基于EVA-625綜合分析儀的電梯振動分析

簡龍藝

（福建省特種設備檢驗研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

電梯作為現代都市高層建筑的垂直運輸工具，越來越受到人們的廣泛關注。人們日益增長的美好生活需要，不僅要求電梯運行安全，對乘坐舒適性的要求也越來越高。為了給人們提供舒適的乘梯體驗，有必要對電梯振動進行研究，快速準確的找出振動產生的原因，以提高在用電梯的乘坐安全性及舒適性。

1 電梯振動分類

有學者依據振動的原因及頻譜分析方法將振動分為[1]：①明顯主振頻率振動譜的振動；②主振頻率不相同振動譜的振動；③無明顯主振頻率振動譜的振動；但該分類未能快速準確地判斷出電梯振動的具體原因，因此，有必要對電梯振動的類型進行系統分類并總結其產生的部位及原因。

1.1 按轎廂三維空間方向分

按轎廂三維空間方向分可將電梯振動分為水平方向振動及垂直方向振動。

水平方向的振動主要來源于：

（1）導軌制造及安裝精度低、導靴安裝間隙過大或過小（導靴安裝間隙一般不大于5mm）；

（2）導軌的垂直度、接頭臺階不滿足要求（導軌每隔5米，鉛垂度應≤1.2mm，整列導軌的鉛垂度應≤1mm；滑動導靴導軌接頭間隙應≤0.5mm，臺階應≤0.05mm）；

（3）導軌壓板或導軌支架松動；

（4）導軌缺油引起工作面摩擦系數增大。

垂直方向的振動主要來源于：

（1）電動機或曳引機的振動；

（2）變頻器參數設置不合理，加減速度曲線太陡；

（3）曳引鋼絲繩張力不均或由于繩頭板孔位設計不合理引起鋼絲繩扭曲變形。

1.2 按轎廂行程位置分

根據轎廂在不同行程位置可分為：

（1）啟、停振動：異常振動只發生在電梯啟停階段；

（2）全程振動：電梯運行全過程中都有異常振動發生；

（3）偶然振動：一般情況下運行平穩、偶爾有異常振動；

（4）局部振動：發生在某個或某幾個固定位置產生的異常振動。

啟、停振動主要來源于：

（1）鋼絲繩的張力不均引發的垂直振蕩[2]；

（2）變頻器參數設置不合理，加減速度曲線不平滑，太陡；

（3）抱閘啟，閉時間與起、停車時間不協調；

（4）當平衡系數過小、過大時都會導致電梯在停止、啟動瞬間抖動明顯；

（5）啟、制動時，曳引力矩調整不當。

全程振動主要來源于：

（1）導靴與導軌間隙調節不當或磨損；

（2）電動機與減速器同軸度不滿足要求(當電動機與減速器之間聯軸器為剛性聯接時，同心度應小于0.02mm，當電動機與減速器之間聯軸器為彈性聯接時，同心度應小于0.1mm)；

（3）鋼絲繩張力不均（各鋼絲繩張力應在平均值的5%范圍之內）；

（4）曳引輪輪槽不均勻磨損導致輪槽節圓直徑偏差超標（節圓差應小于0.10mm）；

（5）曳引繩中心與轎廂重心不重合，運行時單邊受力產生振動；

（6）曳引機減速器軸承及齒輪磨損；

（7）補償鏈外套開膠、導向裝置軸承損壞或補償鏈過分伸長與地面碰撞；

（8）曳引機地腳螺栓松動或機座的橡膠墊失效；

（9）抱閘調整不當，電梯運行過程時抱閘未完全打開導致轉速不均引起振動（兩側閘門間隙應在0.5mm～0.7mm）；

（10）控制線與信號線未分開布線或未采取屏蔽處理，如因屏蔽不良導致編碼器信號受干擾(編碼器的信號線應采用屏蔽線且最好單獨走線槽)。

偶然振動主要來源于：

電網電壓異常波動，導致電動機轉速突變，引起轎廂振動。

外界對電梯控制信號的干擾。

局部振動主要來源于：

（1）導軌接頭有臺階；

（2）導軌面不平，凹凸明顯；

（3）導軌局部變形；

（4）導軌支架或導軌壓板螺絲松動。

1.3 按轎廂振動頻率分

按轎廂振動頻率分，可分為高頻振動和低頻振動(人體比較敏感的頻帶范圍是0.1Hz～30Hz，超出此頻帶范圍的振動一般不會造成乘客的心理反應，電梯振動頻率在30Hz以下的低頻區域對人影響較為明顯，而在30Hz以上的高頻區域則相對較小。)。

