彭大清

摘 要：主要探討了采用頻率分析法調(diào)試自動扶梯振動的過程。通過結(jié)合具體實(shí)例，系統(tǒng)分析了頻率分析法的應(yīng)用，以期為有關(guān)方面的需要提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：頻率分析法；自動扶梯；振動調(diào)試；噪聲振動

中圖分類號：TH236 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.108

自動扶梯也稱為電動扶梯或自動行人電梯、扶手電梯、電扶梯，是一種以運(yùn)輸帶運(yùn)送行人的運(yùn)輸工具。由于人們對自動扶梯的設(shè)計(jì)、施工要求越來越高，導(dǎo)致自動扶梯的振動調(diào)試得到了施工人員的重視。頻率分析法在自動扶梯振動調(diào)試中的應(yīng)用，為自動扶梯的振動調(diào)試工作帶來了極大的幫助。因此，本文就在自動扶梯振動調(diào)試中應(yīng)用頻率分析法進(jìn)行了探討。

1 使用頻率分析法調(diào)試的原理

1.1 快速傅里葉變換

使用頻率分析法對自動扶梯的噪聲振動進(jìn)行分析時(shí)，首先要將自動扶梯的振動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為頻率譜圖，這就需要使用快速傅里葉變換（FFT）工具。FFT是1965年由J.W.庫利和T.W.圖基提出的，是離散傅里葉變換的快速算法，可將一個(gè)信號從時(shí)域變換到頻域。因此，使用FFT可提取振動信號的頻率，并繪制成頻率譜圖。根據(jù)頻率譜圖有可能找出振動源。

1.2 自動扶梯零部件運(yùn)動頻率的計(jì)算

自動扶梯的振動是因自動扶梯各部件運(yùn)動導(dǎo)致的，其振動頻率與相應(yīng)部件的運(yùn)動頻率一致。自動扶梯各部件的運(yùn)動頻率可分為旋轉(zhuǎn)頻率和多邊形效應(yīng)頻率。

自動扶梯上有很多旋轉(zhuǎn)部件，比如主機(jī)馬達(dá)、主驅(qū)動、扶手驅(qū)動和各種滾輪等。如果因某些原因它們沒有繞其圓心旋轉(zhuǎn)，或其旋轉(zhuǎn)圓周上有缺陷，則會導(dǎo)致自動扶梯產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)頻率一致的振動。旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)頻率可用下式計(jì)算：

f=φ/60. （1）

式（1）中：f為旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)頻率，Hz；φ為旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)速度，r/min。

自動扶梯上有很多鏈輪，比如主機(jī)鏈輪和主驅(qū)動上的驅(qū)動鏈鏈輪、梯級鏈鏈輪、扶手驅(qū)動鏈鏈輪等。自動扶梯的多邊形效應(yīng)是指當(dāng)這些鏈輪每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒時(shí)，對應(yīng)鏈條的速度從快到慢再從慢到快變化一次的現(xiàn)象。多邊形效應(yīng)會導(dǎo)致自動扶梯的運(yùn)行速度時(shí)快時(shí)慢，使乘客產(chǎn)生前后竄動的不適感。其頻率與鏈輪的轉(zhuǎn)速、齒數(shù)有關(guān)，可用下式計(jì)算：

f=φ·n/60. （2）

式（2）中：f為自動扶梯多邊形效應(yīng)的頻率，Hz；φ為自動扶梯鏈輪的轉(zhuǎn)速，r/min；n為自動扶梯鏈輪的齒數(shù)。

1.3 諧波

根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅里葉的發(fā)現(xiàn)——任何周期性重復(fù)的波形都可分解為基波和一系列為基波頻率倍數(shù)的諧波的正弦波分量。自動扶梯的振動大多屬于周期性振動，因此，除了頻率與運(yùn)動頻率一致的基波外，還有一系列頻率為基頻整數(shù)倍的諧波。其中，頻率為基頻2倍的諧波叫2次諧波，頻率為基頻3倍的諧波叫3次諧波，依此類推?；ê椭C波在頻率譜圖上表現(xiàn)出一系列等距分布的頻率峰。

