电梯系统振动研究综述

摘要：电梯是一个复杂的机电一体化系统，电梯系统的振动是影响电梯舒适性的主要因素。本文主要从电梯振动的产生及影响因素、电梯减振原理及措施、国内外对电梯减振的研究方法及思路三个方面进行介绍。

关键字：电梯；振动；减振

中图分类号：TU229文献标识码： A

1 引言

电梯是一个复杂的机电一体化系统，电梯系统的振动是影响电梯舒适性的主要因素。一般来说，电梯的振动主要是指电梯轿厢沿井道的垂直振动(Z方向)和在水平面内的横向振动(即水平振动，X、Y方向)。电梯系统的振动与控制系统、曳引系统、导向系统、质量补偿系统以及电梯的载荷分布等具有密切的关系。

2电梯振动的产生及影响因素

电梯在运行过程中，其自身结构系统会形成一个复杂的多自由度非线性弹性系统，具有自身的固有振动频率。在该弹性系统中，曳引机发出一定频率的激励，该激励振动通过电梯系统中的各个弹性环节（曳引钢丝绳，各减振橡胶、弹簧）传递到电梯各部件，使得电梯各部件发生相同频率不同振幅叠加的响应振动。

电梯轿厢和对重在随着导靴在导轨上运行的过程中，导靴必然屈服于导轨的实际轨迹而产生振动。因此导轨导靴也成为电梯运行中的激振源。电梯振动产生的因素主要有：

（1）曳引机输出转速和转矩的波动；

（2）曳引轮、反绳轮、滚动导靴的滚轮等的偏心；

（3）导轨的设计与制造工艺、接头处的精度与质量、导轨安装状况和导靴误差等都对电梯的横向振动有重要的影响；

（4）轿厢部件中弹性元件如防振橡胶等因素的影响；

（5）绳头防振元件及弹性组合件等；

（6）主机安装梁参数的影响。

以上仅为影响电梯振动最常考虑的几个因素，电梯的振动是这些因素综合影响的结果，对于电梯振动的研究，主要就是研究这些因素之间相互影响的关系。

3 电梯减振原理及措施

电梯系统的振动是影响其动态舒适性的主要因素，如何通过经济的技术方法有效地降低电梯的振动水平，成为当今各大电梯公司关注的焦点。从振动产生的根源看，电梯的振动控制从振源、传递路径、被控对象等三个角度加以考虑。

3.1 抑制振源

（1）减小曳引机的转速和转矩的波动；

（2）减小绳轮的偏心；

（3）提高导轨的加工质量和安装质量等。

3.2 被动隔振

被动隔振的基本思想就是调整动力学系统弹性环节的刚度，以使系统的固有频率避开系统的激励频率，降低传递到轿厢的振动的传递率；调整动力学系统的阻尼环环节，增大系统对人体敏感频率段振动能量的耗散能力。从技术和经济性考虑，这一类方法在电梯系统中应用最为广泛。

在电梯的被动隔振设计中，应该重点考虑以下几个方面。

（1）导靴型式与参数选择，如靴衬材料的强度、刚性、韧性、摩擦系数等；

（2）合理选择绳头弹簧、轿厢防振橡胶、承重梁结构形式和尺寸等；

（3）曳引钢丝绳张紧力的均匀分配。

3.3 减振措施经济性及可行性分析

影响电梯系统振动的因素可分为以下三类：

（1）功能参数

功能参数主要是为了实现电梯的功能性和安全性而在设计时确定的参数，一般是不可调或调动的范围非常有限。如曳引轮直径、转速等。

（2）噪声参数

噪声参数是指在电梯制造、安装和调试过程中，由于一些不可控因素而引入的电梯的随机偏差。如曳引轮及导向装置的制造安装误差等，这些因素一般是不可控的，必须以很大的代价才能减小其影响。

（3）可调动力学参数

可调动力学参数是指不影响电梯安全性和功能性的具有较大选择范围的参数。一般指曳引机底座橡胶、轿底橡胶、绳头弹簧、轿顶轮弹簧/橡胶、对重轮弹簧/橡胶等。

从振动产生的根源看，电梯的振动控制可从振动的振源、传递路径、被控对象等三个角度加以考虑。但出于减振方法可操作性和经济性考虑，一般是从电梯具体动力学特性的角度，调节可调动力学参数，从而改变电梯系统的振动特性，达到减小振动的目的。

目前在国内外的研究中，一般忽略了曳引机系统激振源和导靴系统对电梯轿厢垂直和水平振动的交叉耦合影响，而是理想认为曳引机系统是电梯垂直振动的激振源，导轨导靴系统是电梯振动的水平激振源。

4 国内外对电梯减振的研究方法及思路

目前，对电梯振动机理的研究各单位已有了较为统一的研究思路，即遵循本文3.3的思想，从电梯系统的动力学分析入手，研究电梯系统的可调节参数对电梯运行振动规律的影响。

国内较早便有研究机构对电梯振动的单因素影响进行了分析和计算，如分析轿厢底部防振橡胶的影响、绳头防振橡胶和弹簧组合件的影响以及载荷偏心时的影响等，为电梯设计时相关功能部件的选择和优化提供了依据。

电梯在运行中是一个复杂的多自由度非线性弹性系统，各因素和环节的交叉影响和耦合增加了电梯振动研究的复杂性，针对这一特点，国内多家机构，如上海交通大学、浙江大学等从电梯运行中的复杂动力学研究入手，研究电梯系统中各因素对电梯振动的影响规律，其具体思路为：

图4.1电梯振动系统研究思路

虽然上述研究思路已经成为国内外研究机构及企业单位研究的最主要的方法，但目前对于电梯振动系统的动力学建模尚未有统一的方法和依据，各机构都针对不同曳引型式的梯型，从各自不同的角度，建立了不同的动力学数学模型，在仿真分析中也各自运用不同的分析理论和算法，且都取得了一定的研究成果。

结论

减小电梯的振动，创造安全舒适的垂直移动空间，不仅是用户的要求，也是从事电梯行业的专业技术人员一直致力于解决的一大课题。按照现代工程设计要求，应保证电梯传动系统的平衡量，采用振动隔离技术，阻断振动传递路径，提高系统的抗振能力，降低振动的响应，才能保证电梯安全、平稳舒适的运行。

参考文献

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