高速電梯中的減振減噪設計研究

李中斌 程亞周

前言

高速電梯在井道中的快速上下往復運動會導致氣體被瞬時壓縮，由此產生的較大風阻則會與轎廂作用最終導致風阻噪聲的出現，同時出現的空氣流速急劇增加則會導致轎廂的劇烈波動，而為了盡可能抑制高速電梯噪聲、保證電梯運行的安全性和舒適性，正是本文開展高速電梯減振減噪設計研究的原因所在。

1 高速電梯中的減振減噪設計途徑

1.1 減振導靴

在高速電梯的減振減噪設計中，改進電梯導靴屬于較為常見的一種減振減噪設計，國內外電梯公司均在減振導靴研發中投入了較高精力。其中，減振導靴在高速電梯減振減噪設計中有著較為廣泛應用，這類減振導靴采用在轎廂側安裝超導電磁鐵，并由此配合井道內壁裝置磁懸浮導軌，磁懸浮導軌還將同時與轎廂上裝置的導軌相配合，這就使得減振導靴能夠較好服務于高速電梯的減振減噪設計[1]。

1.2 轎外導流外罩

在高速電梯轎廂頂部、底部加設整流罩同樣屬于較為常見的減振減噪設計，流線型結構的整流罩能夠有效降低風阻，高速電梯運行中的噪音、振動均將實現明顯減小。一般的高速電梯轎廂為四方形，其與空氣壓縮接觸時會產生強烈的空氣紊流，但基于計算機模擬系統的導流外罩設計卻能夠實現轎廂和氣流摩擦的最大程度降低，紊流產生的減少將有效減小轎廂外形因此的噪聲與振動。

1.3 雙層轎壁、雙層轎門

雙層轎壁、雙層轎門同樣屬于較為常見的高速電梯減振減噪設計，這一設計能夠將噪音與振動阻隔在轎廂之外，高速電梯乘坐的舒適感也將通過轎內振動與噪音的減少實現大幅提升，近年來雙層結構轎壁高速電梯、采用內部為真空壁板轎廂的高速電梯也因此大量涌現。值得注意的是，設法改進自動開門機系統同樣能夠有效降低高速電梯振動和噪音，這種改進的核心在于引進變頻調制技術控制自動開門機系統，開關門環節產生的噪聲將由此得到較好抑制[2]。

2 高速電梯減振減噪設計實例分析

2.1 設計背景

為提升研究的實踐價值，本文選擇了某高層建筑項目的高速電梯設計作為研究對象，該項目建筑高度為530m，共配備81部電梯用于垂直交通運輸，其中三部電梯速度為10m/s，同時也存在速度為5m/s、6m/s、8m/s的電梯，為降低電梯噪音和振動，設計人員開展了一系列針對性較強的減振減噪設計，也正是由于這一系列設計，該項目電梯振動、噪聲水平得以滿足國家標準要求。

2.2 具體設計

2.2.1 應用Ultra滾輪導軌

為有效降低高速電梯運行過程中的噪聲和振動，采用了每臺電梯安裝4套Ultra滾輪導軌的設計，Ultra滾輪導軌分別安裝于轎廂底部安全鉗座下方、上梁兩側，并同時在重梁的上部和底部安裝四套對重導靴，電梯運行過程中的噪聲和振動因此實現了明顯抑制。Ultra滾輪導軌能夠抑制電梯高速運行時導軌接縫或垂直偏差引發的振動，且其在應用中基本無需維護，而針對電梯運行速度針對性選擇彈性元件自調節減震、液壓減震器，則保證了Ultra滾輪導軌得以較好服務于研究項目高速電梯的減振減噪設計。

2.2.2 合理選用轎廂

為進一步降低高速電梯噪聲和振動，設計人員圍繞轎廂壁、天花板、轎廂平臺、轎廂框架等部件開展了大量研究，最終選擇了符合空氣動力學原理的新型Q型轎廂，由此高速電梯運行過程中的噪音被控制在50dBA內，垂直的水平振動則被控制在10mg內。此外，還采用了如下減振減噪設計：①轎廂壁。通過設計，保證了通風口無可見縫隙，同時采用了調節豎直加勁板、平臺彈性接口的設計，前者可降低傳動系噪音，后者則能夠降低結構傳導的噪音，而為了消除轎廂壁可見縫隙，采用了層疊轎廂壁的處理方式。②地臺。基本采用平臺式封閉設計，而為了消除振動傳導，縱梁連接采用點焊方式。③轎廂框架。通過優化轎廂框架、加固框架各處節點，電梯轎廂的平穩性大大提升，振動能量損耗也實現了一定增加[3]。

