曳引式電梯主機噪聲成因分析與改進措施

曹 杰，劉 磊，李德鋒

（江蘇省特種設備安全監督研究院，江蘇常州 213000）

0 引言

電梯已成為人們日常生活中不可或缺的角色。運行良好的電梯給生活帶來方便舒適，而狀態不好的電梯除了存在安全隱患外，也會讓人乘坐過程膽戰心驚。電梯運行過程會產生各種噪聲，其產生機理是復雜的。本文作者著重分析曳引式電梯主機噪聲的產生原因，并針對其提出改進措施。

1 曳引式電梯主機噪聲的影響及相關標準

電梯主機是曳引式電梯運行的動力源，一般由電動機、制動器、聯軸器、減速箱、曳引輪、機架和導向輪及附屬盤車手輪等組成。有機房電梯主機安裝在機房中，電梯一旦運行，主機噪聲就可能從機房傳播出去。由于建筑設計及材料隔音問題，加上電梯安裝過程與建筑的連接，電梯主機噪聲會傳入用戶家中，靠近機房的住戶極有可能受到噪聲的影響。電梯的噪聲主要以低頻振動為主。科學研究表明電梯產生的頻率低于200Hz的低頻噪聲會嚴重損害人們的內臟，其中對人體影響較為明顯的是3～50Hz的頻率范圍。

目前與電梯噪聲相關的標準主要有三類[1-5]：一是電梯本身的制造與安裝標準，主要包括《電梯技術條件》、《電梯制造與安裝安全規范》等；二是建筑方面的標準，主要包括《住宅設計規范》、《民用建筑設計隔聲設計規范》；三是環保方面的標準，主要包括《聲環境質量標準》等。這三類標準對于電梯運行噪聲的限值略有不同：制造與安裝標準規定在額定速度不大于2.5 m/s的情況下，機房平均噪聲不得高于80 dB，運行中轎廂的聲音不得高于55 dB；建筑設計標準規定住宅內臥室允許噪聲不得高于50 dB，起居室不得高于45 dB；環保標準則規定白天不得高于40 dB，晚上不得高于30 dB。

電梯噪聲的影響與整改已經成為現代生活的話題，相關檢測機構對受噪聲困擾的用戶提供檢測與防治措施的服務[6]。

2 常見曳引式電梯主機噪聲成因分析

曳引式電梯是日常生活中最常見的梯型，其主機可分為有齒輪和無齒輪兩種。有齒輪主機主要是蝸輪蝸桿主機，電動機的動力通過減速箱傳遞到曳引輪上，速度一般不快，多用于貨梯；而無齒輪主機的動力則不通過減速箱直接傳遞到曳引輪上，重量輕，結構緊湊，效率高，多用于客梯。如圖1所示為常見的有齒輪蝸輪蝸桿主機和無齒輪永磁同步主機。隨著科技進步，電梯拖動方式已發生翻天覆地的改變，以往的技術例如PLC控制、交流雙速電梯等如今已所剩不多，只有少量的老電梯仍在使用。如今曳引式電梯主機常用的拖動方式是變頻調壓調速（簡稱VVVF），已經能滿足大部分日常使用場所，如辦公樓、廠房等。變頻電梯應用變頻控制原理，由旋轉編碼器脈沖計算、負載檢測等實現無級變速控制。這類電梯是目前市場上的主流產品，使用率較高。近些年常見的永磁電機則是新材料使用方面的突破，通過無齒輪永磁恒定力矩特性可以實現直接使電梯運行或停止。

圖1 蝸輪蝸桿主機與永磁同步主機Fig.1 Worm Gearand PermanentMagnetSynchronous Host

以這兩類主機為研究對象，綜合分析其產生噪聲的原因。除去控制柜接觸的吸合噪聲，有齒輪主機的運行噪聲主要來自：電機轉動和電流噪聲、減速箱運轉齒輪撞擊與嚙合噪聲、電梯停車抱閘吸合噪聲，而永磁電機的噪聲比傳統的蝸輪蝸桿主機低很多。

2.1 安裝調試不當引起的噪聲

電梯主機噪聲很大部分來自安裝調試不到位。以制動器為例[7]，電梯剎車都需要磁力器的頻繁啟動，因此磁力器的穩定性很大程度上制約著制動系統的工作狀態。出廠調試好的磁力器，到了現場運行后會莫名出現卡阻、噪聲大、動作不同步等現象，其中主要由于現場調試過程沒有到位。

常見的鼓式磁力器通常由兩組電磁鐵芯組成，通電后，鐵芯在套筒內移動，克服彈簧的壓縮力，抱閘打開，電梯運行。長時間的動作，如果鐵芯與套筒調試不好，定位不準，就會出現上述現象，從而發出噪聲。蝸輪蝸桿主機的制動系統通常還包括制動臂、制動彈簧、閘瓦、轉動軸等部件，部件之間都采用活連接，故存在一定的連接間隙。制動和松閘過程都會對制動系統施加正反方向的作用力，時間一長則會使間隙變大，從而產生噪聲。

