电梯振动的试验分析与解决方案

电梯振动的试验分析与解决方案

叶立忠

浙江省特种设备科学研究院 浙江杭州 310012

摘要：在电梯运行性能的各项指标中，垂直振动加速度和水平振动加速度是难以控制的指标。该指标超标会使乘座舒适感降低，严重时会产生抖动、颤动，使人无法忍受，因此探讨解决电梯振动的实用方法，对电梯制造厂商和安装维修单位有极大的实际意义。基于此，本文主要对电梯振动的试验分析与解决方案进行探讨。

关键词：电梯振动；试验分析；解决方案

1、电梯系统激振力特性

电梯运行中出现的振动从系统角度考虑，应为悬挂在曳引机上的轿厢—对重系统，在曳引机的振源激励下产生的受迫振动其幅频特性如图1所示。

图1 幅—频响应曲线

该振动类激振力的幅值与激振频率有关，由于电动机转子的不平衡以及电机轴和减速箱之间安装误差及制动轮与盘车手轮的动不平衡性，这种旋转体的不平衡引起的激振力其幅值与频率的平方成正比，其振幅放大率β的数学表达式为：

式中λ———频率比

ξ———阻尼比

从图1所示的幅—频响应曲线可以看出:由于激振力受振动频率影响，因此当频率比λ增大时，β趋于1，且其下降趋势较缓慢，这是与其他振动类型的不同之处。这对于选择电梯隔振系统有实际指导意义，电梯隔振系统一般采用橡胶。橡胶隔振器的阻尼比ξ=0.10，当系统发生共振时，β=1.67～5。

2、系统固有频率测试

电梯运行速度是电梯的技术性能指标之一，其允许变化范围按GB7588—1995《电梯制造与安装安全规范》12.6条规定:“当电源为额定频率，电动机施以额定电压时，电梯轿厢在半载，向下运动至行程中段(除去加速和减速段)时的速度，应不超过额定速度5%。

注:1)实践证明，在上述测定条件下，速度在额定速度以下且不低于额定速度8%是比较好的。故激振频率不会有较大的变化。按振动隔离的一般要求λ>2[，在工程设计中取λ=2.55。由于激振频率在系统布置时已确定，因此只能改变系统固有频率以求避开共振区，即λ1或λ1。

2.1系统固有频率计算

根据文献[1]，电梯系统的固有频率计算式为:

角频率

频率

式中K———系统刚度

m———系统总质量

由于电梯系统是由钢丝绳轿厢对重平衡链构成的系统，故由绳头弹簧确定的系统的刚度及系统质量为:

(1)实例1某写字楼观光梯

绳头弹簧刚度:432kN/m(10个)

轿厢自重:1600kg

对重:2040kg

钢丝绳自重:255kg

平衡链:230kg

电缆:85kg

额定载重:1000kg

则:总刚度K=10×432=4320kN/m

总质量m=4210kg

空载时固有频率

满载时固有频率

F2=28.8/2π=4.59Hz

(2)实例2普通客梯

绳头弹簧刚度432kN/个(10个)

轿厢自重:1200kg

对重:1750kg

钢丝绳自重:240kg

平衡链:170kg

电缆:80kg

额定载重:1000kg

则:总刚度K=10×432=4320kN/m

总质量m=3440kg

空载时固有频率

满载时的固有频率

2.2测定系统固有频率

从理论计算分析，电梯系统的固有频率在5Hz左右，而一般曳引机的主转速在1300～1500r/min，即主振频率在21.6～25Hz。则频率比为4.32～5，能满足工程设计的隔振要求，系统设计是合理的。但是在电梯实际运行中，有些电梯在额定速度范围内仍会出现振动，甚至在固定楼层出现振动，而且越接近顶层(机房)振动越明显。为了验证系统设计的合理性，设计了频率扫描法的试验用以实际测定系统的固有频率。其测定方法如下:

(1)选定待测定电梯;

(2)改变主机转速，使其从额定速度下降至300r/min，其改变间隔为60r/min;

(3)在不同的速度下，在电梯轿厢内用加速度仪实际测定垂直加速度，水平加速度。试验中只测定轿厢上、下行垂直振动加速度，作出转速—垂直振动曲线;

