電梯轎廂水平減震技術的應用研究

蔣 丹

（四川省蠶絲學校，四川 南充 637000）

0 引言

作為電梯轎廂穩定支撐結構的重要組成部分，導軌支架的安裝質量會直接影響到電梯轎廂的運行性能。電梯轎廂所承受的震動主要是豎向和橫向震動，豎向震動會讓乘客產生失重感，橫向震動會使乘客支撐不穩，兩種震動均會影響電梯運行的舒適和安全。電梯轎廂在運行過程中所受的橫向震動，絕大部分是由導軌支架引起的，因此須以提高導軌支架的抗震性能為目標，將減震技術合理應用到導軌支架的設計中，以降低電梯運行過程中受到的橫向震動，提高導軌與電梯轎廂之間的耦合度，確保電梯轎廂在高速運行下的穩定性、安全性。

1 減震導軌支架的設計分析

1.1 減震導軌支架的設計方案

導軌支架作為電梯轎廂與導軌之間的連接結構，需要具備一定的結構剛度。但是在電梯運行過程中，其結構剛度如果過大，會增強導軌產生的橫向震動，并通過導軌支架傳遞到電梯轎廂中。電梯運行速度越快，電梯轎廂的震動幅度越大，導致電梯安全性能、穩定性能降低。因此須對電梯導軌支架的基礎結構進行相應的減震設計，降低導軌的橫向震動幅度，以提高電梯轎廂運行過程中的舒適度和穩定性。減震導軌支架的具體結構如圖1所示。在進行電梯導軌支架的減震設計時，須利用連接螺栓1對、支架板1進行嚴格固定，然后利用連接螺栓2將支架板1、支架板2進行緊密連接，最后利用連接螺栓3對支架板結構、壓導板進行耦合，以緩沖導軌的橫向沖擊力。在對橡膠板結構進行組裝時，須確保左、右橡膠板的鋸齒狀接口能夠與下橡膠板緊密相連，如圖1所示。為保證左、右橡膠板與壓導板之間的貼合度符合減震設計要求，須在壓導板表面涂抹一定劑量的橡膠黏結劑，避免電梯運行速度過快引起劇烈震動時，導軌橫向震動幅度超過左、右橡膠板的動態承載性能，導致左、右橡膠板脫落。下橡膠板是支架板2的主要支撐結構，同時也能在一定程度上分擔導軌支架的豎向荷載。

圖1 減震導軌支架

在對電梯導軌支架進行減震設計時，可在導軌支架基礎結構上增加一定數量的減震橡膠板，這樣做不僅能降低導軌支架豎向荷載，還能吸收導軌震動產生的橫向震動，設計方案簡單易行。但由于電梯轎廂長期處于高速運行狀態，動摩擦因素大，因此在進行導軌支架的減震設計時，須嚴格保證橡膠板的結構剛度，避免劇烈震動導致橡膠板彎曲變形，引起電梯運行故障。

1.2 減震橡膠板材料的確定

通常情況下橡膠材料具有較高的彈性，抗震性能良好，因此可將其應用到電梯轎廂的水平減震設計中。電梯運行速度越快，導軌向橡膠板施加的荷載就越大，橡膠板的彈性變形程度就越高，此時橡膠板的回彈值會升高，同時由于內摩擦力因素影響，橡膠板的彈性應力下降，即阻力系數增大，減震性能隨之升高。此時需要注意的是，雖然較高的阻尼系數能夠有效提高橡膠板的減震效果，但隨著電梯運行時間的加長，橡膠板的發熱破損程度會逐漸升高，其減震性能也會隨之降低。因此在進行導軌支架的減震設計時，設計人員須充分考慮橡膠板阻尼系數、發熱程度等因素對減震效果的影響。通過綜合分析可知，氯丁橡膠比其他橡膠材料性能更加優越，且阻尼系數相對平衡，能起到良好的減震作用，因此應將氯丁橡膠應用到減震導軌的試驗設計中。