電梯高頻振動主要來源于：

（1）減振裝置（鋼絲繩端減振器、轎頂/轎底減振器、曳引機減振器等）彈性系數過大，產生的高頻振動；

（2）因編碼器原因引起的振動，主要表現在電梯出現振動和振動頻率越來越高、越來越嚴重，停車抖動，不平層，沖過平層；

（3）電動機轉動產生的脈動；

（4）曳引機嚙合產生振動（主要來源于高速軸及其軸承）。

電梯低頻振動主要來源于：

（1）曳引機嚙合產生的振動（主要來源于低速軸或渦輪等）；

（2）導向系統（導軌、導靴等）產生的振動；

（3）減振裝置（鋼絲繩端減振器、轎頂/轎底減振器，曳引機減振器等）彈性系數過小，產生的低頻振動；

（4）鋼絲繩的彈性模量太小，引發的垂直振動。

2 實例分析

筆者在對某小區一臺乘客電梯（額定載重量：800kg；額定速度1.75m/s；層站:19層19站；曳引輪直徑：400mm）進行定檢檢驗時發現：電梯啟動瞬間，轎廂抖動明顯，轎廂運行到7層位置，轎廂也出現明顯抖動。采用EVA-625綜合分析儀對該臺電梯進行測試，按照GB/T 24474-2009/ISO18738：2003《電梯乘運質量測量》中的相關要求和方法進行。電梯轎廂在輕載工況下（輕載是指轎廂內不超過 2 人）分別進行一次全程上行、下行測試。筆者運用振動分類分析法對該振動故障進行了初步分析。首先，按振動的行程區段分，該電梯在啟動瞬間抖動明顯，該電梯振動故障屬于啟、停振動。轎廂運行到7層位置，轎廂也出現明顯抖動，參照分類可知該故障屬于電梯局部振動。結合上文總結可初步判斷行程中部的振動主要來源于導軌，而啟停振動相對復雜需要進對采集的數據在時域及頻域進行分析方可得知電梯產生振動的根本原因。

圖1 電梯上行振動數據圖

圖2 電梯上行Y軸15s～31s的頻譜分析

圖3 電梯下行振動數據圖

圖4 電梯下行Z軸5s～21s的頻譜分析

圖5 導軌支架螺栓松動

現場測試曲線及數據如圖1～圖4所示。振動信號應采用峰峰值評價，最大振動峰峰值是指在所定義的界限內所有峰峰值的最大值。A95（典型)振動峰峰值是指在所定義界限內95%的峰峰值小于或等于的值[3]。在水平方向（上行）振動的最大峰峰值為39.6cm/s2（見圖1），對應的上行Y軸-FFT 頻譜分析如圖2所示，在水平方向振動（下行）的最大峰峰值為43.6cm/ s2（見圖3）；在垂直方向振動的最大峰峰值為38.0cm/s2（見圖3），對應的下行Z軸-FFT 數據頻譜分析如圖4所示。綜上所述，水平振動的最大峰峰值為Y軸方向是43.6cm/s2，出現在電梯（下行）行程中部（見圖3）；垂直振動的最大峰峰值為38.0cm/s2，出現在電梯（下行）啟動瞬間（見圖3）。對照GB/T 10058-2009《電梯技術條件》的要求：乘客電梯轎廂運行在恒加速度區域內的垂直（Z軸）振動的最大峰峰值不應大于30cm/s2，A95峰峰值不應大于20cm/s2；乘客電梯轎廂運行期間水平（X軸和Y軸）振動的最大峰峰值不應大于20cm/s2，A95峰峰值不應大于15cm/s2。顯然所測數據的水平方向振動最大峰峰值43.6cm/s2遠大于要求值20cm/s2，垂直方向實測振動峰峰值38.0cm/s2也遠大于要求值30cm/s2。曲線變化及測試數據分析表明，該電梯轎廂水平振動明顯，垂直方向振動劇烈，Y、Z 軸振動的最大峰峰值均已經超標，乘運質量不符合要求。

