鋼絲繩對(duì)電梯垂直振動(dòng)的影響分析

毛永雄

摘 要：眾所周知，大家平時(shí)乘坐的電梯用的鋼絲繩指的是曳引用鋼絲繩，曳引繩承受著電梯的全部重量，并曳引輪，導(dǎo)向輪或反繩輪單向或交變彎曲。鋼絲繩在繩槽中也承受著較高的比壓，因此要求電梯用鋼絲繩須具有較高的強(qiáng)度，撓性及耐磨性。該文著重講述的是基于電梯工程的實(shí)際案例，對(duì)鋼絲繩垂直振動(dòng)影響因素及控制措施進(jìn)行相關(guān)概述，旨在切實(shí)提升電梯運(yùn)行安全性，保證電梯工程和施工工作順利開(kāi)展，以供參考。

關(guān)鍵詞：鋼絲繩；電梯垂直振動(dòng)；曳引系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU857 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科技水平的快速增長(zhǎng)，電梯工程被廣泛應(yīng)用于各建筑項(xiàng)目中，并為方便大眾出行，促進(jìn)建筑行業(yè)高層化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。就目前來(lái)看，針對(duì)電梯運(yùn)行振動(dòng)性能，國(guó)家及有關(guān)部門(mén)已頒布了完善的規(guī)程條件，但由于受電梯施工質(zhì)量及運(yùn)行環(huán)境影響，導(dǎo)致電梯空載上行垂直振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題依然存在，需相關(guān)工作人員查明電梯垂直振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題癥結(jié)所在，制定出更加完善的質(zhì)量監(jiān)管機(jī)制。

1 電梯垂直振動(dòng)原理

在電梯運(yùn)行期間，其結(jié)構(gòu)會(huì)形成完善的彈性系統(tǒng)，并產(chǎn)生一定固有頻率。同時(shí)，曳引系統(tǒng)作為振源，在電梯設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程中也會(huì)生成激振頻率。當(dāng)兩頻率相等或接近，電梯就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。此種振動(dòng)會(huì)由曳引輪傳輸至轎廂內(nèi)部，導(dǎo)致電梯使用者感受到電梯垂直振動(dòng)。

2 電梯垂直振動(dòng)影響因素

2.1 機(jī)械因素

（1）曳引機(jī)。因電梯曳引機(jī)間距大或曳引機(jī)加工及安裝精度有待提升等問(wèn)題，會(huì)直接導(dǎo)致電梯垂直振動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生。具體而言，曳引機(jī)不規(guī)范運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致其電機(jī)旋轉(zhuǎn)失衡及電梯振動(dòng)問(wèn)題發(fā)生，當(dāng)電梯系統(tǒng)固有頻率對(duì)曳引機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相符時(shí)，就會(huì)引起電梯垂直振動(dòng)。

（2）導(dǎo)軌。導(dǎo)軌在實(shí)際安裝期間平直度掌握不規(guī)范、軌距偏差過(guò)大、接口不平滑等問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致電梯垂直振動(dòng)問(wèn)題出現(xiàn)。

（3）轎廂曳引系統(tǒng)。由于電梯運(yùn)行需依靠鋼絲繩連接整個(gè)牽引系統(tǒng)，因此鋼絲繩張力不均或安裝質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題會(huì)直接引起電梯垂直振動(dòng)現(xiàn)象。

2.2 電氣因素

（1） 測(cè)速干擾。在電梯實(shí)際運(yùn)行期間，內(nèi)部測(cè)速環(huán)境均以光碼盤(pán)為速度反饋信號(hào)，而此測(cè)速反饋信號(hào)經(jīng)常會(huì)因電機(jī)連接不規(guī)范，受外力損壞或布線不合理等問(wèn)題干擾因素導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生振動(dòng)。

（2）諧波力矩。由于諧波力矩會(huì)導(dǎo)致電梯內(nèi)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生低速脈動(dòng)，大大提升了電梯垂直振動(dòng)發(fā)生概率，并最終引起三相電壓不平衡問(wèn)題，嚴(yán)重影響到電梯運(yùn)行安全性。

3 鋼絲繩對(duì)電梯垂直振動(dòng)頻率的影響

電梯內(nèi)曳引系統(tǒng)由鋼絲繩、曳引機(jī)、轎廂及繩頭彈簧共同組成，因此在研討鋼絲繩對(duì)電梯垂直振動(dòng)造成的影響時(shí)，就需將實(shí)際曳引系統(tǒng)簡(jiǎn)化為由數(shù)根鋼絲繩吊掛的彈性形式。

