摘 要：通過對電梯系統(tǒng)各運動部件的詳細計算，結合振動傳遞路徑和頻率響應的研究，探索一般的振動分析方法；并通過限速器導致的振動案例，分析從發(fā)生源頭到轎廂內(nèi)乘客感知的振動傳遞過程。該分析可以準確診斷和發(fā)現(xiàn)解決電梯轎廂振動問題，提高電梯運行的舒適性和平穩(wěn)性。

關鍵詞：電梯轎廂；共振；傳遞路徑；頻率響應

中圖分類號：TB123""" 文獻標志碼：A""" 文章編號：1671-0797（2025）02-0035-06

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.02.009

0""" 引言

隨著現(xiàn)代高層建筑的高度不斷提升，電梯作為垂直運輸?shù)闹匾ぞ?，其運行質量和舒適性備受關注。電梯轎廂的異常振動是一種常見但又不能忽視的問題，它不僅暗示著電梯系統(tǒng)存在潛在風險，還會給乘客帶來不適感，而對振動傳遞路徑的深入研究是解決這一問題的關鍵手段。

1""" 電梯系統(tǒng)的主要構成及工作原理

電梯作為樓宇的垂直運輸工具，主要由以下幾個系統(tǒng)組成：曳引系統(tǒng)、轎廂和對重系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、門系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。

曳引系統(tǒng)主要考慮曳引機和曳引媒介（鋼絲繩）的相互作用，需要滿足裝載、滯留和緊急制動工況。

轎廂與對重系統(tǒng)中轎廂是用來承載人的一個載體，而對重是發(fā)揮節(jié)能平衡的作用。如果單獨用電機直接拽拉電梯轎廂，能源消耗會很大。所以考慮到節(jié)能的目的，出現(xiàn)了對重系統(tǒng)用來平衡電機兩側的力差，平衡的基準為轎廂的重量加上轎廂的載重的一半。

導向系統(tǒng)是采用導軌等部件實現(xiàn)對轎廂和對重運行的引導。

門系統(tǒng)主要實現(xiàn)電梯平層后轎廂轎門和廳門的配合開關過程。

安全保護系統(tǒng)是電梯安全的保障，轎廂下行超速時有限速器聯(lián)動安全鉗保障，當轎廂上行超速時，主機的制動器會觸發(fā)。當電梯跨越頂層或底層時，控制系統(tǒng)會強迫電梯減速和急停。同時，轎廂和對重下方都有緩沖器，該裝置為控制系統(tǒng)失效時的被動安全保護裝置。

2""" 可能導致電梯轎廂異常振動的因素和分析流程

可能引起電梯異常振動的原因有很多，簡單的原因分析和計算如下：

1）曳引機相關的問題。

曳引機動平衡差、軸承損壞、曳引輪繩槽有瑕疵、制動盤有凸起等均會引起轎廂振動。主機轉動頻率計算：

f1=n×1 000×V/（π×d1）"""""""""""""" （1）

式中：f1為主機轉動頻率（Hz）；n為曳引比；V為電梯的垂直運行速度（m/s）；d1為曳引輪的公稱直徑（mm）。

2）曳引鋼絲繩的問題。

鋼絲繩捻距頻率計算：

"""""""f2=n×1 000×V/h""""""""""""""""""" （2）

式中：f2為鋼絲繩捻距頻率（Hz）；n為曳引比；V為電梯的垂直運行速度（m/s）；h為鋼絲繩捻距（mm）。

3）導軌凸起或變形問題。

導軌在接頭處的X方向和Y方向有凸起，轎廂運行到此處會發(fā)生水平方向的振動。如果導軌變形彎曲，人乘坐在轎廂里會感到明顯的晃動。

4）轎廂相關結構和旋轉問題。

轎廂部件安裝不牢，或存在松動部件等產(chǎn)生異響共振。而對于引起的振動，旋轉部件有轎廂反繩輪、滾輪導靴、限速器輪等。轎廂反繩輪、滾輪導靴、限速器輪頻率計算：

f=1 000×V/（π×d2）""""""""""""""""""""" （3）

式中：f為轎廂反繩輪、滾輪導靴、限速器輪頻率（Hz）；V為電梯的垂直運行速度（m/s）；d2為轎廂反繩輪、滾輪導靴、限速器輪公稱直徑（mm）。

5）其他部件的異常和其他頻率引起的振動。

如漲緊輪、補償鏈等的故障。還有如曳引機磁場旋轉頻率，定子槽運行頻率，軸承滾動體，軸承內(nèi)、外圈頻率，這些頻率也有可能通過結構傳遞引起電梯轎廂的振動。

因此，在準備分析一臺電梯的振動問題時需要根據(jù)轎廂內(nèi)的振動數(shù)據(jù)，確定電梯轎廂振動所在位置、速度、時間以及相應的頻譜、振幅等。通過頻譜的對比分析，確定振動貢獻最大的一個或幾個頻率點，然后與計算頻率進行比對，如果和某個部件計算頻率或多倍頻一致，那么就需要重點查看該部件是否有缺陷，或者是否有異物卡阻等。