如圖1電梯運行（上行）時間-位移曲線所示，Y軸方向（上行）振動最大峰峰值39.6cm/s2出現電梯離開基站運行20m位置，時間-位移曲線上顯示電梯的總提升高度為54.49m，在已知該臺電梯為19層，因此可得出電梯上行Y軸方向的局部振動來源于當轎廂位于7層位置左右，圖3電梯（下行）時間與位移曲線所示，Y軸方向（下行）振動最大峰峰值43.6cm/s2出現在電梯離開頂層運行36m位置，同理可知，電梯下行Y軸方向的局部振動也來源于當轎廂位于7層位置左右，顯然Y軸方向振動來自同一局部振源。根據上文按轎廂行程位置分可知電梯局部振動主要來源于導軌。局部振動主要來源于：①導軌接頭有臺階。②導軌面不平，凹凸明顯。③導軌局部變形。④導軌支架或導軌壓板螺絲松動。進入井道檢查后發現，7層位置的導軌支架螺栓松動（見圖5），導致了電梯轎廂在Y軸方向的異常振動，重新調緊該松動螺栓后，再次測試，Y軸方向異常振動消失。

如圖4所示，Z軸電梯振動主頻為2.813Hz，屬于低頻振動；低頻振動主要來源于：①曳引機嚙合產生的振動（主要來源于低速軸或渦輪等）。②導向系統（導軌、導靴等）產生的振動。③減振裝置（鋼絲繩端減振器、轎頂/轎底減振器、曳引機減振器等）彈性系數過小，產生的低頻振動。④鋼絲繩的彈性模量太小，引發的垂直振動。考慮到該小區同批次的電梯都未出現與該臺類似振動，基本上可以先排除由減振裝置，鋼絲繩等系統產生的振動。導靴產生的振動主要發生于全程振動，因此由導靴產生的振動也可排除。結合圖3所示，電梯Z軸在啟動瞬間的振動曲線呈明顯且規律的鋸齒狀低頻振動，且上下皆存在此現象。對其進行傅里葉變化分析，得出振動主頻為2.813Hz，經計算與曳引輪的回轉頻率幾乎一致（R：為吊掛比；V：電梯速度；D：曳引輪直徑），由此判斷該振動原因之一是由曳引輪引起。具體再結合轎廂行程位置分類分析，該臺電梯啟、制動振動明顯可能來源于：①鋼絲繩的張力不均引發的垂直振蕩。②變頻器等的參數設置不合理，加、減速度曲線不平滑，太抖。③抱閘啟，閉時間與起、停車時間不協調。④起制動時，曳引力矩調整不當。⑤平衡系數過小或過大。鋼絲繩張力不均可產生較大振動，在上下端站啟動、制動時最突出[2]。用測力計測量各鋼絲繩張力，偏差＜5%，滿足GB7588要求，排除由于鋼絲繩張力不均引起。電梯運行過程中，電梯曳引機并未有明顯噪聲，基本也可排除由于電梯曳引機的機械間隙引起的振動。平衡系數過小、過大時，主要表現在電梯在停止、啟動的瞬間可明顯感覺到抖動[2]，顯然與該臺電梯抖動只發生在啟動階段不符，也可排除。結合圖3下行振動數據圖，可知當時間坐標軸為5.1s時，Z軸首次出現周期性振動，此刻為曳引機剛啟動，而當時間坐標軸為6.5s,位移為0，表明此刻為抱閘打開的瞬間，這兩者的時間差1.4s為制動器松閘滯后時間，一般廠家為防止電梯啟動倒溜，會設置延時松閘，但延時時間不宜太長，初步判斷該異常振動是由于松閘滯后導致的。根據此推斷重新調整松閘時間后，啟動瞬間振動明顯改善，證實了這一推斷的正確性。

3 結語

綜上所述，電梯水平Y軸的振動屬于局部振動，主頻率為2.438Hz為低頻振動，主要由導軌支架螺栓松動引起。垂直Z軸方向的振動屬于啟停振動，主頻為2.813Hz為低頻振動，主要由制動器松閘滯后引起。電梯振動有時不僅僅是由單一因素引起的，可能存在幾種因素耦合作用導致的，對電梯振動進行分門別類可以有效幫助我們憑借經驗初步判斷振動產生的原因及部位，然后結合EVA—625儀器檢測分析，可以快速準確地找出電梯異常振動的具體原因，有助于提高電梯乘運行質量。