2.2.3 應用永磁電動門機系統

研究項目電梯門均采用PWM脈寬調制技術、直接的齒形帶傳動系統，門系統運行噪音因此大幅降低，同時選用的永磁同步門機（NGSOK型號）則在提高電梯性能的同時，進一步實現了電梯的減振減噪。永磁同步門機采用高效的永磁電機直接驅動，較少的運動部件數量、較強的惡劣工況應對能力、無需使用溫度傳感器檢測均屬于永磁電機具備的優勢，而結合永磁電機性能測試，可確定其轎內的運行噪音、鎖定/解鎖噪音分別為最大52dBA與55dBA，重開門距離最大為100mm，無負載情況下電動機噪音為45dBA

2.2.4 采用轎外導流罩

研究項目的高速電梯減振減噪設計還應用了轎外導流罩，這一設計是為了滿足國家對消防電梯提出的60s之內達到建筑的頂層或底層要求，為避免高速電梯在如此短時間內的快速運行中受到氣壓劇烈變化的影響，高速電梯轎廂內部在快速運行中可能出現的氣壓急劇變化應對屬于該環節減振減噪設計的關鍵，而為了避免高速電梯可能由此引發的乘梯人員耳鳴不適，設計人員采用了圖1所示的轎外導流罩。在轎外導流罩支持下，快速運行產生的空氣阻力、因氣流引發的振動均得到了較好抑制，同時配合使用氣壓控制閥及控制裝置，即可保證高速電梯在運行過程中自動加減轎廂內氣壓，乘梯人員的不適感避免、噪音穿入的密封轎廂抑制也將由此實現。

2.3 其他設計路徑

2.3.1 項目概況

上述實例涉及的高速電梯減振減噪設計具備較高借鑒價值，但由于其設計水準較高，并不能完全應用于所有高速電梯，因此本文將對某普通高層建筑高速電梯減振減噪設計路徑進行簡單介紹，該項目高速電梯的額定速度為6m/s。

2.3.2 具體設計

圖1 轎外導流罩

為實現高速電梯的減振減噪設計，該項目采用了貼隔音棉減噪、增加迷宮式擋風板減噪、加裝靜平衡減振、加長轎廂架減振的減振減噪設計，其中貼隔音棉減噪設計主要包括轎壁貼隔音棉、轎頂貼隔音棉，高速電梯轎廂氣動風噪實現了明顯降低，其運行過程中的噪音同樣被控制在50dBA內；而在增加迷宮式擋風板減噪的設計中，該設計主要包括通風孔特殊設計、COP特殊設計、轎頂風扇特殊設計、轎門特殊設計，通過安裝迷宮式擋風板、采用整體式COP轎廂操作面板、加裝風扇罩、增加擋風板，使電梯運行過程中的振動、噪聲實現了進一步抑制；加裝靜平衡減振是一種在轎廂底四個角上加平衡塊的減振減噪設計，該設計取得的效果雖然無法比擬上文提到的Ultra滾輪導軌，但同樣能夠在一定程度上抑制振動、噪聲；加長轎廂架減振是為了提升高度電梯內部舒適度，因此該設計確定了“轎廂高度+2714mm”的高速梯轎架高度，并在轎廂與轎架相連處采用彈簧減震，同時采用通過鋼管連接到轎架下梁的電纜支架固定強度增強、對角分布的支架設置，進一步實現了高速電梯的減震減噪設計，這一系列較為“平民”化的減震減噪設計同樣具備較高借鑒價值。

3 結論

綜上所述，高速電梯的減振減噪設計具備較高必要性，在此基礎上，本文涉及的應用Ultra滾輪導軌、合理選用轎廂、應用永磁電動門機系統、采用轎外導流罩等內容，則提供了可行性較高的高速電梯減振減噪設計路徑，而為了實現更高水平的高速電梯減振減噪設計，綠色節能電梯技術應用、“以人為本”電梯設計理念、高性能微處理器應用也應成為業界關注焦點。