2.2 磨損、故障引起的噪聲

有齒輪主機由于通過蝸輪蝸桿傳遞動力，齒輪件之間存在一定間隙，如果電梯長期運行在負載較大的狀態下，齒輪磨損會使間隙加大，從而引起運轉噪聲的加劇。

主機噪聲往往是發生故障的前兆，在所有電機故障中，軸承故障占40%以上[8]。軸承故障包括外圈、內圈、滾珠缺陷、保持架缺陷，這些都是機器振動的主要原因。電梯運行不可避免造成軸承的磨損，軸承常受到疲勞、環境機械振動、過載、軸心錯位、污染、腐蝕以及不恰當的潤滑等影響，這些因素開始只是導致邊緣缺陷，然后這些缺陷會在軸承內圈、外圈和滾珠組件中傳遞并擴散增大。一段時間過后，缺陷變得顯著，便會產生機械振動從而引起噪聲。

2.3 電磁噪聲[9]

電磁振動導致電磁噪聲，電機氣隙磁場與電機鐵芯產生的電磁力相互作用，由此產生電磁振動，而定轉子繞組磁動勢和氣隙磁導又共同影響電機氣隙磁場。氣隙磁場產生的電磁力是一個旋轉力波，在徑向和切向兩個方向存在分量。徑向分量使定子和轉子發生徑向變形和周期性振動，是電磁噪聲的主要來源；切向分量是與電磁轉矩相對應的作用力矩，它使齒對其根部彎曲，并產生局部振動變形，是電磁噪聲的次要來源。還有另外一些原因也會造成電磁噪聲的增加，如鐵芯飽和的影響、電網中的諧波分量、異步電動機斷條、裝配氣隙不均勻等。

電磁噪聲的大小與電機氣隙內的諧波磁場及由此產生的力波的幅值、頻率和磁極數有關，也同定子的固有頻率、阻尼系數等密切相關。

2.4 保養不當引起的噪聲

電梯是機電類產品，使用過程中須經常巡查保養，現實中常存在一些保養不當，也從另一方面導致了主機噪聲的產生。例如，編碼器更換后安裝不到位，主機運轉過程會產生抖動；制動器保養不到位，甚至存在帶閘運行的情況，一方面加快了閘瓦的磨損速度，另一方面也導致制動過程產生異響；鋼絲繩保養不到位或者疏于檢查，一些受張力不均而擠壓的鋼絲繩，與曳引輪之間的摩擦不均勻，一段時間過后鋼絲繩與曳引輪也將產生噪聲；另外，主機機座減振橡膠墊長期在交變載荷沖擊下失效，也將起不到應有的緩沖效果，從而將主機振動和噪聲傳播到臨近的住戶家中。

3 降低主機噪聲的措施

3.1 優化機械設計參數與材料

在有齒輪主機設計制造階段，優化齒輪參數[7]，如變位系數、齒高系數、壓力角、中心距，使嚙入沖擊速度降至最小，嚙出沖擊速度與嚙入沖擊速度的比值處于某一數值范圍，減小或避免嚙合節圓沖擊，以此降低蝸輪蝸桿主機減速箱的運行噪聲。減速箱所用的潤滑油或密封劑，為保障潤滑效果，須選用適用類型的，也可以使用特殊類型，在部件上形成惰性材料薄膜，以減少磨損，延長齒輪使用壽命，降低運行噪聲。

無齒輪主機本身的運行噪聲就比有齒輪主機小，但是兩者的電磁噪聲卻無法消除，改進的措施是調整定轉子槽配合、選擇合適的繞組等。未來新材料的使用，也可能從本質上解決電磁噪聲這一問題。

3.2 采用隔音降噪材料阻隔噪聲

對于主機噪聲，理論方面可采取的方法有：消除振源法和隔振減振法[10]。消除振源法的目的是去除振動（或噪聲）的根源，或是破壞產生系統共振的條件。但卻存在相當的技術難度，并且施工過程需要改動的東西較多，造價往往不菲。現實中多個振源共同產生噪聲，也就導致這種方法實施起來不切實際。因此現實改進措施中常常采用隔振減振法，即根據具體情況，有針對地在相應部位采取相應的措施，例如采用特殊隔振裝置最大限度降低電梯主機噪聲的傳播[11]，在實際中產生了較強的應用價值。

3.3 提高維護保養質量

電梯主機運轉狀態與維保質量息息相關。因而提高維保質量，也能及時發現主機存在的問題與隱患，從而降低主機噪聲。維保過程應認真查看主機運轉狀態，使用方管理人員也應及時跟進了解，與維保人員共同配合，切實解決主機運轉噪聲問題。對于一些易損件，更換后須保證其良好的互換性，以避免更換后使用狀態不理想而導致部件整體更換的浪費。

當前我國電梯維保市場普遍存在人機比失調情況，不少維保公司人員嚴重緊缺，以修代保，保養質量讓人堪憂。要想改變這種情況，還需要從體制上做出改變，提高維保人員準入門檻和待遇福利，讓高質量的維保得到高回報，而不是采用降低維保費用的惡意競爭來攪亂整個電梯維保行業。監管機構也要發揮其監管角色，對于保養質量起到督促作用。

4 結語

如今人們越來越關注電梯的舒適性，因此主機運行噪聲也越來越受到小區住戶的重視。本文作者分析電梯主機噪聲的成因，并就其提出相應的整改措施。這些措施在當前環境下能起到一定的效果，但仍需要依賴技術和經驗的不斷完善。相信今后針對主機運行噪聲的整改措施將更加有效，人們居住的環境將更加良好。