自動(dòng)扶梯運(yùn)行振躥現(xiàn)場(chǎng)改善方法研究

摘 要：中國(guó)大陸2020年電扶梯出廠量為105萬(wàn)臺(tái)，在用梯臺(tái)量超過(guò)800萬(wàn)臺(tái)，其中在用自動(dòng)扶梯（含自動(dòng)人行道）約70萬(wàn)臺(tái)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人民大眾對(duì)生活品質(zhì)的要求日益提升，自動(dòng)扶梯/自動(dòng)人行道作為公共場(chǎng)所的人群運(yùn)送工具，其運(yùn)行的舒適感愈加為大眾所關(guān)注。影響自動(dòng)扶梯舒適感的因素包括噪聲、沖擊、同步、振動(dòng)等，自動(dòng)扶梯的振躥問(wèn)題是廣大電扶梯品牌必須面對(duì)的一個(gè)難題。現(xiàn)主要通過(guò)研究造成自動(dòng)扶梯運(yùn)行振躥的原因，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整、安裝維保工藝方法等方面提出了針對(duì)性改善方案，并進(jìn)行了有效性驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)扶梯;傳動(dòng)部件;運(yùn)行結(jié)構(gòu);振躥;系統(tǒng)共振

0? ? 引言

安全、可靠、快捷是廣大乘客對(duì)自動(dòng)扶梯/自動(dòng)人行道設(shè)備的基本要求，而舒適感則是乘客對(duì)設(shè)備的進(jìn)一步需求，也是廠家追求完美客流體驗(yàn)的自我要求。自動(dòng)扶梯/自動(dòng)人行道屬于大型機(jī)電一體化機(jī)械設(shè)備，其開(kāi)放、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的公共使用屬性，使其要在生命周期中長(zhǎng)期保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。而做到平穩(wěn)、舒適的客流體驗(yàn)，并不是一件輕而易舉的事情。

本文著重從自動(dòng)扶梯的產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理出發(fā)，探究自動(dòng)扶梯運(yùn)行振躥的原因，并從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造尤其是后期安裝和維護(hù)等方面尋求有效的改善方法。

1? ? 問(wèn)題提出

筆者所在企業(yè)經(jīng)常會(huì)收到一些自動(dòng)扶梯產(chǎn)品在日常運(yùn)行過(guò)程中有抖動(dòng)、躥動(dòng)、腳底發(fā)麻等與舒適感相關(guān)的客戶反饋，但一線技術(shù)人員在使用現(xiàn)場(chǎng)的解決方法和手段相對(duì)缺乏，改善的效果不明顯。筆者從事電梯行業(yè)30年，對(duì)自動(dòng)扶梯的設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)、安裝和維保有相當(dāng)?shù)牧私夂蛯?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就自動(dòng)扶梯的舒適感（振動(dòng)和躥動(dòng)）而言，其確實(shí)是一個(gè)系統(tǒng)性的綜合問(wèn)題，筆者認(rèn)為不能用“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的方法解決，需要像老中醫(yī)把脈那樣進(jìn)行綜合治理，方能見(jiàn)效。

2? ? 成因分析

2.1? ? 自動(dòng)扶梯的一般結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)方式

當(dāng)前行業(yè)市場(chǎng)上主流自動(dòng)扶梯通常的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大致相同，如圖1所示。其傳動(dòng)方式是：驅(qū)動(dòng)主機(jī)（曳引機(jī)）通過(guò)驅(qū)動(dòng)鏈帶動(dòng)轉(zhuǎn)向鏈輪驅(qū)動(dòng)主軸，主軸左右兩側(cè)齒輪板轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)梯級(jí)曳引鏈，梯級(jí)裝在梯級(jí)曳引鏈上，曳引鏈帶動(dòng)梯級(jí)在梯路導(dǎo)軌上行進(jìn)。同時(shí)，主軸上還有一組扶手帶驅(qū)動(dòng)鏈輪，通過(guò)扶手帶驅(qū)動(dòng)鏈同步驅(qū)動(dòng)扶手帶驅(qū)動(dòng)軸，扶手帶驅(qū)動(dòng)軸兩側(cè)各有一片扶手帶驅(qū)動(dòng)摩擦輪，通過(guò)摩擦力帶動(dòng)兩側(cè)扶手帶與梯級(jí)同步運(yùn)行。

