曳引驱动电梯振动及噪音原因及对策浅析

摘 要：本文通过对影响曳引驱动电梯运行振动和噪音的可能潜在原因进行分析讨论，并提出相应的解决对策，为安装、维保、检验等工作提供参考。

关键词：电梯；振动；噪音；解决对策

中图分类号：TU857 文献标识码：A

随着电梯技术的革新和城市规模集中化，现代电梯的运行速度及提升高度都在快速提升。上海某高层建筑的电梯速度达到18m/s，总高度超过500m。高层高速的电梯隐藏着安全风险隐患和振动、噪音等负面问题，振动和噪音恰是被人体直接感受到的运行舒适性指标。曳引驱动电梯由于提升高度大、速度高和简单、可靠等优点而被广泛应用于各种建筑，目前我国大部分电梯为曳引式驱动方式，本文仅讨论此类电梯。

国家标准GB/T10058-2009《电梯技术条件》中第3.3.5 项要求：“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0.30m/s2，A95峰峰值不应大于0.20m/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0.15m/s2”。

《电梯技术条件》中第3.3.6项要求见表1。

研究表明，人体垂直方向上在4Hz-8Hz存在一个可引起胸腔共振的最大共振区，对胸腔内器官危害最大；在10Hz 附近另有一个可引起腹腔共振的小共振峰区，对腹部内器官危害大。而人体对水平振动的敏感度比垂直振动高，1Hz-2Hz的水平振动影响尤为明显。电梯由于机械联接、电气控制、乘客重心分布等因素相互作用，产生振动、加速度、噪音问题。人体对于加速度、振动和噪音的感受极其敏感，电梯的舒适性主要以加减速度、加速度变化率、振动频率及噪音等为参考指标。电梯起动/制停过程加速度（或变化率）大或振动加速度大、振动频率在人体的共振区内，人体会有头晕、恶心、心慌甚至休克。因此，有必要通过分析电梯振动和噪音产生原因，采用科学手段，抑制电梯运行振动和降低运行噪音，提高电梯乘坐舒适感，也为安装、维保、检验工作提供参考。

1 振动和噪音的来源分析及相应解决对策

电梯是机械和电气组合的机电产品。从设计、安装到调试、日常保养过程入手，电梯的振动和噪音是可采取措施给予消除或降低的。

1.1 导轨的安装质量

导轨的安装质量包括强度与刚度，工作表面粗糙度和垂直度、平行度以及轨距偏差、接头台阶高度差等，其中导轨的强度、刚度、垂直度、平行度等与安装状况关系尤为密切。井道土建圈梁的质量、垂直偏差、设置间距，或钢构井道的联接固定质量、精度都直接影响导轨的刚度（尤其高速重载、偏载等不利情形）。安装过程的缺陷，如导轨对中误差、垂直度误差、导轨接头台阶高度差、轨距偏差过大、导轨支架松动等，均会引起电梯轿厢垂直、水平振动，且运行速度越快，影响越明显。

严格施工，定好基准样线，避免导轨轨距、垂直度与平行度等背离设计要求值，安装后，验证确认，如用校轨尺校正轨距、用激光校准仪器校正导轨垂直度和平行度等。对土建部分，重点做好土建验收确认（支撑间距和施工质量等），高强度螺栓要用扭矩扳手预紧和其他螺栓要有防松措施。

1.2 曳引机的安装质量

曳引机自身的缺陷或者安装质量等产生的振动和噪音，会通过曳引钢丝绳或者扁平钢带传递给轿厢。电动机-减速箱-曳引机的机座或者永磁同步曳引机的机座安装了性能优良的减振垫/缓冲垫等从设计上降低了运转振动与噪音。

驱动主机机座与承重工字钢的固定以及该工字钢与土建承重墩的固定是否牢靠，工字钢承重梁的水平度与刚度等等因素都有可能增加或者放大曳引机运转时的振动与噪音。当机座与承重工字钢组合体或者轿厢的某几阶固有频率与驱动主机的转动频率接近时，会产生共振。安装后的检测评估，通过载荷试验检验曳引性能和测量振动、加减速、噪音等数据，根据检测结果调整参数，避开共振区。

1.3 曳引钢丝绳或者扁平钢带组合的安装质量

曳引钢丝绳组合或者曳引扁平钢带组合等称为柔性悬挂连接装置，在理想状态下，每根钢丝绳或者扁平钢带应均匀受力，张紧力一致或者相差很小，绳头组合的减振弹簧刚度一致，否则，由于悬挂装置的受力不均，将会产生剧烈的晃振现象，导致轿厢振动和噪音加剧。

安装调试时，调整悬挂绳张紧度一致；例行保养应注意检查调整悬挂绳的张紧度。

1.4 电梯起动/制停运行过程的加减速冲击负荷

电梯的工作特点是频繁的起动和制停，在这些过程中，柔性悬挂装置除了承受轿厢、对重、轿厢内载荷等静载荷外，还承受加减速产生的惯性载荷。由于柔性悬挂装置的自身弹性作用，电梯系统中会出现按一定频率变化的振动载荷，惯性载荷与振动载荷组合而成的动载荷，会使柔性悬挂装置出现抖动现象，进而导致轿厢出现抖动现象。

