电梯运行中噪声及振动的分析及治理方法

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　　本文从机械和电气两个方面分析了噪声及振动产生的原因， 以及常规的治理方式。针对常规的被动治理方式， 创新提出了主动治理的思想， 以期为电梯设计、制造、 安装等各个环节提供参考。

　　电梯噪声及振动问题分析

       1、机械方面的问题


　　承重装置：
       电梯的安装需要有较高的强度和刚度的承重装置，否则容易出现振动并产生噪音。


　　承重装置的缺陷主要表现是：

　　  · 承重梁的刚度不够;

　　  · 曳引机与承重梁之间需要合适的减震装置，而目前有许多电梯中的这些减震装置往往出现橡胶材料硬度、 数量的不合理或受力不均匀。


　　悬挂装置：
　　轿厢和平衡重都是通过悬挂方式安装实现， 而在实际安装过程中经常出现绳头隔振装置刚度太大或太小、轿厢中心和曳引绳中心偏差过大，使导靴受力不均匀产生振动。

　　各钢丝绳张力不均匀，摆幅过大。不同的钢丝绳张力会对曳引轮绳槽产生不同的压力，使曳引轮各绳槽磨损不均匀，时间长了会导致各槽节圆直径不同，绳间相对滑移加剧，引起运行中的振动和噪声，同时也会降低曳引轮和钢丝绳的使用寿命。

　　绳头组合的压缩弹簧选型不对，弹簧弹性系数太小会使电梯起制动时轿厢振动幅度增大;弹簧弹性系数太大会使其抗冲击负荷能力下降，同样会使轿厢振动加大。

　　钢丝绳的扭曲，试验证明钢丝绳扭曲会引起电梯振动，必须在安装时确保每30m钢丝绳旋转不超过1圈。

　　曳引机：
　　曳引机是轿厢升降的动力来源和调速机构，对电梯的平稳运行非常重要。实际生产和安装过程中经常出现：

　　  · 由于制造厂组装调试时为无负载运行，在电梯安装使用后，进行有负载运行时产生了振动，所以在制造厂组装调试时应适当地加些负载，发现问题及时解决。

　　  · 装配不符合要求，减速箱及其曳引轮轴座与曳引机底座间的紧固螺栓预紧力不匀，可能引起减速箱体扭力变形，造成蜗轮副啮合不好，蜗杆与电动机连结后同轴度超标。因此在组装时，对齿轮进行修齿加工和对蜗杆进行研磨加工可以达到减小振动的目的。


　　  · 蜗杆刚度过小、 电动机以及蜗杆轴承磨损，径向跳动增大。


　　  · 制动轮和电动机转子动平衡不良、电动机与减速器之间连轴器同轴度精度低。


　　  · 蜗杆轴端的推力轴承存在的缺陷。


　　  · 电磁制动器两侧间隙不均匀，造成运行时不正常的摩擦。


　　  · 曳引轮的不平衡旋转是曳引系统机械振动的主振源，一般在设计与制造加工时已对此进行了考虑，提高曳引轮的加工精度。

　　轿厢：
　　  · 在组装轿厢时没有正确设置减振消声橡胶垫，则在轿厢起制动时会引起很大的振动。


　　  · 轿厢壁板振动频率与系统振动频率相近，产生共振。


　　  · 轿厢自重太轻，动态性能差，对振动的屏蔽能力较差。

　　导向装置：
　　导轨的安装是电梯平衡运行的关键因素，精确的导轨安装和良好的导轨接头的处理会使电梯有良好的运行效果，特别是水平振动。因此导轨的垂直度，轨距偏差与接头平整度都会影响到电梯运行过程中的舒适感。

　　导轨间距偏差过大会引起轿厢水平晃动;过小会使轿厢垂直振动。另外，导轨支架的刚度不够，导轨与支架连接、支架与预埋钢板焊接，支架与墙体固定不牢固，也会使轿厢运行时产生振动。

　　2、电气方面的问题分析


　　电动机：
　　转子与定子同轴度偏差过大，因偏心产生不平衡单边磁拉力，导致振动。各相回路阻抗不平衡，从而产生负序旋转磁路造成振动，一般出现在绕组重复修复时因工艺不良、 匝数不一致的电动机。

　　拖动与控制系统：
　　三相电源电压或调速器输出三相电压，不平衡大于8%;速度反馈器件布设不合理而受干扰;调节器中调节器P值过大，I值过小;调节器速度调节响应滤波时间选择不合适;调速器速度给定信号不稳定或受干扰。

　　测速反馈的干扰：
　　在电梯速度反馈的闭环系统中，一般采用光码盘作为速度反馈信号，测速反馈信号不正常是导致系统振荡和机械谐振的重要原因之一。如：

　　  · 编码器与电动机连接不良，使反馈信号异常，引起电梯抖动;


　　  · 编码器应注意清洁，灰尘遮挡会造成其触发脉冲不正常;


　　  · 编码器应避免外力冲击，盘片的扭曲、损坏都会使反馈信号不正常;


　　  · 编码器连线布线要合理，地线和屏蔽线接线应可靠，避免外界干扰反馈信号。

　　电梯被动减振治理

       1、机械治理措施
　　针对悬挂装置引起的振动和噪声可采取如下措施进行治理：

　　  · 在轿底安装轿厢补偿装置，利用它改变轿厢重心，使轿厢达到平衡减少导靴压力;


　　  · 对角安装随行电缆;


