劉 磊1 郭有松2 李德鋒1 韋方平11 江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院 常州 213000 2 常州工邦減振設備有限公司 常州 213000
摘 要：針對電梯驅動主機引起的振動和噪聲，分析了目前已有的各種整治方案的優缺點，提出了一種新型電梯驅動主機減振隔振方法。研究了對電梯驅動主機引起的振動和噪聲的控制，通過加裝動力吸振器和隔振阻尼的方法，有效減小驅動主機引起的低頻振動。該方法不改變電梯原有參數，適用於各種參數品牌電梯，通用性強，易於安裝。關鍵詞：電梯 ; 驅動主機; 振動 ; 減振 ; 隔振中圖分類號：TU857 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2018）06-0097-03
電梯隨著城市高層建築的發展而得到廣泛應用，作為一種重要的垂直交通工具，其舒適性是評價標準中主要因素之一。作為城市樓宇不可或缺的垂直交通工具，電梯已經被人們日常生活和工作所依賴。城市高樓層高不斷增加，電梯的速度越來越快，驅動主機的體積也越來越大。隨之而來的問題是機房內驅動主機振動較之以往也相應加劇，電梯井道內導靴和導軌及其附件的振動越來越明顯。
1 國內外研究現狀分析目前一些學者分析了驅動主機異常振動和噪聲的來源及產生原因，但真正解決由於驅動主機低頻振動引起的住戶不適感卻很少。李海花[1]、梁曉[2] 和馬鵬[3] 等人研究了電梯振動的現狀，進行了電梯振動及噪聲的原因分析；張長友、朱昌明提出了電梯系統動態固有頻率計算方法及減振策略[4]；李志明分析了簡諧激勵強迫振動理論在電梯的應用[5]。也有部分學者僅考慮了隔振，缺少了減振的考慮或只考慮了減振，沒有研究隔振的應用。林嘉祥等人進行了電梯曳引機橡膠減振墊分析，設置減振橡膠來緩解振動噪聲的傳播[6]；陳宏意進行了電梯主機、轎廂和繩頭三部分垂直振動減振方法的研究[7]。另外，部分學者進行了電梯噪聲降噪的研究[8]，沒有涉及振動來源分析。對於電梯驅動主機的振動和噪聲，目前市面上大部分環境治理公司是在機房四周牆壁和地面鋪設隔音棉[9]，但效果甚微。電梯驅動主機產生噪聲汙染的根本原因是驅動主機發出的持續的低頻大能量振動，須從根本上消除這種低頻振動或截斷低頻振動傳播的路徑。有些建築公司通過提高承載電梯驅動主機的工字鋼，在其上鋪設減振橡膠，來達到減振效果。這樣做可以隔斷部分向樓下傳遞的振動，但此方法需要嚴格測算驅動主機的重心以及各支撐點的位置和受力，如果盲目改變驅動主機的結構，會增加驅動主機的橫向位移，對電梯本體和轎廂中的乘客造成安全隱患。
2 動力學分析本方案著重研究電梯驅動主機引起的低頻振動的控制，曳引機振動應滿足下列要求： 1) 無齒輪曳引機以額定頻率供電空載運行時，其檢測部位的振動速度有效值的最大值不應大於0.5 mm/s；2) 有齒輪曳引機曳引輪處的扭轉振動速度有效值的最大值不應大於4.5 mm/s。電梯振動是一個複雜多自由度振動系統，由於驅動主機引起的振動是電梯垂直振動的主要振源，將驅動主機作為研究對象，隔振系統模型如圖1 所示。
圖1 隔振系統原理圖
電梯驅動主機與大樓鋼筋混凝土剛性連接，運行時的振動和噪聲通過驅動主機座傳遞到電梯主承重梁，再通過井道牆體傳遞到住戶家的主牆體和樓板面。因此，有效減少驅動主機的低頻振動或截斷這種低頻振動傳遞的路徑成為有效的控制。假設驅動主機做簡諧運動力傳遞率
式中: F 為沒有增加隔振時傳到基座的力幅值，F a為採取隔振措施後傳到基座的力幅值。
由阻尼傳到基座上的力為
兩者合力的幅值為
故力隔振率
式中: 為激勵頻率,A 為振幅, 為滯後相位, ζ為粘性阻尼係數, r 為頻率比。當
η <1此時隔振有效。
3 解決方案通常情況下，採用彈性隔振和減振措施，主要通過安裝彈性隔振阻尼和動力吸振器來實現，實物如圖2 所示。
(a) 彈性隔振阻尼 (b) 動力吸振器圖2 隔振減振元件
由於彈性隔振類似低通濾波，通過濾波將大部分振動能量進行隔離，不會傳遞到安裝基礎。採用彈性隔振，系統剛度降低，會引起驅動主機搖晃，本身振動加大，可以通過加大橫向剛度，增加系統阻尼來減小晃動和減小設備本身振動。不同頻率比的隔振效率如圖3 所示，當頻率比r > 2 時，同時傳遞係數η <1時，隔振效果明顯。現場實測驅動機結構振動與樓體結構振動，對比分析其頻譜特性。如果確實為低頻0.5 Hz 振動，可以採用動力吸振的辦法，將振動部分轉移之動力吸振器，通過動力吸振器振動，消耗能量，降低主體結構振動量級。如果頻率大於2 Hz 振動，可以採用隔振加阻尼的措施。如果實測頻率低於0.5 Hz，寬頻能量，可以通過增加阻尼的辦法。電梯參數見表1。
由以上公式可以看出，速度越低，頻率越低。以運行速度1.5 m/s 進行分析。
圖3 不同頻率比隔振效率曲線
系統總質量 M =M 1+M 2+M 3+M 4 =3 175 kg電梯出廠時的橡膠隔振器，剛度很大，固有頻率至少在25 Hz 以上。
通過減振剛度設計，靜態變形為3 mm，系統固有頻率2.9 Hz，相比原方案減振效率提高60%。可將4 Hz以上的振動進行有效隔離。
擬採用的方案是通過安裝動力吸振器將驅動主機整體彈性支撐，再增加橫向阻尼，如圖4 所示。具體方法：1) 測量計算驅動主機的重心；2) 將驅動主機抬起，拆除原有橡膠減振；3) 通過水平儀調平，將新的隔振減振組件安裝到位；4) 通過螺栓將主機和橫向阻尼彈性部件固定。
1. 橫向搖擺控制阻尼器 2. 彈性阻尼組件 3. 動力吸振器圖4 效果示意圖
4 結束語電梯的普及率越來越高，乘客對電梯驅動主機產生的振動和噪聲的控制需求進一步加強。目前一般做法會改變驅動主機安裝形式，在降低垂直振動的同時會增加驅動主機的橫向位移，風險較大。本文探討的電梯機房內驅動主機的減振隔振裝置，不改變原驅動主機的安裝形式，增加減振裝置或隔振裝置，既能保證垂直方向振動降低，又能有效控制驅動主機的橫向位移，通用性強，安裝簡單，是一種安全的行之有效的控制方法。
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