電梯振動分析的方法

尹政

摘要：中國電梯市場供大于求，隨著市場競爭的白熱化以及人們對電梯乘坐安全性和舒適度要求的提高，電梯運行的平穩性能越來越受到關注。而電梯運行的平穩性又由電梯產品質量本身和安裝、保養等多種因素決定。如何鑒定電梯運行的平穩性在電梯行業有公認的測量方法和指標，通過這些方法和指標可以對電梯運行振動進行分析，本文較全面的介紹如何分析電梯振動以及導致電梯振動的原因，從而提供有效的解決措施。

關鍵詞：電梯振動、原因、頻率、頻譜分析

一、電梯振動

1.1 振動加速度

頻率與振幅是振動的兩大屬性，對于電梯振動的評價也從這兩個角度出發。電梯振動會影響電梯的舒適感，一般認為振動加速度及其變化率使引起乘客感覺不適的主要因素。國標GB/T10058規定：乘客電梯轎廂運行在恒速段Z軸最大峰峰值應不大于0.30m/s2，A95值不應大于0.20 m/s2。乘客在電梯運行期間水平（X軸和Y軸）振動最大峰峰值不應大于0.20 m/s2，A95值不應大于0.15m/s2。

1.2 人體

一般情況下，人體對振動的反應隨著振動的強度增加而加劇，且振動的頻率與方向還影響著人的生理反應。研究表明，人體全身垂直振動在4-8HZ有一個最大的共振峰值，主要是由于胸部共振產生，對胸部影響較大;在10HZ附近還有一個較小的共振峰值，由腹部共振產生，對腹部影響比較大。人體對水平方向的振動要比不垂直方向的更加敏感，人體對1-2HZ的水平振動有較大的生理反應。因此控制轎廂的振動頻率同樣對提高電梯的舒適感非常重要。

1.3 影響電梯振動的原因

電梯振動是由多個因素引起的，其中最重要的原因可以從技術角度分為是機械和電氣控制兩個方面，機械原因占比80%，電氣原因僅占20%。

1.3.1 機械原因

機械方面的原因很多，主要有以下3個方面。

（1）曳引機引起的振動。曳引輪機械間隙大、曳引輪加工和安裝精度差等造成電梯運動位置產生誤差，從而引起曳引輪旋轉失衡，造成電梯振動。在諸多的電梯振源中，曳引輪的旋轉失衡是最常見的根源之一。一旦電梯系統的某階固有頻率跟曳引電機的轉動頻率吻合，則會激發共振現象。

（2）轎廂曳引系統引起的振動。電梯依靠鋼絲繩連接整個曳引系統，鋼絲繩張力不均勻和安裝扭曲都易引發電梯垂直振動。

（3）導軌引起的振動。導軌安裝平直度不好、軌距偏差超標、接口不平滑、扭曲變形、工作面缺陷等都會造成電梯振動。

1.3.2 電氣原因

電氣造成的振動主要來自2個方面。

（1）測速干擾。電梯測速閉環系統一般采用光碼盤作為速度反饋信號，測速反饋信號不正常是導致系統振動和機械諧振的重要原因之一。其主要原因都來自編碼器，包括與電機連接不良，受外力沖擊損壞、布線不合理信號受干擾以及遮擋盤片等。

（2）由于諧波力矩使電動機低速脈動，造成轎廂垂直振動。原因包括調節器P值過大，I值過小以及三相電壓不平衡等。

二、頻譜分析（FFT）分析電梯振動原理

頻譜分析簡單的說就是將時域信號變換為頻域信號進行分析。頻譜分析有助于將構成信號的各種頻率成分分解開來，以便于對振源進行識別。由于各機械部件在運轉過程中必定產生某一種相應的特征頻率，故通過某一頻率的振動烈度強弱，可判別振動來源。

目前常用的電梯振動儀（EVA-625）、或電梯專用加速度傳感器采集的電梯振動信號均為時域信號，即電梯運行過程中X、Y、Z軸方向上的加速度數據，為分析電梯振動產生的原因，也需將采集到的時域信號轉化為頻域信號，根據各頻率鎖對應的諧波振動分量所具有的振幅，再結合電梯各部件運行過程中產生頻率的特點，可以比較直觀地分析判斷振動來源。

2.1導軌方面：導軌引起的振動主要體現在水平方向上的振動，由于導軌多為5m每節，若X軸或Y軸時域曲線呈現5m的規律性變化，可判定電梯的振動主要是導軌接口臺階引起的振動。如下圖所示。

2.2繩輪方面：繩輪方面引起的振動，主要指機房曳引機輪、機房導向輪、轎頂返繩輪、對重返繩輪回轉引起的振動，且它們回轉產生的頻率分別由以下公式計算獲得：

其中，R--電梯曳引比;

V--電梯運行額定速度;

D導--機房導向輪直徑;

D轎導--轎頂導向輪直徑;

D對導--對重導向輪直徑。

若電梯Z軸加速度曲線呈現明顯且規律的鋸齒狀低頻振動，且上下均存在此現象時。對其進行FFT分析，能夠得到最大主頻，分別計算該電梯機房曳引機輪、機房導向輪、轎頂返繩輪、對重返繩輪回轉頻率，其中與最大主頻一致的，就能判斷該振動是由于它引起的。

2.3主機方面：主機所引起的振動主要是主機轉動引起振動。主機脈沖頻率計算公式如下：

其中，P--電機的極數;

R--電梯曳引比;

--曳引機回轉頻率;

V--電機的額定速度;

--曳引機的直徑。

Z軸曲線高頻振動明顯，X、Y軸也有明顯高頻出現，通過對Z軸進行FFT分析，得出振動主頻，經過計算與電機的脈沖頻率吻合，且X、Y軸也存在與Z軸振動主頻一致的振動。由此判斷該振動是主機引起的。

2.4 鋼絲繩方面：

（1）曳引比為1：1的電梯系統中，鋼絲繩產生振動情況分析。

在曳引比為1：1的電梯系統中。上行時隨著轎廂離主機越近，轎廂與機房間鋼絲繩越短，X軸振動越明顯;下行時隨著轎廂離主機越遠，轎廂與機房間鋼絲繩越長，X軸振動逐漸減弱。Z軸也有類似現象但不如X軸明顯。通過對X軸進行FFT分析，頻譜圖的頻率顯現密集并逐漸增大的趨勢，振動主頻大，同時Y/Z也存在同一高頻率的振動。由此可判斷振動是由鋼絲繩引起的。如下圖所示。

（2）鋼絲繩進入曳引輪時產生的振動。

鋼絲繩是由多個股按照工藝設計的捻距捻制而成，其自身并不是一個純圓體。當鋼絲繩進入曳引輪時，也會產生輕微的周期性振動，其振動頻率

其中，R--電梯曳引比;

V--鋼絲繩運行的速度，即電梯的運行速度，單位為m/s;

H--為鋼絲繩的捻距，一般為鋼絲繩直徑的6.3倍，單位為mm。

三、結語

電梯振動的方法對于電梯從業人員尤其是設計研發人員和工程問題處理人員都很實用，尤其是在目前電梯行業越來越追求高質量產品和乘坐體驗的發展趨勢下更顯重要，本文鑒于篇幅有限，對于電氣分析方面還沒有深入展開論述，但分析的原理都相同，就是利用頻譜分析工具確定振動頻率并溯源，然后根據溯源結果進行改進并解決問題，這也是理論結合實際并形成閉環的體現。