顯而易見(jiàn)，自動(dòng)扶梯的傳動(dòng)方式基本上由齒輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和摩擦傳動(dòng)組成。同時(shí)，梯級(jí)在梯路上是滾輪滾動(dòng)運(yùn)行，扶手帶在扶手導(dǎo)軌上是摩擦運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)主軸、扶手帶驅(qū)動(dòng)軸以及曳引機(jī)輸出軸的支座都是軸承轉(zhuǎn)動(dòng);自動(dòng)扶梯的梯路導(dǎo)軌系統(tǒng)固定在桁架結(jié)構(gòu)上。因此，各種高速轉(zhuǎn)動(dòng)、傳動(dòng)、翻轉(zhuǎn)、摩擦以及它們?cè)谝粋€(gè)剛性體內(nèi)產(chǎn)生的共振都會(huì)給自動(dòng)扶梯的運(yùn)行舒適感帶來(lái)影響，產(chǎn)生振動(dòng)和躥動(dòng)現(xiàn)象。

2.2? ? 測(cè)量?jī)x器和指標(biāo)

（1）為了有效測(cè)量和精準(zhǔn)分析自動(dòng)扶梯各種振動(dòng)的構(gòu)成和原因，使用了EVA-625/MMC-1 PMT電梯振動(dòng)測(cè)試儀以及相應(yīng)的EVA電梯振動(dòng)分析軟件（版本8.5）。EVA-625和EVA電梯振動(dòng)分析軟件是一個(gè)記錄和分析電梯/扶梯運(yùn)行狀況的組合體，其不僅十分有效，而且使用起來(lái)也很方便。

（2）使用EVA-625測(cè)試自動(dòng)扶梯振動(dòng)的主要指標(biāo)如下：

1）A95：在定義的界限范圍內(nèi)，95%采樣數(shù)據(jù)的加速度或振動(dòng)值小于或等于的值。正常情況下自動(dòng)扶梯的AV95應(yīng)當(dāng)小于等于80 mgal。EVA-625的Average Pk/Pk Type（平均峰峰值）類(lèi)型選項(xiàng)提供了峰峰振動(dòng)平均值的計(jì)算方法。例如：將A-Level Percentage設(shè)為95，那么軟件將找到小于等于95%的峰峰周期數(shù)，而5%的峰峰周期大于此值。

2）FFT（快速傅里葉轉(zhuǎn)換）：FFT對(duì)于振動(dòng)源診斷是個(gè)極其有效的工具，它能提供所需振動(dòng)數(shù)據(jù)中振幅和頻率的信息。可以在導(dǎo)向滾輪上以一個(gè)無(wú)偏差靈敏點(diǎn)導(dǎo)致的振動(dòng)為例進(jìn)行說(shuō)明。基于滾輪的直徑和電梯的速度，可以計(jì)算出頻率。滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率計(jì)算如下：直徑d=152 mm（6 in）;速度v=3 m/s（9.84 ft/s）;滾輪周長(zhǎng)C=πd=3.141 59×152≈477.5 mm=0.477 5 m;則滾輪頻率=v/C=3/0.477 5≈6.28 r/s

（約6.3 Hz）。在這種計(jì)算模式下，F(xiàn)FT就會(huì)找尋6.3 Hz的波峰來(lái)進(jìn)行分析。同樣的邏輯也可以運(yùn)用于滑輪的振動(dòng)分析結(jié)果中。用這種方式揭示滾輪水平方向的振動(dòng)以及滑輪垂直方向的振動(dòng)是十分重要的。如果選擇較長(zhǎng)的FFT分析時(shí)間，軟件可以提供較清晰的頻率分解圖，但只能對(duì)數(shù)據(jù)的較長(zhǎng)部分進(jìn)行分析。這里使用FFT（8 s）的指標(biāo)進(jìn)行分析，正常情況下應(yīng)該不大于22 mgal。

3）Vmax-XYZ：這種ISO濾波器的方法，在EVA振動(dòng)分析工具中是非常有效的工具之一。EVA軟件將ISO濾波器自動(dòng)應(yīng)用于X、Y、Z三軸的運(yùn)動(dòng)方向（兩個(gè)水平向，一個(gè)垂直方向）。眾所周知，人類(lèi)的感覺(jué)有時(shí)候是不客觀的，因?yàn)樗鼤?huì)受到許多因素（如心理、感觀、環(huán)境等）的影響。但通過(guò)ISO濾波器處理后可以獲得一種可重復(fù)的、具有科學(xué)解釋的方法相對(duì)客觀的振動(dòng)數(shù)據(jù)，與人類(lèi)可感知的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較，從而獲得改善的機(jī)會(huì)。在用EVA分析軟件開(kāi)始測(cè)量分析扶梯振動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，需要默認(rèn)設(shè)置設(shè)備狀態(tài)為Whole Body Combined。