1.3 減震導軌支架的校核

根據電梯轎廂減震設計要求，應保證在電梯運行過程中，施加在減震導軌支架上的橫向荷載不超過減震導軌支架承載性能的80%，且荷載擾度不得大于0.01m?？筛鶕剑?）～公式（5）對氯丁橡膠板輕微變形狀態下的結構剛度k進行合理測算。開展減震導軌支架減震性能試驗研究工作時，應確保電梯轎廂運行速度不超過5m/s，且導軌結構平整，以提高減震性能檢測結果的可靠性。

式中：h為氯丁橡膠的最大變形深度；E為氯丁橡膠板的彈性勢能；A為減震過程中氯丁橡膠板的受壓面積，a為減震過程中氯丁橡膠板的受壓寬度，b為減震過程中氯丁橡膠板的受壓長度，μ為氯丁橡膠板的抗壓強度系數，S為橡膠板減震面積與減震導軌實際面積之比；A為自由面積。

設減震氯丁橡膠板的減震寬度a=0.04m，減震長度b=0.09m，最大變形深度h=0.015m，則該氯丁橡膠在減震過程中輕微變形狀態下的結構剛度大小應不超過2×10N/m。以上述數據為基礎，當電梯轎廂出現緊急制動等應急現象時，須保證減震導軌支架產生的彈性應力不大于190MPa，最大彈性應力受力面積須嚴格小于減震導軌支架的支架板總面積，且大小不得超過100MPa·s。還須保證減震導軌支架的最大彈性變形支點位于橡膠板上，且變形深度不超過3×10m，同時支架板的變形深度不得超過2×10m，壓導板的變形深度最大值不超過3×10m，壓導板的最大彈性應力不超過4MPa。此時若減震氯丁橡膠板的最大應力不超過0.1MPa，則認為減震導軌支架的設計效果符合相關要求。

2 減震導軌支架減震性能試驗分析

2.1 試驗原理及系統設計

在上述設計分析的基礎上，設計人員還須搭建電梯轎廂橫向震動試驗系統以對導軌支架的實際減震性能進行充分研究，確保建筑技術得到合理應用。在進行電梯轎廂橫向震動試驗系統設計時，設計人員須提前搭建出一部尺寸為0.5m×0.65m×2m 的鋁合金試驗臺支架，以便后續安置減震導軌支架，該支架可以起到模擬電梯轎廂升降環境的作用。安裝固定好電梯轎廂后，設計人員須以轎廂底部對角線交點為基準，繪制3個減震性能測試點，并在測試點上安裝激振器和加速度傳感器，以對電梯轎廂運行過程中的橫、豎向振動進行檢測，具體結構如圖2所示。

圖2電梯轎廂減震性能測試點結構圖

根據相關研究可知，當電梯運行速度不超過5m/s，且且導軌支架存在彎曲、凹槽等影響結構平整度的因素時，會在一定程度上加劇電梯轎廂所承受的橫向振動，因此在

2.2 試驗內容

在開展減震導軌支架減震性能試驗研究工作前，設計人員須先對普通導軌支架的減震性能進行研究，以便后續比對兩類導軌支架的減震效果，確保減震技術得到有效應用。具體試驗內容如下：1）在確保電梯轎廂空載的前提下，從轎廂底部對右側減震導軌施加不同程度的橫向振動，實時采集轎廂底部3個測試點接受到的震動信號，并對震動信號的幅度特性、相位特性進行重點分析，確保減震導軌支架減震性能試驗結果的可靠性。2）對電梯轎廂施加不同程度的荷載，同時分別選用最大變形深度為5mm、10mm的氯丁橡膠板進行減震性能試驗，并對電梯轎廂的橫向振動幅度進行具體分析。

