电梯主机的减震结构（电梯驱动主机减振隔振方法的探讨）
电梯主机的减震结构（电梯驱动主机减振隔振方法的探讨）两者合力的幅值为由阻尼传到基座上的力为2 动力学分析本方案着重研究电梯驱动主机引起的低频振动的控制，曳引机振动应满足下列要求： 1) 无齿轮曳引机以额定频率供电空载运行时，其检测部位的振动速度有效值的最大值不应大于0.5 mm/s；2) 有齿轮曳引机曳引轮处的扭转振动速度有效值的最大值不应大于4.5 mm/s。电梯振动是一个复杂多自由度振动系统，由于驱动主机引起的振动是电梯垂直振动的主要振源，将驱动主机作为研究对象，隔振系统模型如图1 所示。图1 隔振系统原理图电梯驱动主机与大楼钢筋混凝土刚性连接，运行时的振动和噪声通过驱动主机座传递到电梯主承重梁，再通过井道墙体传递到住户家的主墙体和楼板面。因此，有效减少驱动主机的低频振动或截断这种低频振动传递的路径成为有效的控制。假设驱动主机做简谐运动力传递率式中: F 为没有增加隔振时传到基座的力幅值，F a为采取隔振措施后传到基座的力幅值。
刘 磊1 郭有松2 李德锋1 韦方平1
1 江苏省特种设备安全监督检验研究院 常州 213000 2 常州工邦减振设备有限公司 常州 213000
摘 要：针对电梯驱动主机引起的振动和噪声，分析了目前已有的各种整治方案的优缺点，提出了一种新型电梯驱动主机减振隔振方法。研究了对电梯驱动主机引起的振动和噪声的控制，通过加装动力吸振器和隔振阻尼的方法，有效减小驱动主机引起的低频振动。该方法不改变电梯原有参数，适用于各种参数品牌电梯，通用性强，易于安装。
关键词：电梯 ; 驱动主机; 振动 ; 减振 ; 隔振
中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2018）06-0097-03
电梯随着城市高层建筑的发展而得到广泛应用，作为一种重要的垂直交通工具，其舒适性是评价标准中主要因素之一。作为城市楼宇不可或缺的垂直交通工具，电梯已经被人们日常生活和工作所依赖。城市高楼层高不断增加，电梯的速度越来越快，驱动主机的体积也越来越大。随之而来的问题是机房内驱动主机振动较之以往也相应加剧，电梯井道内导靴和导轨及其附件的振动越来越明显。
1 国内外研究现状分析
目前一些学者分析了驱动主机异常振动和噪声的来源及产生原因，但真正解决由于驱动主机低频振动引起的住户不适感却很少。李海花[1]、梁晓[2] 和马鹏[3] 等人研究了电梯振动的现状，进行了电梯振动及噪声的原因分析；张长友、朱昌明提出了电梯系统动态固有频率计算方法及减振策略[4]；李志明分析了简谐激励强迫振动理论在电梯的应用[5]。也有部分学者仅考虑了隔振，缺少了减振的考虑或只考虑了减振，没有研究隔振的应用。林嘉祥等人进行了电梯曳引机橡胶减振垫分析，设置减振橡胶来缓解振动噪声的传播[6]；陈宏意进行了电梯主机、轿厢和绳头三部分垂直振动减振方法的研究[7]。另外，部分学者进行了电梯噪声降噪的研究[8]，没有涉及振动来源分析。对于电梯驱动主机的振动和噪声，目前市面上大部分环境治理公司是在机房四周墙壁和地面铺设隔音棉[9]，但效果甚微。电梯驱动主机产生噪声污染的根本原因是驱动主机发出的持续的低频大能量振动，须从根本上消除这种低频振动或截断低频振动传播的路径。有些建筑公司通过提高承载电梯驱动主机的工字钢，在其上铺设减振橡胶，来达到减振效果。这样做可以隔断部分向楼下传递的振动，但此方法需要严格测算驱动主机的重心以及各支撑点的位置和受力，如果盲目改变驱动主机的结构，会增加驱动主机的横向位移，对电梯本体和轿厢中的乘客造成安全隐患。
