电梯是机电一体化的设备, 所以振动噪声的分析出发点必须从机械和电气两方面找原因。很多时候是电梯出现振动噪声, 影响乘坐舒适性时才开始到处寻找原因, 分析起来也十分困难, 整改措施也有限效果不明显。本文提出在电梯最初设计、制造、安装时就开始有针对性的进行采取技术手段, 最大程度遏制噪振动声的出现。
1. 电梯噪声振动分析
1.1 机械方面的问题
1.1.1 承重装置
电梯是特种设备, 必须能保证安全稳定运行, 安装的承重装置必须需要有较高的强度和刚度, 如果强度刚度不够自然会出现振动, 而且由于振动还会伴随有噪音。承重装置刚度强度不够, 常见有以下情况: (1) 承重梁的刚度不够; (2) 曳引机与承重梁之间的减震装置必须合适, 有时我们对振动噪音超标的电梯进行分析时, 发现其实很多曳引机与承重梁间是有安装减震装置的, 但是经计算机建模运算后得出的结果是减震系统不匹配, 常常是减震装置硬度达不到、数量、位置不当, 结果是曳引机在承重梁上出现晃动, 受力不均匀出现振动并伴随异响。
1.1.2 悬挂系统、补偿系统
轿厢和对重系统经悬挂装置连接在一起, 施工过程中若钢丝绳绳头装置刚度未有达到一定要求, 过大或过小都会导致轿厢与钢丝绳中心不能重合, 结果是轿厢两边导靴与导轨间隙不均匀轿厢就会出现晃动, 轿内的乘客就会感到有振动影响乘坐舒适性。
如果每根钢丝绳的受力相差很大, 电梯上下工作时轿厢就会出现很大幅度的摇晃。曳引轮轮槽的磨损情况与每根钢丝绳受力是否相同有很大关联, 如果受力不均长期运行就会使绳槽节圆直径发生变化, 钢丝绳之间会出现相对运动并相隔越来越远, 结果就是轿厢的振动、噪音, 更为严重的是曳引轮与钢丝绳的寿命会直接受到影响, 降低使用时间。另外, 电梯振动也可能是钢丝绳纠结圈数过多导致的, 施工中必须保证每30m旋转圈数不能超过1圈。
绳头组合的压缩弹簧选型不合适, 若在电梯开始运行停止运行阶段振动幅度有越来越大的趋势, 那就是弹簧弹性系数过小造成的, 若相反的话 (弹性系数太大) 整梯抵抗冲击的能力就会减小, 同样有可能会出现轿厢振动。
1.1.3 曳引主机
曳引机主机是为电梯提供动力和调速的主要装置, 被喻为电梯“心脏”, 主机的性能优劣能决定电梯的乘坐舒适性。往往电梯公司在制造和施工中往往有以下情况:
在生产线上安装完成后的主机进行出厂试验时, 只是做了一个工况的 (通常是额定转速额定载荷) 的运行试验, 这与在电梯安装使用后的实际运行工况往往不相符, 其他工况也许会出现振动, 所以企业在主机出厂前有必要增加各工况运行试验, 发现问题及时反馈给设计人员找出问题完善设计。
装配工人未严格按照生产技术部门给定的指引作业书进行装配, 带减速箱的主机减速箱与曳引轮轴座与曳引机外壳底座的紧固螺栓预紧力不同, 这时容易造成减速箱运行时扭力变形。如果是蜗轮蜗杆减速箱, 还要求涡轮副啮合要可靠, 否则减速箱的蜗杆和电动机连接后会不同轴, 出现这种情况需要重新用机床对齿轮、蜗杆进行精加工。
蜗杆刚度不够的有齿主机, 电动机、蜗杆的轴承长时间摩擦损坏, 就会导致径向跳动超过正常值, 最终表现出的现象就是曳引轮旋转时晃动。无齿轮主机制动轮和电动机转子动平衡不良, 有齿轮主机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都会导致电梯振动。