(4)观测在不同主转速下，系统有无共振现象，主机有无异常噪声。测验时，分别对3台速度为1.75m/s，载重1000kg的电梯进行了测试。

2.3测试分析

从测试结果分析可得出以下结论

(1)随主机转速下降，振动指标呈下降趋势，当主机转速下降至1000r/min后，振动指标基本稳定，波动不大。

(2)振动指标的最大值出现在主机转速1150～1320r/min区域内，这时主机的激振频率为19.2～22.5Hz，其振动值约为1000r/min时振动值的2.5～3倍，即已发生共振。测试人员在轿厢内明显感到振动，曳引机噪声增大。

(3)在理论计算的共振区200～400r/min的范围内，振动曲线有一小幅回弹，但回弹幅度较小，可理解为共振的影响，可证明理论计算的正确性。

(4)电梯空载下行振动指标明显优于空载上行指标，这表明系统在电机做功状态时比发电状态时的稳定性要好，这已在多台电梯运行指标测试中得到验证。

对电梯运行影响最大的共振区，即19～22.5Hz区域，在理论上没有预测到，由于此区域接近或位于额定转速，所以其对电梯的性能影响最大。电梯如果出现振动指标超标或人体可明显感到振动，一般均与此区域有关。发现19～22.5Hz共振区是本次试验的一大收获，为今后电梯系统设计提供了依据。

3、电梯振动的防止

(1)由于曳引机是主振源，对其振动指标应严格控制。GB13435—1992《电梯曳引机》规定:“曳引机在检验平台上轻载(相当于曳引机额定载重量20%～40%)时，在输出轴端处测定折算到曳引轮节径处的扭转振动速度的有效值中，最大值(客梯)不大于7.1mm/s。”曳引机生产厂必须能保证该项指标，电梯整机厂应对曳引机供方严格考察，综合评价其生产工艺、检测手段、质管体系。

(2)避开共振区，在系统设计时，主机工作转速应为1500r/min。试验表明，转速超过1350r/min共振区，在转速为1450～1500r/min区域，振动值将下降，而且转速偏离共振区100r/min后，能有明显效果。应用此方法，已为厂家有效地解决了数台电梯振动问题。

(3)曳引机底座隔振橡胶垫宜选用邵氏硬度HA50～HA60的丁晴橡胶或天然橡胶，主振源的振动主要应由隔振套予以吸收。轿厢底隔振垫硬度应在HA50左右，钢丝绳、轿厢架传来的垂直振动主要由其吸收，此隔振垫的选择也很重要。

(4)轿厢重心位置对水平振动影响很大，可通过轿厢底配重的调节来改善水平振动指标。因此在轿厢设计时，应考虑设置重心调节支架，通过改变配重，调节轿厢重心。虽然轿厢内乘客人数不等，但多数情况下乘客分布是趋于均匀的。

（5）电梯电气控制生态系统产生的振动，电梯限速测速反馈装置工作出现异常未能及时有效反馈曳引机的转动速度数值，其它不确定信号干扰使控制电路的信号出现不精准，电梯一体化控制处理器对传输信号的不正确反馈信息作出错误的指令，直接使电梯在升降运行过程中产生各种不确定的振动问题。处理措施：对电梯限速测速反馈装置与曳引机轴的同心度进行适当的调整，对接地线路一律采用专用屏蔽线，避免出现不同方位的干扰造成测速信号偏差确保电梯安全运行状态不受任何不明信号干扰影响。当编码器安装不正确时，未使用专用屏蔽线和接地处理，编码器很容易出现故障。处理措施：对编码器或电梯限速装置进行更换，使反馈信号达到符合标准，并确保编码器可靠接地。

参考文献： ［1］徐浩.关于电梯运行振动的研究［J］.中国高新技术企业，2014（05）：18-20.g

［2］杨颂.电梯运行振动浅析［J］.中国高新技术企业，2012，5（3）：85-87.

［3］吴国强.探讨电梯振动现象及解决措施［J］.动力和电气工程，2009，2（8）：46-48.

［4］张同波.电梯振动问题研究［J］.科技致富向导，2010，9（4）：46-48.