生明顯的機(jī)械振動(dòng)。

1.1.4 曳引輪槽受損發(fā)生的振動(dòng)。高速曳引電梯的工作原理是曳引電機(jī)通過(guò)曳引輪和鋼絲繩驅(qū)動(dòng)轎廂上下垂直移動(dòng)。當(dāng)引輪巢由于腐蝕的原因受損或者輪槽內(nèi)有油膩疙瘩，鋼絲繩和引輪之間便會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致轎廂發(fā)生振動(dòng)。

1.1.5 共振導(dǎo)致電梯振動(dòng)。當(dāng)曳引電機(jī)的振動(dòng)和電梯的振動(dòng)頻率基本一致時(shí)，曳引電機(jī)和電梯之間就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的共振現(xiàn)象。強(qiáng)烈的共振通過(guò)鋼絲繩進(jìn)而傳遞給轎廂，從而使得轎廂產(chǎn)生振動(dòng)。

1.2 電梯轎廂設(shè)計(jì)、組裝、維護(hù)等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的振動(dòng)

1.2.1 轎廂設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生振動(dòng)。（1）由于高速曳引電梯速度快，所以轎廂在空氣中快速移動(dòng)時(shí)，轎廂的轎頂轎底和電梯通道之中的空氣會(huì)產(chǎn)生劇烈摩擦，如果轎廂的設(shè)計(jì)不符合空氣動(dòng)力學(xué)的要求，摩擦便會(huì)非常劇烈，從而導(dǎo)致轎廂劇烈震動(dòng)；（2）轎廂設(shè)計(jì)重心不穩(wěn)是電梯產(chǎn)生振動(dòng)的重要原因。由于轎廂重心不穩(wěn)，致使輪槽、曳引輪受力不均，進(jìn)而使得曳引輪、曳引輪槽組和轎廂在電梯運(yùn)行時(shí)，配合不默契，各部件之間產(chǎn)生碰撞摩擦，從而使電梯產(chǎn)生明顯振動(dòng)。

1.2.2 安裝不合理產(chǎn)生振動(dòng)。（1）安裝人員在進(jìn)行轎廂安裝時(shí)，未嚴(yán)格按照安裝的程序和安裝的工藝要求開展安裝作業(yè)。轎廂安裝重心未找準(zhǔn)，出現(xiàn)了小角度的傾斜。電梯開始運(yùn)行時(shí)，轎廂和電梯的其他部件出現(xiàn)劇烈的摩擦碰撞，從而導(dǎo)致電梯產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。這種問(wèn)題一旦出現(xiàn)很難糾正；（2）有的轎廂由于工藝差，尺寸不合標(biāo)準(zhǔn)。組裝人員將轎廂與輪槽、曳引輪強(qiáng)行拼裝，使得電梯的很多部件發(fā)生變形現(xiàn)象，在電梯運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，使大梁和立梁之間產(chǎn)生共振現(xiàn)象；（3）在轎廂安裝時(shí)，轎廂緊固部件松動(dòng)，電梯在高速運(yùn)行的時(shí)候，轎廂就會(huì)由于連接處各部件劇烈的碰撞摩擦，而產(chǎn)生振動(dòng)。另外，有的安裝人員為將轎廂放置到位便強(qiáng)行緊固，導(dǎo)致電梯在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生扭勁，而導(dǎo)致電梯振動(dòng)。

1.2.3 維修養(yǎng)護(hù)不合理產(chǎn)生的振動(dòng)。維修養(yǎng)護(hù)人員在對(duì)電梯進(jìn)行維修時(shí)，拆卸前未做好標(biāo)記，導(dǎo)致轎廂的部件在重新安裝時(shí)，因發(fā)生不合理的移位而引起振動(dòng)。例如更換靴襯、導(dǎo)靴架，調(diào)整安全鉗間隙不當(dāng)引起偏移。安裝人員維修保護(hù)時(shí)，轎廂各部件間的緊固螺栓（導(dǎo)靴架、立梁、大梁等固定螺栓）松動(dòng)移位，而改變了作用力中心。這不僅會(huì)引起電梯振動(dòng)，而且還有可能撞壞門刀、門頭。