2 調(diào)試工程實(shí)例

使用頻率分析法對1臺振動超標(biāo)的自動扶梯進(jìn)行了調(diào)試，收到了很好的效果。調(diào)試之前，這臺扶梯梯級和扶手帶振動測量數(shù)據(jù)的測量工具為PMT。由此可見，這臺自動扶梯的梯級和右側(cè)扶手帶的振動都超出了允許范圍，需調(diào)試。因此，使用頻率分析法開展調(diào)試工作。

2.1 各零部件引起的扶梯振動頻率

收集的該扶梯的一些參數(shù)如表1所示，并作為各零部件運(yùn)動頻率計(jì)算的根據(jù)。通過現(xiàn)場測量或查看設(shè)備銘牌，可方便地得到這些數(shù)據(jù)。

表1 待調(diào)試自動扶梯參數(shù)

自動扶梯參數(shù) 參數(shù)值

梯級運(yùn)行速度（測量值）v1/（m/s） 0.496

主機(jī)齒輪箱減速比i 24.5∶1

主機(jī)鏈輪齒數(shù)nm 19

主驅(qū)動鏈鏈輪齒數(shù)nd 68

主驅(qū)動梯級鏈鏈輪齒數(shù)nδ 16

主驅(qū)動鏈節(jié)距dm/mm 31.75

梯級鏈節(jié)距dδ/mm 135.47

扶手帶驅(qū)動鏈節(jié)距dh/mm 25.4

扶手帶驅(qū)動鏈鏈輪（主驅(qū)動軸）齒數(shù)nmd 29

扶手帶驅(qū)動鏈鏈輪（扶手帶驅(qū)動軸）齒數(shù)nbd 19

梯級鏈輪/梯級輪直徑dr/mm 76

根據(jù)表1中的扶梯參數(shù)，可計(jì)算出各零部件的運(yùn)動頻率，如表2所示。

表2 自動扶梯各零部件的運(yùn)動頻率（單位：Hz）

自動扶梯參數(shù) 參數(shù)值

主機(jī)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)頻率

20.07

主機(jī)鏈輪旋轉(zhuǎn)頻率

0.819

主驅(qū)動旋轉(zhuǎn)頻率

0.229

扶手帶驅(qū)動鏈輪（主驅(qū)動軸）旋轉(zhuǎn)頻率

0.229

扶手帶驅(qū)動鏈輪（扶手帶驅(qū)動軸）旋轉(zhuǎn)頻率

0.349

梯級鏈輪/梯級輪旋轉(zhuǎn)頻率

2.078

主驅(qū)動鏈多邊形效應(yīng)效率

15.56

梯級鏈多邊形效應(yīng)頻率

3.662

扶手帶驅(qū)動鏈多邊形效應(yīng)頻率

6.637

根據(jù)表2中列出的運(yùn)動頻率，可計(jì)算出其引起的扶梯振動頻率，如表3所示。

表3 由各零部件運(yùn)動所引起的扶梯振動頻率（單位：Hz）

零部件固有頻率 基頻 2次諧波 3次諧波 4次諧波 5次諧波

主機(jī)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)頻率 20.07 40.13 60.20 80.27 100.3

主機(jī)鏈輪旋轉(zhuǎn)頻率 0.82 1.64 2.46 3.28 4.10

主驅(qū)動旋轉(zhuǎn)頻率 0.23 0.46 0.69 0.92 1.14

扶手帶驅(qū)動鏈輪（主驅(qū)動軸）

旋轉(zhuǎn)頻率 0.23 0.46 0.69 0.92 1.14

扶手帶驅(qū)動鏈輪（扶手帶驅(qū)動軸）

旋轉(zhuǎn)頻率 0.35 0.70 1.05 1.40 1.75

梯級鏈輪/梯級輪旋轉(zhuǎn)頻率 2.08 4.16 6.23 8.31 10.39

主驅(qū)動鏈多邊形效應(yīng)效率 15.56 31.12 46.69 62.25 77.81

梯級鏈多邊形效應(yīng)頻率 3.66 7.32 10.98 14.65 18.31

扶手帶驅(qū)動鏈多邊形效應(yīng)頻率 6.64 13.27 19.91 26.55 33.18

2.2 率譜圖的繪制和主要振動源的確定

在計(jì)算出因各零部件運(yùn)動所引起的扶梯振動頻率后，使用EVA振動分析工具軟件（版本號：8.7511）的FFT功能對這臺自動扶梯的梯級和右側(cè)扶手帶的振動頻率譜圖進(jìn)行了繪制，并將其與該扶梯因各零部件運(yùn)動所引起的振動頻率進(jìn)行了對比。對比后發(fā)現(xiàn)，與主驅(qū)動鏈、梯級鏈和扶手帶驅(qū)動鏈多邊形效應(yīng)