另外, 主机制动器两边闸瓦与制动轮间隙大小相差较大, 电梯长时间运行时终会出现摩擦;曳引轮 (制动轮) 动平衡不好是曳引系统机械振动的主要因素, 所以设计曳引轮时要结合使用要求、工艺水平必须给定合适的值, 机床加工时必须严格按照设计图纸给定值进行加工保证精度。
1.1.4 轿厢
组装轿厢时安装的减震消声胶垫不合适, 轿厢起动制动时出现较大振动。如果轿厢壁板与整个整梯系统振动频率相同或接近就容易产生共振, 应该避免这种情况出现。另外, 如果轿厢太轻, 动态性能就会不好, 屏蔽振动的能力变差。
1.1.5 导向系统
轿厢在导轨上能否平稳运行, 主要取决于导轨的垂直度, 导轨间距偏差, 导轨接头处平滑程度等, 如果上述指标不好乘坐电梯的舒适性自然会变差。具体表现为, 两根导轨之间的距离偏差太大就会导致轿厢水平方向摇晃, 偏差太小又会使轿厢垂直振动增大。此外, 若导轨支架刚度不达标, 导轨与支架、支架与预埋钢板焊接、支架与墙体固定不可靠, 轿厢上下运行时也会出现振动。
1.2 电气方面的问题
1.2.1 电动机
电机转子和定子不同轴, 由于转子 (定子) 偏心导致的电机内部电磁力不均,
电机输出的转矩是脉动的, 转矩脉动超过标准就会使得轿厢有垂直振动出现;如果电机三相绕组阻抗不相等, 反向旋转的磁路会产生振动, 主要原因是电机绕组下线时没有按照工艺指引进行作业, 电机各相匝数不一致。
电梯在某一固定频率振动特别厉害, 这个频率与电机额定频率 (转速) 十分相近时。这是因为电机额定频率和电梯系统固有频率相近发生了共振, 此时电机设计人员设计电机时就需要通过调整电机极槽配合, 改变电机额定频率而规避共振的出现。
电梯在其他频率段 (速度区间) 振动特别厉害, 这个频率与电梯系统固有频率也不相近不重合。此时应该用振动测试分析仪测定是否发生在电机的6f, f是电机频率, 6f是永磁同步电机的力矩波动基波, 如果过大电梯振动特别明显。此时电机设计人员需要通过技术手段进行抑制, 常见的有将定子铁芯的槽倾斜特定的角度, 或者将磁钢倾斜特定角度, 二者是等效的。
如果振动出现在上述频率之外的其他频率段, 再分析是否齿槽转矩过大, 齿槽转矩过大原因有, 定子制造精度 (表现在2f) 、转子制造精度 (表现在2f*S/P) , f是电机频率, S是电机槽数P是电机极数。如果是定子转子精度不够造成的振动, 就需要提高加工工艺精度了。
1.2.2 电气回路、控制系统
拖动、电气控制系统三相电源电压, 不平衡大于7%。
控制系统程序中控制器的比例放大系数P太大, 积分系数I太小;控制器滤波时间给定不当;负反馈控制系统中速度给定信号有干扰不稳定。
电梯速度控制系统中, 通常利用光电编码器采集速度、位置信号, 若编码器采集回来反馈给控制器的不是实际速度、位置, 就必然导致系统振动。
由于编码器在电动机主轴上没有装配好, 反馈的脉冲信号异常, 会引起电梯抖动;编码器是精密的光电产品, 如果灰尘进入壳内遮挡光栅, 最终反馈到变频器里的脉冲信号不能真实反映电机的转速和轿厢位置;编码器对精度要求较高, 要特别注意码盘的干净整洁, 不能有灰尘进入编码器内部挡住光栅, 也不能有外力使码盘变形损坏, 否则得不到正确的信号, , 进而影响整体的运行稳定。此外, 编码器在机房的走线要合理, 地线和屏蔽线接线应可靠, 不能有其他信号干扰。