1.3 曳引導(dǎo)向系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)

高速曳引電梯的導(dǎo)向系統(tǒng)主要包括導(dǎo)軌、導(dǎo)向支架、導(dǎo)靴三個(gè)基本部分。當(dāng)導(dǎo)向系統(tǒng)的一個(gè)或某個(gè)部件由于人力或自然力原因出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，就會(huì)使電梯發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象。

1.3.1 安裝方面引起的振動(dòng)。（1）安裝人員由于技術(shù)水平有限或者責(zé)任心不強(qiáng)，導(dǎo)軌安裝不精確或者錯(cuò)位，導(dǎo)致導(dǎo)軌的對(duì)向度和垂直度不合標(biāo)準(zhǔn)。電梯運(yùn)行時(shí)電梯各部件就會(huì)由于導(dǎo)軌安裝不合格的原因，從而產(chǎn)生劇烈的摩擦振動(dòng)；（2）導(dǎo)軌在安裝過(guò)程中由于外力而產(chǎn)生變形也會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)發(fā)生。

1.3.2 維修保養(yǎng)引起的振動(dòng)。電梯使用期間未及時(shí)對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行保養(yǎng)。（1）導(dǎo)向系統(tǒng)的緊固部件松動(dòng)問(wèn)題未及時(shí)解決，使得導(dǎo)向系統(tǒng)各部件出現(xiàn)位移晃動(dòng)，從而引發(fā)電梯振動(dòng)；（2）未及時(shí)為導(dǎo)向系統(tǒng)添加潤(rùn)滑劑或者未及時(shí)清除導(dǎo)向系統(tǒng)內(nèi)的油污塊兒，導(dǎo)致電梯在運(yùn)行的時(shí)候摩擦系數(shù)增大，形成摩擦振動(dòng)。

1.3.3 導(dǎo)軌規(guī)格不符引起的振動(dòng)。電梯運(yùn)行速度在1.00m/s以下、10層以上的情況下，才宜用8K導(dǎo)軌，其他速度和層站的電梯應(yīng)用13K以上導(dǎo)軌。如果導(dǎo)軌使用規(guī)格與電梯其他配件不能相互契合，電梯的各部件之間就會(huì)發(fā)生碰撞或加劇摩擦，產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象。

除此以外，因曳引系統(tǒng)導(dǎo)致電梯振動(dòng)的原因還有導(dǎo)軌硬度不足，在電梯運(yùn)行時(shí)，由于導(dǎo)靴的影響，導(dǎo)軌變形；導(dǎo)軌彈簧和導(dǎo)靴之間的安裝間隙不符合標(biāo)準(zhǔn)，電梯在運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)軌與導(dǎo)靴配合不默契，形成振動(dòng)。

1.4 限速器、漲緊輪、限速器鋼絲繩引發(fā)電梯振動(dòng)

1.4.1 由于電梯維護(hù)人員未及時(shí)將限速器、漲緊輪、限速器鋼絲繩上的油泥團(tuán)清除，導(dǎo)致限速器鋼絲繩在工作時(shí)受到阻礙，在電梯通道內(nèi)發(fā)生一定程度的晃動(dòng)。鋼絲繩的晃動(dòng)傳到電梯轎廂，引起電梯轎廂振動(dòng)。

1.4.2 因限速器或漲緊輪軸損壞產(chǎn)生振動(dòng)。潤(rùn)滑油是電梯正常運(yùn)行的保證。當(dāng)軸承缺油時(shí)，軸承在工作時(shí)摩擦力便會(huì)急劇增大、進(jìn)而導(dǎo)致軸承受損。軸承損壞的原因90%是由缺油引起的。損壞的類型包括滑動(dòng)軸承失圓、滾動(dòng)軸承的球珠有麻點(diǎn)、球珠破損、球架損壞、球珠失圓等。當(dāng)軸承受損時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生劇烈的摩擦，導(dǎo)致電梯發(fā)生振動(dòng)。