2.3 試驗數據采集分析系統

2.3.1 激振系統

在選擇安裝在電梯轎廂底部的激振器時，須確保激振器的體積小于轎廂底部總面積的10%，盡量確保其不會對轎廂施加向下的拉力，并能采集、處理6Hz～5000Hz的震動信號，產生不小于30N的橫向激振荷載，作用范圍應不小于8×10m。當激振器向電梯轎廂施加橫向荷載時，設計人員須認真觀察轎廂是否產生明顯震動，若震動現象不明顯，則可適當加大橫向激蕩荷載，以便激振器能夠順利接受到電梯轎廂的震動信號。在對電梯轎廂產生的震動信號進行采集時，試驗人員須按照“正弦定頻、線性掃頻”的原則，對震動信號進行分類采集，降低后續減震性能分析難度；同時控制激振器的輸入電壓不超過5V，避免電壓過大導致系統無法對信號進行有效采集，影響后續試驗工作的正常進行。

2.3.2 傳感器

由于電梯在運行過程中易受加速度影響而產生不同程度的震動，嚴重影響電梯轎廂的穩定性，因此該試驗中須在電梯轎廂底部安裝壓電式加速度傳感器，對不同運行速度、橫向激振荷載下的電梯轎廂加速度進行采集分析。如圖2所示，分別在電梯轎廂底部的角線交點處、近激振器側和遠激振器側安置3個加速度傳感器。在對橫向震動情況下電梯轎廂的加速度進行相應采集時，設計人員須提前將液態的工業蜂蠟涂抹在測試點處，保證加速度傳感器能夠與電梯轎廂底部緊密貼合，防止橫向激振過大引起傳感器滑落，以確保電梯轎廂加速度采集結果的可靠性。

2.4 減震導軌支架的減震性能試驗研究

該文在對減震導軌支架的減震性能進行相應研究后發現，當設計減震導軌支架時，當橡膠板最大變形深度為5mm和10mm時，導軌支架具有較高的減震性能，因此該文主要對這兩類橡膠板對電梯轎廂減震效果的影響進行具體分析。對最大變形深度為5mm的橡膠板進行減震性能試驗，電梯轎廂橫向震動幅度特性曲線如圖3所示。通過對傳感器采集數據進行合理分析可知，3個測試點的最大橫向震動加速度分別為660mm/s、690mm/s和640mm/s；橫向震動響應頻率分別為45Hz、43Hz和43Hz。

圖3 氯丁橡膠板最大變形深度為5mm時電梯轎廂橫向震動信號分析

通過從時域角度對圖3進行分析可知，與普通導軌支架相比，基于減震導軌支架的電梯轎廂最大橫向震動加速度分別下降了25%，同時不同測試點的橫向加速度變化幅度基本一致，只是對角線交點處橫向加速度的變化區間略微大于另外兩點，可能是減震導軌支架連接不緊密、加速度傳感器輕微滑脫等原因造成的。

通過從頻域角度對圖3進行分析可知，與普通導軌支架相比，不同測試點的橫向震動響應變化幅度較為均勻，且橫向震動響應峰值區間基本一致，相對誤差不超過2Hz，符合減震設計要求。同時與測試點2、3相比，測試點1處的橫向震動響應幅度較大相對較大，原因可能是其所處位置位于電梯轎廂底部中點，受力復雜且集中，因此須嚴格保證此處加速度傳感器與轎廂底部粘連緊密。

3 結論

在對電梯轎廂水平減震技術的應用進行相應研究時，該文主要從電梯導軌支架的結構設計上入手，通過合理選擇橡膠板材料，確定橡膠板最大變形深度、輕微變形狀態下的結構剛度和彈性勢能等關鍵參數，設計出具有較高減震性能的導軌支架，并通過搭建減震導軌支架性能檢測試驗臺，充分考慮電梯實際運行過程中普通導軌與減震導軌平整度、構件耦合程度之間的差異，對不同情況下電梯轎廂的水平震動信號進行了深入分析，進而得出結論：最大變形深度為5mm的橡膠板可以在一定程度上降低電梯高速運行過程中的水平震動幅度，如果將其應用在減震導軌支架的工程設計中，可以有效提高減震導軌的減震性能，確保電梯高速運行時的穩定性、安全性。