2.3? ? 對(duì)比和測(cè)試

為了探究可能導(dǎo)致自動(dòng)扶梯運(yùn)行振躥的各項(xiàng)影響因素，做了大量的對(duì)比和測(cè)試工作。

（1）首先，選取了規(guī)格、工況相似的不同品牌自動(dòng)扶梯設(shè)備進(jìn)行對(duì)比，從對(duì)比中發(fā)現(xiàn)相似工況、相似規(guī)格但不同品牌的兩臺(tái)自動(dòng)扶梯，其舒適感的差異相當(dāng)大。但在產(chǎn)品基本技術(shù)參數(shù)方面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)很大差異，造成舒適感差異的原因還需要進(jìn)一步探究。出于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面的原因，且在使用現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法深入拆解、剖析其他品牌產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，因此必須換一種方法繼續(xù)研究。

（2）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以認(rèn)為，扶梯的舒適感基本上和運(yùn)行速度、摩擦、潤(rùn)滑、傳動(dòng)匹配、高速運(yùn)轉(zhuǎn)的同心/同軸/平衡、傳動(dòng)鏈條的張緊/平行度/嚙合以及多運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的同頻共振等因素相關(guān)。因此，對(duì)同一臺(tái)設(shè)備，在不同工況下做了一系列對(duì)比測(cè)試。在測(cè)試前，首先對(duì)該設(shè)備完成一系列規(guī)范保養(yǎng)工作，確保設(shè)備處于正常的工作狀態(tài)。正確、合格的保養(yǎng)過(guò)后，設(shè)備的運(yùn)行舒適感已經(jīng)有了明顯的改善，由此表明了日常合格保養(yǎng)的重要性。然后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行各種影響因素的對(duì)比測(cè)試，結(jié)果如下：

1）速度因素（梯號(hào)36067941）：將該自動(dòng)扶梯運(yùn)行速度在0.5～0.7 m/s逐步調(diào)整，測(cè)量速度和舒適感之間的變化趨勢(shì)關(guān)系，結(jié)果如圖2所示，三項(xiàng)舒適感指數(shù)隨著扶梯運(yùn)行速度的提高而上升，并在0.676 m/s時(shí)達(dá)到峰值。而當(dāng)扶梯以額定速度0.65 m/s運(yùn)行時(shí)，已經(jīng)非常接近整機(jī)系統(tǒng)的共振頻率，因此，此時(shí)的舒適感是比較差的。由此可見(jiàn)，改變整機(jī)系統(tǒng)的共振頻率，是改善扶梯運(yùn)行舒適感的有效之道。

2）現(xiàn)場(chǎng)各級(jí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整的對(duì)比測(cè)試（梯號(hào)36067941）：調(diào)整內(nèi)容包括下部機(jī)坑回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌水平直線度調(diào)整;雙驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)鏈張緊度調(diào)整一致;隔離扶手帶驅(qū)動(dòng)，測(cè)試扶手帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)梯級(jí)舒適感的影響。對(duì)比測(cè)試結(jié)果如表1所示。

結(jié)論：如表1所示，雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)鏈的同步性非常重要，正常情況下兩根驅(qū)動(dòng)鏈的長(zhǎng)度、張緊和磨損程度應(yīng)盡量保持一致;同時(shí)，回轉(zhuǎn)端梯路導(dǎo)軌的水平直線度對(duì)運(yùn)行振躥有一定的影響;另外，左右兩側(cè)梯級(jí)曳引鏈的（節(jié)距和平均）長(zhǎng)度公差應(yīng)保證一致，還應(yīng)對(duì)下端轉(zhuǎn)向小車(chē)張緊彈簧進(jìn)行有效調(diào)整。最后發(fā)現(xiàn)，隔離扶手帶驅(qū)動(dòng)以后，梯級(jí)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)都有明顯提升，所以扶手帶運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)對(duì)梯級(jí)運(yùn)行的振躥是有抑制作用的，當(dāng)然也要考慮扶手帶運(yùn)行時(shí)本身的振躥情況。

