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电梯运行振动原因浅析

2018-08-03 来源:南粤安全文化网 文章热度:3622

1 前言

随着我国城市化的快速发展,城市人口越来越多,城市建筑也快速增长,电梯成为了人们生活、工作中不可或缺的交通工具,尤其在超高层建筑中,电梯的重要性尤为明显,曳引式电梯的需求量日益增长。与此同时,电梯产品的质量问题、安全性及舒适性成为大众高度关注的话题。随着电梯的速度增加,其引起振动的因素会越来越复杂,相对于低速电梯,高速电梯的振动抑制也会越来越困难,而电梯的振动不仅对安全运行有影响,也是影响电梯舒适性的主要因素之一。


2 电梯振动的评价

2.1振动加速度

频率与振幅是振动的两大属性,对于电梯振动的评价也应该从这两个角度出发。电梯振动会影响电梯的舒适感,一般认为振动加减速度及其变化率是引起乘客感觉不适的主要因素。国家标准GB/T 10058—2009规定[2]:乘客电梯轿厢运行在恒加速度区域内的垂直(Z轴)振动的最大峰峰值不应大于0.30 m/s2,A95峰峰值不应大于0.20 m/s2。乘客电梯轿厢运行期间水平(X轴和Y轴)振动的最大峰峰值不应大于0.20 m/s2,A95峰峰值不应大于0.15 m/s2

2.2人体

由于每个人的体质以及个人在不同时间身体状态的不同,还应该充分考虑人体生理对振动的反应。一般情况下,人体对振动的反应随着振动的强度即振动的能量增加而加剧,除此外,振动的频率与方向还影响着人的生理反应[3][4]。相关研究表明人体全身垂直振动在4-8Hz有一个最大的共振峰值,主要是由于胸部共振所产生的,对胸部影响较大;在10Hz附近还有一个较小的共振峰值,由腹部共振产生,对腹部的影响比较大[5][6][7]。人体对水平方向的振动要比垂直方向更加敏感,人体对1-2Hz的水平振动有较大的生理反应。因此控制轿厢的振动频率同样对提高电梯的舒适感非常重要。


3电梯运行振动原因分析

3.1机械方面(曳引机)引起的振动分析

3.1.1 旋转部件的旋转失衡

在曳引机方面,旋转部件的动平衡性能不好将给电梯系统带来振动问题,旋转部件方面主要包括曳引轮、电机的转子以及制动轮等。由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差,转子在旋转过程中的磨损以及热变形等因素的影响,往往会导致这些部件的旋转中心和质量中心不重合,以至于引起旋转失衡,容易产生噪音和振动,加速轴承的磨损。

3.1.2 曳引轮的径向跳动过大

一般来说,电梯曳引轮的各个绳槽的节圆分布在同一面上,并保持一定的圆度,但由于工艺影响,圆度值可能有偏差,这种误差会通过曳引绳传递到轿厢,引起一种轿厢相对规则振动;另一方面,受曳引轮材质的影响,当曳引轮槽表面硬度严重不均,经过一段时间运行之后,曳引轮槽表面被磨损,造成径向跳动过大,将直接给电梯轿厢垂直方向上带来一个激振源,进而引起轿厢的垂直振动。

3.1.3曳引机轴承磨损

曳引机的轴承旋转失衡等引起受力不均匀,以及没有及时润滑等都将会引起轴承的磨损。出现轴承异常磨损,曳引机将会呈现异常噪声和振动。

3.1.4 减速箱

加工制造的误差,润滑不足,润滑油变质,涡轮蜗杆磨损等问题会引起系统的振动,随着电梯的运行时间的增长,减速箱啮合间隙逐渐增大,旋转失衡和轴承的磨损等将产生振动和噪声。

3.1.5 悬挂装置

绳头处安装的防振装置刚度不合适;各钢丝绳之间张力差异太大;安装前没有完全释放钢丝绳应力;钢丝绳绳芯受潮不同程度的膨胀;电梯轿厢重心与曳引钢丝绳的中心线偏离较远;反绳轮与曳引轮轮轴之间的同轴度会出较大的偏差。

3.2建筑方面引起的振动分析

3.2.1 井道通风孔

电梯的轿厢和对重等运动部件需要占据井道的大部分空间,所以电梯运行时产生活塞效应。GB 7588—2003第5.2.3条明确规定井道应适当通风,建议井道顶部的通风口面积至少为井道截面积的1%[8]。对于高速梯,如果通风孔面积不足,将会引起更加严重的噪声和振动问题。

3.2.2 承重梁与隔振橡胶

承重梁承受整部所有部件的重量。总重力直接作用在承重横梁之上,横梁将出现弯曲变形。此时,电梯与横梁形成一个有固定振动频率的振动系统,该系统在不受外界作用力时可保持稳定。当该系统受到外界作用力时,系统将产生机械振动。如果外界作用力的作用频率接近于该系统的固有振动频率时,该系统将产生共振。