1.5 其他原因?qū)е碌恼駝?dòng)

1.5.1 電動(dòng)機(jī)引起的振動(dòng)主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)、靜不平衡，電動(dòng)機(jī)竄軸，銅套失圓缺油，軸承損壞等方面。

1.5.2 抱閘間隙調(diào)整不當(dāng)，使抱閘不能完全打開。抱閘不能完全打開直接影響到電梯的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而導(dǎo)致電梯發(fā)生振動(dòng)。這種情況輕則引起電梯振動(dòng)、重則燒毀線圈或抱閘皮層磨損，發(fā)生電梯溜車、沖頂?shù)葒?yán)重的安全事故。

2 高速曳引式電梯振動(dòng)的控制策略

2.1 控制振源

2.1.1 采用流水線性的氣動(dòng)格局轎廂，可以有效地減小電梯通道內(nèi)轎廂和空氣的劇烈摩擦。

2.1.2 電梯安裝人員在轎廂安裝前，要先將轎廂平放在地上，對(duì)轎廂進(jìn)行重心檢查。

2.1.3 安裝轎廂補(bǔ)償裝置。轎廂補(bǔ)償裝置主要安裝在轎底。其通過(guò)對(duì)轎廂的重心進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使轎廂保持良好的平衡狀態(tài)，減小導(dǎo)軌和導(dǎo)軌之間的摩擦。

2.1.4 對(duì)轎壁表面進(jìn)行減震處理。安裝人員可以在轎壁表面，安裝減震夾層或者涂抹減震粘子等減小電梯振動(dòng)。

2.1.5 在轎底腳架之間安裝減震裝置。如在轎底安裝減震墊等。

2.2 精確安裝，定期維護(hù)

2.2.1 在安裝前，安裝人員要首先對(duì)電梯各部件進(jìn)行合理檢查。

2.2.2 在電梯安裝過(guò)程中，安裝人員要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)組裝電梯，保證電梯各部件安裝位置精確，這樣可以有效避免電梯在運(yùn)行時(shí)由于部件錯(cuò)位從而產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。

2.2.3 電梯在使用了一段時(shí)間后，要及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。比如安裝人員要及時(shí)為曳引輪、鋼絲繩添加潤(rùn)滑油，以減小電梯各部件之間的摩擦振動(dòng)；要定期檢查緊固螺絲是否有松動(dòng)情況，同時(shí)也要檢查電梯各部件是否有變形現(xiàn)象，并且及時(shí)更換。

2.3 采用主動(dòng)控制系統(tǒng)

主動(dòng)控制系統(tǒng)能及時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)水平及振動(dòng)位置，并根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)措施，消除或減少振動(dòng)產(chǎn)生的危害，保證電梯的正常運(yùn)行。主動(dòng)控制系統(tǒng)目前已經(jīng)開始應(yīng)用到了高速曳引式電梯中。主動(dòng)控制的方式包括主動(dòng)、半主動(dòng)吸振控制、隔振控制、阻振控制、消振控制。主動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用有效地減小了電梯的振動(dòng)現(xiàn)象，延長(zhǎng)了電梯的使用壽命，為電梯的正常運(yùn)行提供了有力的保證。

3 結(jié)語(yǔ)

電梯振動(dòng)不僅影響乘客乘坐的舒適度，影響電梯的使用壽命，更嚴(yán)重還會(huì)帶來(lái)重大的安全事故。在如今現(xiàn)代高層建筑中，高速曳引電梯應(yīng)用越來(lái)越多，電梯的安全使用越來(lái)越被使用者重視。為了保證電梯的舒適安全使用，工作人員一定要端正態(tài)度，及時(shí)規(guī)律地對(duì)電梯進(jìn)行維修維護(hù)，并且在電梯系統(tǒng)中安裝主動(dòng)控制系統(tǒng)。

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（責(zé)任編輯：王 波）