3""" 實際案例振動傳遞路徑分析

本文以一臺載重為800 kg、速度為1.75 m/s、曳引比為2的鋼帶電梯作為實例進行分析?，F(xiàn)場投訴該電梯轎廂有腳麻振動異常的感覺。通過加速度傳感器測得轎廂頻率為89 Hz時振幅最大，貢獻最大，如圖1所示。

此時已知限速器輪直徑為200 mm，有8個棘輪。根據(jù)式（3）計算可得限速器輪頻率為2.785 Hz，每個棘爪頻率為2.785×8≈22.3 Hz。而棘爪的4倍頻和限速器輪的32倍頻即為89 Hz。所以，此時需要重點尋找限速器輪或棘輪是否有異物存在。經(jīng)檢查，限速器有2個問題點：1）在棘輪表面有一些橡膠老化的粘連物，該粘連物為機構輪橡膠圈因長期在棘輪表面滾動疲勞而出現(xiàn)的剝離橡膠，如圖2所示；2）限速器輪槽內(nèi)出現(xiàn)銹蝕，有鐵銹附著在上面，如圖3所示。

為此，使用工具清理棘輪粘連物和限速器輪槽鐵銹，重新進行測量，發(fā)現(xiàn)轎廂振動無明顯改善。此時，有理由懷疑可能是限速器的這個頻率引起了轎廂的共振。

為了驗證這樣的猜想，需要進行傳遞路徑分析（Transfer Path Analysis，TPA）。為此需要確定從限速器到轎廂的振動傳遞路徑。從結構上，限速器通過限速器鋼絲繩連接，通過限速器連接桿連接到安全鉗連桿，安全鉗連桿通過保持彈簧與安全鉗連板連接，而安全鉗連板與轎廂下梁連接，轎廂地板固定在下梁上。如此可以看出，振動的傳遞路徑為：限速器→安全鉗連桿→安全鉗連板→轎廂下梁→轎廂底板。需要驗證在該傳遞路徑中是否存在共振現(xiàn)象，因此須在該路徑上測量各部位的振動信息。傳感器測點位置如圖4～6所示，測點定義如表1所示。

由于異常振動點為89 Hz，所以傳遞路徑各部件的頻譜選取范圍暫定為80～100 Hz，A～G共計7個測點頻譜圖依次從上到下排列，如圖7所示。

從圖中可以明顯看出，A點振幅最大為44 mg，B點振幅約為22 mg。鋼絲繩為多股鋼絲捻合而成，具有一定的阻尼和彈性，經(jīng)過鋼絲繩后，振動通過鋼絲繩傳遞，鋼絲繩會發(fā)生摩擦和彈性變形，從而吸收振動能量，這就導致C點和D點振幅下降明顯，分別為12 mg和6 mg。而F點振動正常，約為3 mg。但是E點和G點的振幅明顯被放大，約為22 mg和23 mg。這一異常表現(xiàn)更加重了限速器引起E點所在轎廂下梁X方向共振的懷疑。

為了確認這樣的猜想，需要用錘擊法進一步做轎廂下梁X方向的頻率響應測試。因此，在下梁薄板的中間位置、兩端各1/3位置，一共布置3個測點，如圖8所示。

需要對這3個測點進行多次錘擊以減少測試誤差，本次測試采用敲擊4次的方法，如圖9所示。

通常，錘頭越硬，能夠激發(fā)的頻率范圍就越廣；錘頭越軟，激發(fā)的頻率范圍就越窄。由于本次主要關注89 Hz，同時該下梁為薄板件，因此力錘錘頭選用橡膠頭。3個測點頻率響應測試如圖10～12所示。

從上面3個測點的數(shù)據(jù)可以看出，這3個位置在89 Hz這個頻率點附近都存在相位的躍變，并且相干函數(shù)值都趨向于1（都大于0.8），因此可以判斷轎廂下梁在89 Hz存在共振頻率點。

為了解決這個問題，在轎廂底板和下梁之間增加了橡膠墊[1-2]，并對傳遞路徑進行了復測，如圖13所示。

由圖13可以發(fā)現(xiàn)，轎廂下梁X方向和轎廂底板Z方向的89 Hz振幅明顯下降，說明增加橡膠墊對振動的隔絕效果明顯。同時進行轎廂內(nèi)振動測試，轎廂振幅明顯降低，89 Hz的振動高點也消失了，測試數(shù)據(jù)如圖14所示。

4""" 結束語

本文通過對電梯轎廂振動的分析計算和一般流程梳理以及限速器傳遞路徑的深入分析，明確了振動產(chǎn)生和傳遞的影響因素，通過完備的計算比對輔以測試分析就能夠找到振動產(chǎn)生的方向。值得注意的是，部件設計需要充分考慮潛在的振動風險，降本的同時應該采取可能的措施減少共振的發(fā)生。另外，還應持續(xù)優(yōu)化電梯系統(tǒng)，以滿足人們高品質的乘梯需求。

[參考文獻]

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[2] 季文美，方同，陳松淇.機械振動[M].北京：科學出版社，1985.

收稿日期：2024-11-05

作者簡介：馬進（1990—），男，江蘇淮安人，工程師，研究方向：電梯振動。