电梯安装后自动按程序选择最佳运行曲线运行，由于安装现场情况不同，电梯公司应选派调试员到场根据实际的运行状况进行细调，避免运行过程的加减速冲击负荷超过设计要求。

1.5 井道内的气流和建筑物自振对电梯系统的激励作用

运行速度越高的电梯井道中会产生不可忽视的“活塞效应”，产生的振动噪音随着运行速度的提高而成正比增加。高层高速电梯一般采用共用井道，借助于共通井道，增大井道内空气的快速疏散通道，减轻轿厢高速运行时井道内空气一端被急剧压缩，另一端被迅速抽空而出现轿厢运行受阻和瑞流激振，导致轿厢和柔性悬挂装置剧烈振动。有的还在机房地面和底坑侧面设置减压孔，以利于进一步消除井道高速气流对电梯的激振激励。

1.6 轿厢壁板、护脚板、防护板等薄板固定质量

轿厢与层门以及护脚板和井道内表面防护板的薄板结构是振动与噪音产生的激发源。如果薄板固定不牢靠导致刚度不足，轿厢高速运行时产生的高速气流激振薄板会产生很大的运行振动与噪音，进而来回反射传递到轿厢内。

1.7 补偿绳/补偿链的安装质量

大提升高度的电梯，当轿厢处于最低和最高层站时，由于轿厢与对重侧曳引绳的重量差大导致两侧重量不平衡，破坏曳引性能，增加运行不平稳，加剧振动和噪音。注意补偿绳/链的安装位置，确保与轿底随行电缆及配重块在安装后保持平衡，做好防松防扭，避免运行扭振。

1.8 测速回馈信号的因素

在电梯测速闭环回路中，测速信号不正确或者不稳定，会造成控制输出信号的不正常甚至是紊乱，系统振荡，乃至于出现机械系统的共振。

避免以下这些情形：旋转编码器不可靠、偏移、不对中等；旋转编码器变形、卡阻等；旋转编码器输出信号的屏蔽线未接而遭受干扰等，引起馈送信号失常。

1.9 供电系统的电压问题

电压过高或者过低（波动应在±7%额定值内）、三相电压不平衡等会造成电动机产生谐波力矩产生脉动振动并通过柔性悬挂装置传递给轿厢，加剧振动与噪音。

使用符合相应电流额定值的电缆供电，电源从供电箱直接引接，主电源开关后不接其他用电设备。

2 工程实例应用

某住宅电梯：额定载荷1000kg，额定速度1.75m/s，18层18站18门，为蜗轮蜗杆减速箱的曳引式客梯。

问题描述：电梯在上下运行时，1-14层之间的电梯井道周围的套房各房间没有明显可辨的主机运行噪音，但到了15层往上的各个楼层，电梯运行时，与电梯井道壁相邻的房间里有明显的“嗡嗡嗡”噪音，越往高的楼层，与井道壁相邻的套房房间墙壁周围的噪音测量值越大。经现场测量，电梯运行时机房内和轿厢内的噪音值分别为74dB（A）和52 dB（A）。测量轿厢内X轴和Y轴振动的最大峰值和A95峰值分别为0.18m/s2和0.13 m/s2，而Z轴振动的最大峰值和A95峰值分别为0.25m/s2和0.16m/s2。

经检查，发现驱动主机机座下的两根承重梁（工字钢）横向水平度误差约2.5mm，纵向水平度误差小于0.5/1000。曳引轮的垂直度误差，空载时，曳引轮向外侧偏斜0.5mm，满载时，该偏斜量达3mm。主机机座的减振橡胶垫存在老化龟裂现象。

检查发现，工字钢承重梁下方的槽钢在二次回填混凝土时并未完全填实，致使工字钢下方的槽钢内存在一个空腔，当驱动主机及其机座和承重工字钢的振动频率与土建承重墩的固有频率接近时，由于槽钢内空腔具有类似共鸣箱作用，驱动主机的振动及噪音就得到加强，并通过井道的土建梁传递给靠近电梯机房的各个楼层的房间，所以电梯运行时最上几个楼层与井道相邻的房间振动和噪音表现明显。

处理措施：更换老化的减振橡胶垫，并再加装一组高性能减振复合材料，通过加装垫片降低主机机座的横向水平误差，将该误差减至0.5mm以内，消除钢丝绳在曳引轮槽壁上周期性斜滑入轮槽产生的冲击。重新填充主机工字钢承重梁与混凝土承重墩上槽钢内的空腔，消除空腔产生类似共鸣箱作用而增强运行噪音。改进后检测，电梯运行时机房内和轿厢内的噪音值分别为70dB（A）和50dB（A）。测量轿厢内X轴和Y轴振动的最大峰值和A95峰值分别为0.15m/s2和0.11 m/s2，而Z轴振动的最大峰值和A95峰值分别为0.18m/s2和0.12m/s2。运行时，最高几个楼层与井道相邻的各个房间内“嗡嗡嗡”声明显降低，人体不舒适感明显减轻。由此可判定这些措施的减振降噪效果明显（图1）。

结语

本文通过对电梯振动和噪音产生的潜在源进行分析讨论，并提出相应的部分可行处理意见，为电梯的安装、维保、检验等过程中可能遇到的问题提供参考借鉴。安装调试的整体质量对电梯整个寿命周期的舒适感有着直接和持续的影响，更应加以重视。对于电梯的振动源和噪音源进行讨论分析，采取合理措施加以控制，是可以有效改善乘坐舒适感的。

参考文献

[1]刘希花.曳引电梯机械振动系统的固有特性与动力学响应[D].山东：山东大学，2010.

[2]张鹏.高速电梯悬挂系统动态性能的理论与实验研究[D].上海：上海交通大学，2007.

[3] GB/T10058-2009，电梯技术条件[S].