2. 减小电梯振动噪音措施
2.1 机械方面措施
1.在轿底安装补偿装置, 改变轿厢重心减少导靴压力, 使轿厢在导轨上平衡运行。随行电缆安装时要对角安装。
2.保证各钢丝绳张力与平均值相差不超过5%, 调整钢丝绳绳头拉杆螺母来保证。值得一提的是, 在提升高度大于30m的电梯, 若要测量每根钢丝绳张力, 正确做法是将轿厢停在中间楼层, 站在轿顶约1.5m处用拉力计测量。提升高度小于等于30m的电梯, 应将轿厢停在最底层, 测量对重测钢丝绳张力时首先需将轿厢停在最顶层, 然后在对重测测量钢丝绳张力并作相应调整。
3. 曳引机在匀速运行段产生振动可在曳引轮上增加飞轮 (惯性轮) , 飞轮能吸收振动的能量, 在电梯处于额定速度时可减小振动, 但对加减速段不起作用。
4.对有齿轮主机应每隔3个月检查1次润滑油。当油变成黑色, 且有矿物质状沉淀时必须及时更换。检查齿轮, 涡轮蜗杆磨损情况, 若是由于磨损造成的振动和噪声必须及时更换。
5.在轿厢壁上装阻尼材料来吸收振动造成的能量, 以抑制振动与噪声, 通常的办法是在轿壁内填充吸音材料。
6.电梯曳引比选用1∶1。
7.轿厢导轨间距不当调节的方法是利用一个方形铁片来进行调整, 铁片的宽度应是与标准的支架宽度相等, 铁片总厚度要小于5mm。若铁片超过两片, 必须先焊成一片再垫进去。轿厢振动也可能是导轨连接处的台阶造成的, 台阶必须小于0.02mm。导轨垂直度偏差应每5m长度内小于1.5mm, 如果超过可用垫片进行调整。导靴靴衬底部和导轨端面间隙范围是0.5~1mm。
2.2综合减振降噪措施
电梯减振降噪必须按照以下几个思路进行, 主机与承重梁间、钢丝绳与轿架间、轿架与轿厢间的减振。
2.2.1主机与承重梁
当振动频率与整梯系统固有频率相同或接近时会有共振现象出现。此时要做的是修改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。用于机组隔离的减振垫大小、尺寸和数量必须经过计算确定。减振垫只能安装在机组和工字梁之间;主机机座必须安装在整个减振垫之上。
2.2.2轿架与轿厢的隔离
轿厢和轿架的隔离分为:轿底与轿架的隔离;直梁夹板与轿架的隔离。直梁夹板与轿架隔离要求是, 轿架与轿顶间只能有减振垫连接, 当减振垫和直梁间隙超过0.5mm时, 必须更换减振垫。
2.2.3钢丝绳绳头与轿架间的隔离
综合电梯额定载重量和轿厢轿架重量的和来对减振垫进行选型, 空载时减振垫的压缩量要保持在10-15mm;如果减振垫无效, 可以考虑在钢丝绳与减振垫之间增大哪一个的重量, 重量大约为轿厢的10%。另外, 在导轨上加装压力油润滑, 减少干摩擦力, 对振动和噪声也有缓解。
3. 总结
电梯运行时造成出现振动噪声的原因有很多, 笔者认为, 电梯是机电一体化设备, 分析原因必须从机械、电气两方面出发进行研究分析。而最有效的抑制是从源头抓起在电梯的最初设计, 试验, 制造, 安装每个环节都本着减振降噪方向去努力, 最终的电梯性能肯定优于一般电梯。
摘要：本文从机械和电气两个方面分析了振动及噪声产生的原因, 并在电梯设计、制造、安装等环节给出抑制振动噪声的策略。
关键词：电梯,振动,噪声,浅析