2 动力学分析
本方案着重研究电梯驱动主机引起的低频振动的控制，曳引机振动应满足下列要求： 1) 无齿轮曳引机以额定频率供电空载运行时，其检测部位的振动速度有效值的最大值不应大于0.5 mm/s；2) 有齿轮曳引机曳引轮处的扭转振动速度有效值的最大值不应大于4.5 mm/s。电梯振动是一个复杂多自由度振动系统，由于驱动主机引起的振动是电梯垂直振动的主要振源，将驱动主机作为研究对象，隔振系统模型如图1 所示。
图1 隔振系统原理图
电梯驱动主机与大楼钢筋混凝土刚性连接，运行时的振动和噪声通过驱动主机座传递到电梯主承重梁，再通过井道墙体传递到住户家的主墙体和楼板面。因此，有效减少驱动主机的低频振动或截断这种低频振动传递的路径成为有效的控制。
假设驱动主机做简谐运动
力传递率
由阻尼传到基座上的力为
两者合力的幅值为
故力隔振率
式中: 为激励频率 A 为振幅 ϕ 为滞后相位 ζ为粘性阻尼系数 r 为频率比。当
3 解决方案
通常情况下，采用弹性隔振和减振措施，主要通过安装弹性隔振阻尼和动力吸振器来实现，实物如图2 所示。
(a) 弹性隔振阻尼 (b) 动力吸振器
图2 隔振减振元件
由于弹性隔振类似低通滤波，通过滤波将大部分振动能量进行隔离，不会传递到安装基础。采用弹性隔振，系统刚度降低，会引起驱动主机摇晃，本身振动加大，可以通过加大横向刚度，增加系统阻尼来减小晃动和减小设备本身振动。不同频率比的隔振效率如图3 所示，当频率比r > 2 时，同时传递系数η <1时，隔振效果明显。现场实测驱动机结构振动与楼体结构振动，对比分析其频谱特性。如果确实为低频0.5 Hz 振动，可以采用动力吸振的办法，将振动部分转移之动力吸振器，通过动力吸振器振动，消耗能量，降低主体结构振动量级。如果频率大于2 Hz 振动，可以采用隔振加阻尼的措施。如果实测频率低于0.5 Hz，宽频能量，可以通过增加阻尼的办法。电梯参数见表1。
由以上公式可以看出，速度越低，频率越低。以运行速度1.5 m/s 进行分析。
图3 不同频率比隔振效率曲线
系统总质量 M =M 1 M 2 M 3 M 4 =3 175 kg电梯出厂时的橡胶隔振器，刚度很大，固有频率至少在25 Hz 以上。
通过减振刚度设计，静态变形为3 mm，系统固有频率2.9 Hz，相比原方案减振效率提高60%。可将4 Hz以上的振动进行有效隔离。
拟采用的方案是通过安装动力吸振器将驱动主机整体弹性支撑，再增加横向阻尼，如图4 所示。具体方法：
1) 测量计算驱动主机的重心；2) 将驱动主机抬起，拆除原有橡胶减振；3) 通过水平仪调平，将新的隔振减振组件安装到位；4) 通过螺栓将主机和横向阻尼弹性部件固定。
1. 横向摇摆控制阻尼器 2. 弹性阻尼组件 3. 动力吸振器
图4 效果示意图
4 结束语
电梯的普及率越来越高，乘客对电梯驱动主机产生的振动和噪声的控制需求进一步加强。目前一般做法会改变驱动主机安装形式，在降低垂直振动的同时会增加驱动主机的横向位移，风险较大。本文探讨的电梯机房内驱动主机的减振隔振装置，不改变原驱动主机的安装形式，增加减振装置或隔振装置，既能保证垂直方向振动降低，又能有效控制驱动主机的横向位移，通用性强，安装简单，是一种安全的行之有效的控制方法。
参考文献
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