相對應(yīng)的頻率均屬于扶梯運(yùn)行中固有的正常頻率。此外，還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)7.78 Hz的未知頻率。

經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，該未知頻率是主驅(qū)動鏈多邊形效應(yīng)引起的振動頻率15.56 Hz的50%，因此，懷疑該未知頻率與主驅(qū)動鏈有關(guān)。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該扶梯主機(jī)在安裝時(shí)調(diào)整不到位，導(dǎo)致主驅(qū)動鏈與主機(jī)鏈輪嚙合時(shí)有刮擦現(xiàn)象。由于主驅(qū)動鏈屬于內(nèi)—外鏈板交替排列的結(jié)構(gòu)，當(dāng)主機(jī)安裝位置不正確時(shí)，主驅(qū)動鏈的內(nèi)鏈板就會與主機(jī)鏈輪刮擦。主驅(qū)動鏈上兩個(gè)相鄰內(nèi)鏈板間的距離是主驅(qū)動鏈節(jié)距的2倍，而其對應(yīng)的頻率正好是主驅(qū)動鏈多邊形效應(yīng)頻率的50%. 因此，該未知頻率出現(xiàn)的原因是主驅(qū)動鏈與主機(jī)鏈輪的刮擦，這是因扶梯不正常運(yùn)行所導(dǎo)致的異常頻率。因此，確定了該扶梯的4個(gè)主要振動源分別為主驅(qū)動鏈的多邊形效應(yīng)、梯級鏈的多邊形效應(yīng)、扶手帶驅(qū)動鏈的多邊形效應(yīng)和主驅(qū)動鏈與主機(jī)鏈輪的刮擦。

從各頻率峰的峰高可看出，梯級振動受主驅(qū)動鏈和梯級鏈的影響較大，扶手帶的振動受扶手帶驅(qū)動鏈的影響較大，主驅(qū)動鏈與主機(jī)鏈輪的刮擦對二者影響均較大。

2.3 調(diào)整效果

從上述分析可見，該扶梯存在的問題是主驅(qū)動鏈與主機(jī)鏈輪的刮擦，這是導(dǎo)致其振動超標(biāo)的主要原因。只有解決這個(gè)問題，才能使扶梯振動符合要求。因此，對主機(jī)位置進(jìn)行了調(diào)整，使主驅(qū)動鏈的張緊程度處于合適的狀態(tài)，且與主機(jī)鏈輪不存在刮擦現(xiàn)象。在調(diào)整了主機(jī)位置后，該扶梯的振動達(dá)到了規(guī)定要求。為了進(jìn)一步驗(yàn)證本次調(diào)整是否成功消除了7.78 Hz的不正常振動頻率，繪制了調(diào)整后該扶梯右側(cè)扶手帶和梯級振動的頻率譜圖，如圖1所示，異常頻率已消失不見。由此可見，之前對振動源的判斷是正確的，且調(diào)整措施是有效的。

（a）右側(cè)扶手帶振動頻率譜圖（調(diào)整后）

（b）梯級振動頻率譜圖（調(diào)整后）

圖1 調(diào)試后扶梯右側(cè)扶手帶和梯級振動頻率譜圖

3 結(jié)束語

綜上所述，自動扶梯的振動調(diào)試工作對其安全運(yùn)行起著巨大的促進(jìn)作用。因此，需要熟練掌握頻率分析法，使其在自動扶梯的振動調(diào)試工作中有效發(fā)揮作用，以大大提高自動扶梯的調(diào)試效率，從而為自動扶梯的運(yùn)行提供幫助。

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〔編輯：張思楠〕

Application of Frequency Analysis Method in the Adjustment of the Vibration of the Escalator

Peng Daqing

Abstract： This paper mainly discusses the process of adjusting the vibration of the escalator by using the frequency analysis method. Through the combination of concrete examples， the application of frequency analysis method is analyzed in order to provide reference for the relevant aspects.

Key words： frequency analysis method； escalator； vibration test； noise vibration

文章編號：2095-6835（2015）19-0110-02