　　  · 调节钢丝绳的绳头拉杆螺母，使每一根钢丝绳张力与平均值相差不超过5%。对于行程在30m以上的电梯，测量时将轿厢置于中间层，在轿厢上方1.5m处用弹簧拉力计测量每根钢丝绳的张力值;行程不大于30m的电梯测量轿厢钢丝绳的张力时，应将轿厢置于最低层进行，测量对重侧钢丝绳张力时应将轿厢置于最高层，然后在对重侧对钢丝绳进行测定和调整。


　　  · 对于在匀速运行时，曳引机产生的振动可采用在曳引轮上增加惯性轮的方法解决。曳引轮惯性轮能吸收引起轿厢振动的能量，在电梯处于额定速度时可以消除振动，但在加减速时是无效的。


　　  · 应每隔3-6个月检查1次油的状态。当发现齿轮油发黑，有矿物质沉淀并冒白沫时则必须立即更换。当齿轮磨损太严重，已引起振动和噪声时应更换齿轮。齿轮的寿命取决于其磨损程度，齿轮上的凹点会加快其磨损速度。


　　  · 用沥青或阻尼材料粘在轿壁上可吸收振动能量，从而减少振幅和噪声，也可以在轿壁之间及轿壁和装演之间填充吸声材料。


　　  · 应尽量采用曳引比为1:1的电梯。


　　  · 轿厢导轨间距应用标准值支架宽度的方形铁片调整，但调整垫片的总厚度应不超过5mm。当调整垫片超过两片时，应先焊为一体，然后再垫入。导轨连接处台阶过大也会引起轿厢振动，其值应不大于0.02mm。若超过该值，应对接头处用导轨刨进行修光，修光长度不少于150mm。导轨垂直度偏差应为每5m长度内不大于1.5mm。若超标可用压板及垫片调整。导靴与导轨间的间隙，一般应调整为固定导靴靴衬底部与导轨端面间间隙为0.5~1mm。


　　2、综合避振措施
　　电梯的避振是通过：曳引机与承重梁之间的减振;钢丝绳与桥架之间的减振;轿架与轿厢之间的减振等途经实现。

　　曳引机与承重梁系统：
　　在极端情况下，当激振力的频率接近或等于系统的固有频率时，系统会发生共振。用于机组隔离的减振垫大小、尺寸和数量，必须与安装文件或土建图一致。减振垫只允许放在机组和混凝土之间(或工字梁上)，机组底座必须搁在整个减振垫上。

　　轿架与轿厢之间的隔离：
　　轿厢与轿架的隔离可分为两部分：轿底和轿架的隔离、直梁夹板和桥架的隔离。

　　直梁夹板和轿架的隔离要求：

　　  · 在轿架和轿顶之间只允许有减振垫连接;


　　  · 当减振垫与直梁间隙超过0.5mm时, 减振垫应该更换。

　　钢丝绳头与轿架间的隔离
　　减振垫的选用根据额定载重量与轿厢轿架重量之和来决定，并且在空轿厢时减振垫的压缩量应在10-15mm。如果减振垫没有适当的效果，可以在钢丝绳和减振垫之间增加重量(约为骄厢重量10%)。

　　车厢升降用吊索有六根，用扭力板手校正使每个绳索的紧围十分接近，检测绳索纵向振动基本相同，这样车厢扭转现象减少后与导轨接触均匀了，在导轨上加装压力油润滑减少干摩擦力的幅度，这样振动和噪声也有所降低了。

　　电梯主动隔振治理

       电梯的加减速特性和振动是影响乘客舒适性的主要因素，如通过降低电梯的振动水平提高电梯品质，以提高舒适性为目的电梯的振动控制必须建立在深入研究其激励源、 定量分析各因素、 各参数对电梯振动的影响方式及敏感度的基础上，从振动的振源、 传递路径、被控对象三个角度加以考虑。 电梯振动控制可分为被动控制和主动控制，目前振动控制绝大部分采用被动控制。

　　电梯振动控制主要是下面几种方法：

　　  · 采用动态性能良好的曳引电机替换当前使用的电机;


　　  · 改变电梯系统某些弹性环节的刚度系数以改变系统的固有频率，使之远离曳引电机的旋转频率;


　　  · 在电梯轿顶轮两侧安装动力吸振器以消耗系统的振动能量，从而达到减振之目的;


　　  · 使用隔振材料。

　　原则上，以上四种方案均可施行。然而，作为一个正在服役的、 笨重的电梯系统， 替换电机或弹性元件相当麻烦。因而， 推荐采用在轿顶轮两侧加装动力吸振器以抑制电梯的振动。电梯系统加装动力吸振器之后， 电梯桥厢的垂直振动被大大削弱了，反映了动力吸振器良好的减振效果。

　　通过合理地抑制振源、被动隔振，可以有效降低轿厢内的振动水平，对于一般的中低速 (≤2m/s) 电梯可以达到相应的舒适性要求。但对于高速电梯、超高速电梯，还必须采用主动隔振技术才能达到舒适性的要求。主动隔振系统包括三个关键部分：振动信号测量、实时控制器、作动器致动器。主动隔振的效果比较好，但成本也比较高。半主动隔振则是根据电梯的振动状态实时地调整系统的控制参数、刚度阻尼参数。

　　总 结

       电梯运行时产生噪声的原因是多方面的，通过全面的测试、分析噪声产生的原因，并采取相对应的措施是治理噪声的有力保障。有关研究表明， 只有主动隔振治理才能有效治理电梯噪声对其周围环境的影响。

　　来源：电梯公众号(ID：movingstaircase)，原文摘编自沈罡的《电梯运行噪声及振动分析与治理》。