3）現(xiàn)場(chǎng)其他調(diào)整對(duì)舒適感影響的對(duì)比測(cè)試（梯號(hào)36067941）結(jié)果如表2所示。

結(jié)論：扶手帶導(dǎo)軌上弧段增加滾輪組會(huì)增加自動(dòng)扶梯的振躥效果，結(jié)果適得其反。而梯級(jí)曳引鏈、梯路、延伸導(dǎo)向?qū)к壍恼{(diào)整以及增加驅(qū)動(dòng)鏈壓塊等方法都能明顯抑制自動(dòng)扶梯的振躥現(xiàn)象。

2.4? ? 自動(dòng)扶梯運(yùn)行振躥的影響因素

結(jié)合上述各項(xiàng)測(cè)試以及小組的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)可能造成自動(dòng)扶梯運(yùn)行振躥的影響因素以及影響程度簡(jiǎn)單羅列如表3所示。

表3雖然有一些經(jīng)驗(yàn)和主觀成分，但對(duì)維保人員現(xiàn)場(chǎng)改善扶梯舒適感問(wèn)題至少提供了可供參考的解決思路和方法。

3? ? 解決方案和可行性

3.1? ? 關(guān)于自動(dòng)扶梯驅(qū)動(dòng)鏈的現(xiàn)場(chǎng)檢查和調(diào)整

（1）驅(qū)動(dòng)鏈的張緊、磨損、拉伸延長(zhǎng)以及主/從動(dòng)輪的齒輪磨損，都會(huì)導(dǎo)致和增加扶梯運(yùn)行的振動(dòng)和躥動(dòng)。這些因素的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和調(diào)整方法等基本要求一般在維保手冊(cè)都有描述，這里不再一一贅述。

（2）扶梯驅(qū)動(dòng)部分的主/從動(dòng)輪的直線平行度問(wèn)題，在維保現(xiàn)場(chǎng)因?yàn)楣ぷ髅妾M窄的限制，很難用吊線法去有效測(cè)量。現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)扶梯不同運(yùn)行方向情況下輪齒與鏈片之間的位置變化（圖3）來(lái)判斷主/從動(dòng)輪之間的直線和平行度，并逐步調(diào)整。當(dāng)自動(dòng)扶梯上行和下行后，輪齒在兩鏈片之間的位置如基本保持一致，說(shuō)明主/從動(dòng)輪的直線平行度達(dá)到要求。

（3）為降低驅(qū)動(dòng)鏈和鏈輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)鏈節(jié)和輪齒不斷嚙合和釋放產(chǎn)生的振顫，也可以采用在驅(qū)動(dòng)鏈懸邊加裝壓塊的方法，如圖4所示。

（4）對(duì)于雙驅(qū)動(dòng)的重載大高度扶梯，要保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)鏈和鏈輪的磨損和延伸程度基本保持一致。

3.2? ? 自動(dòng)扶梯運(yùn)行速度對(duì)扶梯舒適感的影響

當(dāng)前國(guó)內(nèi)自動(dòng)扶梯額定運(yùn)行速度只有兩種，即0.5 m/s和0.65 m/s。而按圖2所示，當(dāng)扶梯速度達(dá)到0.65～0.70 m/s時(shí)，扶梯的振動(dòng)和躥動(dòng)基本達(dá)到峰值。這和整機(jī)系統(tǒng)的共振頻率有關(guān)，維保現(xiàn)場(chǎng)很難進(jìn)行有效調(diào)整。而且，在現(xiàn)場(chǎng)雖然自動(dòng)扶梯的運(yùn)行速度就技術(shù)而言能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，但這不符合產(chǎn)品規(guī)范和行規(guī)要求。

3.3? ? 梯級(jí)曳引鏈的張緊度和左右平衡

這種因素造成的扶梯振躥現(xiàn)象，可以在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)觀察扶梯運(yùn)行過(guò)程中梯路下端回轉(zhuǎn)部分以及兩側(cè)張緊裝置（彈簧，如圖5所示）的張緊情況和振顫情況來(lái)判斷。而造成這種情況的原因主要有兩種：其一是梯路的水平度和直線度出現(xiàn)問(wèn)題，其二是兩側(cè)梯級(jí)曳引鏈的長(zhǎng)度超差。正常情況下，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整需先調(diào)整梯路，確保水平度和直線度，再調(diào)整梯級(jí)曳引鏈張緊彈簧壓縮尺寸。如果在兩側(cè)壓縮尺寸相同的情況下，扶梯雙向運(yùn)行跑偏嚴(yán)重，基本可以判定是兩個(gè)曳引鏈長(zhǎng)度超差引起的。