3.2.3 导向装置

在电梯运行过程中,导向装置一般用两列倾斜角度不大于15°的导轨与导靴配合来给轿厢导向。导向装置的好坏将直接影响到轿厢运行时的振动情况。导轨在电梯运行时容易发生形变,同时还存着安装和制造的误差等,导轨的变形容易产生电梯轿厢水平振动。导向装置主要存在以下方面的问题:

(1)导轨支架的刚度不足。

(2)导轨主要有侧面方向变形、顶面方向变形、扭曲变形。

(3)导轨安装时,由于安装人员水平不足或则责任心问题导致校准工作不达标。

(4)导轨润滑不足,导致噪声和振动。

(5)导轨与导轨之间的对接处存在台阶或者弯曲。

(6)导靴磨损量过大,导靴与导轨之间的配合间隙调整不合理。

3.2.4 轿厢

轿厢的作用是运载乘客,其本身的问题也将直接影响到电梯的振动和乘客的舒适感。轿厢方面,引起振动的主要原因如下:

(1)轿厢壁板振动频率与系统振动频率基本一致

轿厢相当一个浮动体,在接受到通过轿架以及导靴等方面的激励源之后,如果轿壁板的固有频率和系统的振动频率相等时候,将会引起共振。

(2)轿厢自重过轻,会造成动态性能差

轿厢重量太轻,一方面导致轿厢动态性能差,容易被激振带来振动,降低舒适感;另一方面,轿厢重量的减小,会造成电梯曳引能力也将会下降。

(3)轿厢连接螺栓松动

(4)轿厢的平衡

轿厢的重心与导轨顶面中心不重合,就会导靴受力不均匀,进而造成振动

(5)轿底振动

轿厢坐落在轿底减振块上,当轿底减振块的刚度过大,或者减振块老化变形等都给轿厢带来振动。

3.3 电气方面引起的振动

3.3.1 测速反馈的干扰

在电梯速度反馈闭环控制系统中,通常采用编码器作为其速度反馈装置。导致电梯系统振荡和机械谐振的主要原因之一是测速信号的不正常。如果编码器与电动机连接不牢靠,其同轴度偏差较大或者信号传输线未采用屏蔽电缆而受到干扰,都会使旋转编码器采集到的信号不准确,进而导致主控制器对反馈信号判断不准确,从而不能有效驱动变频器导致电梯运行产生振动。编码器灰尘太多造成接发脉冲不正常,编码器连线布线不合理,屏蔽线不可靠等都可能导致电梯的振动。

3.3.2 电动机转矩脉冲和谐波力矩影响

如果电机的谐波力矩造成电动机低速脉动,也会造成轿厢垂直振动。由于定转子铁芯开槽、气隙磁场的非正弦分布、主极的外形、铁心的饱和等原因,主极磁场在气隙中可能是非正弦分布,此时绕组的感应电动势中,除基波外还会有一系列高次谐波电动势。在电机的运行过程中,谐波电流会改变电磁转矩,这时产生振动力矩,引起电梯的振动。

3.3.3 变频器的参数设置不合理

采用PID控制的,必须正确设置参数P和I。在调试前,若P和I设置不当,将引起电梯运行过程出现不稳定现象,从而出现振动。设置比例值P过大,会造成振荡次数的增加,系统趋于不稳定状态;而P值过小,电梯系统动作缓慢。作为积分环节I值是为了消除电梯系统的振荡,太小了,系统振荡次数增加;太大了,积分环节起到的作用减小,出现系统量急剧变化,回到原值的时间会加长。


4 结论

本文详细地分析了电梯运行中导致振动的各个因素,主要从机械、建筑与电气三个方面出发分析。在机械方面问题引起的振动,主要从曳引机及悬挂装置方面进行分析,在建筑方面,主要从井道通风、导向装置、轿厢等方面进行了分析;在电气方面,在速度反馈以及电机脉动力矩等方面做了分析。综合各方面的分析找出了电梯振动的原因,最后发现最主要的原因来自于电梯的机械方面,在实际的安装过程中应高度注意。

(作者:黄恩地 广东省特种设备检测研究院惠州检测院 )

参考文献

[1]李秧耕,何乔治,何峰峰.电梯基本原理及安装维修全书[M].北京:机械工业出版社,2001.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 10058-2009电梯技术条件[S].中国标准出版社,2009.

[3]Internation Standard ISO 8041:1990/Amd.1:1999. Human response to vibration Measuring instrumentation[S].

[4]张丽珍.液压电梯舒适性评价方法研究和液压电梯集成 CAD软件的开发[D].浙江:浙江大学,1995.

[5]Cyril M H and Charles E C. Shock and vibration handbook [M]. New York: McGraw-Hill Book Company, 1976.

[6]杨桂通.医用生物力学[M].北京:科学技术出版社, 1994.

[7]史晓东.振动、噪声对人体的影响[J].环境, 1996, (7): 12-13.

[8]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB7588—2003《电梯制造与安装安全规范》[S].中国标准出版社,2003.

内容标签:曳引式电梯;舒适性;振动;减振