3.4? ? 梯路延伸導(dǎo)軌的形式和位置

這是一個(gè)扶梯梯路主軌端部附加的延伸部件，是將梯級(jí)曳引鏈的鏈節(jié)（輪）在進(jìn)入轉(zhuǎn)向段前、脫離主軌時(shí)平穩(wěn)送入上部驅(qū)動(dòng)齒輪的一個(gè)延伸導(dǎo)軌附件。這個(gè)部件的位置調(diào)整和材質(zhì)形式對(duì)振動(dòng)噪聲有很大影響，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整難度比較大。

3.5? ? 扶手帶驅(qū)動(dòng)和運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)扶梯舒適感的影響

自動(dòng)扶梯的扶手帶系統(tǒng)因其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是扶梯主驅(qū)動(dòng)的一個(gè)輸出部分，因此扶手帶的運(yùn)行情況會(huì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)反饋到梯路運(yùn)行部分，通常扶手帶系統(tǒng)會(huì)給扶梯運(yùn)行帶來(lái)Y軸縱向躥動(dòng)的影響。扶手帶系統(tǒng)的調(diào)整基本包括以下幾個(gè)方面：扶手帶張緊度、扶手帶驅(qū)動(dòng)鏈張緊和延伸、扶手帶驅(qū)動(dòng)（摩擦）輪（包角和壓力）、扶手帶的內(nèi)襯完好程度、扶手帶轉(zhuǎn)向端滑輪組、扶手帶托輥、導(dǎo)向等。這些基本屬于基礎(chǔ)保養(yǎng)內(nèi)容，在此也不再贅述。

4? ? 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

專(zhuān)項(xiàng)小組對(duì)××項(xiàng)目自動(dòng)扶梯運(yùn)行振躥現(xiàn)場(chǎng)改善的情況匯總?cè)绫?所示。

總結(jié)：以上所列為此次現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)名單中部分扶梯的測(cè)試結(jié)果。總體而言，通過(guò)實(shí)施各種改進(jìn)措施，扶梯振躥現(xiàn)象得到了明顯改善，符合既定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

5? ? 結(jié)果和結(jié)論

通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和研究，對(duì)于自動(dòng)扶梯的振躥問(wèn)題，可以得出如下結(jié)論：

（1）完善的日常保養(yǎng)可以讓扶梯設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，避免自動(dòng)扶梯出現(xiàn)振躥現(xiàn)象;

（2）合格規(guī)范的技術(shù)調(diào)整，可以有效減少自動(dòng)扶梯的振躥現(xiàn)象;

（3）通過(guò)一些對(duì)癥下藥的特殊方法（例如增加驅(qū)動(dòng)鏈壓塊、改變延伸導(dǎo)軌材質(zhì)、增加齒輪避振襯墊等），在現(xiàn)場(chǎng)能夠有效改善自動(dòng)扶梯的振躥現(xiàn)象;

（4）產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造方面，工廠應(yīng)該考慮系統(tǒng)共振頻率和速度之間的匹配關(guān)系。

本文所研究的這個(gè)課題，主要是聚焦于自動(dòng)扶梯使用現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)恰當(dāng)?shù)木S護(hù)、調(diào)整等技術(shù)手段，改善自動(dòng)扶梯的振躥現(xiàn)象，其研究對(duì)象主要是筆者所在企業(yè)某幾種規(guī)格的自動(dòng)扶梯，因此研究成果有一定的針對(duì)性和局限性。但課題小組成員有著相當(dāng)?shù)男袠I(yè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其他品牌的自動(dòng)扶梯也有相當(dāng)程度的了解，而且中國(guó)電梯行業(yè)目前的自動(dòng)扶梯設(shè)備基本原理和結(jié)構(gòu)都有一定的共同性，因此本文的研究思路、檢驗(yàn)檢測(cè)的方法和標(biāo)準(zhǔn)以及解決問(wèn)題的方案脈絡(luò)等具有一定的普遍意義，希望對(duì)廣大維保技術(shù)人員有所啟迪和幫助;不足之處，歡迎指教并共同探討。

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收稿日期：2021-04-02

作者簡(jiǎn)介：唐忠（1968—），男，浙江溫州人，機(jī)械工程師，研究方向：起重運(yùn)輸與工程機(jī)械。