3.1 曳引系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率影響原理

從固體物理學(xué)角度來(lái)看，彈簧體具有固定的彈性周期及彈性頻率。而對(duì)于電梯內(nèi)鋼絲繩而言，其彈性模量與剛度系數(shù)具有直接關(guān)系，需依據(jù)彈簧體頻率公式計(jì)算。在電梯轎廂中，需使用數(shù)根具有相同性能的鋼絲繩共同承擔(dān)其內(nèi)部拉力，同時(shí)隨轎廂空載及滿載期間重量的變化，鋼絲繩所受拉力也會(huì)發(fā)生明顯的變動(dòng)。不僅如此，在電梯運(yùn)行過(guò)程中，鋼絲繩所引起振動(dòng)頻率具有多階特征，其多階變化趨勢(shì)與電梯垂直固有頻率大致相同。

3.2 曳引系統(tǒng)對(duì)固有振動(dòng)頻率的影響因素

（1）鋼絲繩規(guī)格。鋼絲繩的實(shí)際結(jié)構(gòu)及直徑對(duì)電梯固有頻率具有直接影響。當(dāng)鋼絲繩直徑增加時(shí)，其金屬截面也會(huì)隨之增長(zhǎng)，與曳引系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率成正比。

（2）鋼絲繩長(zhǎng)度。隨著鋼絲繩長(zhǎng)度的增加，曳引系統(tǒng)內(nèi)部固定頻率會(huì)相應(yīng)降低；當(dāng)鋼絲繩長(zhǎng)度縮減時(shí)，曳引系統(tǒng)固定頻率也會(huì)隨之升高。因此在電梯實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)電梯越靠近頂端時(shí)，電梯內(nèi)人員會(huì)感到其電梯垂直振動(dòng)明顯增加。

（3） 鋼絲繩彈性。電梯鋼絲繩彈性模量受其材料成分及結(jié)構(gòu)影響嚴(yán)重，不同電梯公司在電梯設(shè)計(jì)及使用期間，均規(guī)定鋼絲繩彈性模量范圍，并對(duì)采用實(shí)際檢測(cè)等方式的，對(duì)其彈性模量進(jìn)行控制。電梯鋼絲繩彈性模量與曳引系統(tǒng)固定頻率成正比，當(dāng)其內(nèi)部彈性模量增加時(shí)，電梯固定振動(dòng)頻率也會(huì)隨之增長(zhǎng)。

（4）鋼絲繩數(shù)量。電梯內(nèi)部鋼絲繩數(shù)量與曳引系統(tǒng)固定頻率密切相關(guān)，當(dāng)鋼絲繩數(shù)量增多時(shí)，電梯曳引系統(tǒng)固定頻率會(huì)隨之增加，反之當(dāng)鋼絲繩數(shù)量減少時(shí)，電梯曳引系統(tǒng)固定頻率會(huì)相應(yīng)減小。

（5）鋼絲繩張力。與其他因素相比，鋼絲繩張力對(duì)電梯固定振動(dòng)頻率影響程度最大。在鋼絲繩受力不均的情況下，會(huì)造成曳引輪各槽比壓發(fā)生明顯變化，部分鋼絲繩會(huì)在曳引輪槽中打滑，也有部分鋼絲繩與曳引輪槽之間的摩擦力明顯增大，導(dǎo)致電梯轎廂發(fā)生明顯振動(dòng)。

（6） 鋼絲繩曳引方式。電梯內(nèi)鋼絲繩的曳引方式也會(huì)直接影響到曳引系統(tǒng)固定頻率。其中，2︰1曳引方式下的固定振動(dòng)頻率會(huì)明顯高于1︰1曳引方式。因此在電梯實(shí)際運(yùn)行期間，2︰1曳引方式更會(huì)使電梯內(nèi)人員感覺(jué)到明顯振動(dòng)。

（7）鋼絲繩運(yùn)行速率。鋼絲繩捻距需嚴(yán)格遵守電梯工程設(shè)計(jì)要求，其外部結(jié)構(gòu)并非純圓柱體。當(dāng)鋼絲繩引入曳引系統(tǒng)中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的周期振動(dòng)。當(dāng)電梯運(yùn)行速度越快時(shí)，其曳引輪中周期振動(dòng)頻率會(huì)顯著提升；當(dāng)鋼絲繩中捻距增加時(shí)，其固定振動(dòng)頻率會(huì)相應(yīng)減小。

（8）鋼絲繩頭彈簧。在電梯曳引系統(tǒng)中，鋼絲繩與繩頭彈簧結(jié)構(gòu)共同形成一個(gè)完整的彈性體，且繩頭彈簧對(duì)電梯固有頻率影響更加明顯。其中，當(dāng)鋼絲繩繩頭彈簧剛度增加時(shí)，其固定頻率會(huì)隨之增大。

4 鋼絲繩對(duì)電梯垂直振動(dòng)影響的試驗(yàn)研究

為了更好地查明鋼絲繩對(duì)電梯垂直振動(dòng)的影響，該文以某電梯工程為例，進(jìn)行試驗(yàn)研究。首先，以不同生產(chǎn)廠家鋼絲繩為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)國(guó)產(chǎn)鋼絲繩運(yùn)行情況進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，并在記錄測(cè)試結(jié)果及各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)后，更換相同規(guī)格的國(guó)外品牌鋼絲繩進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行反復(fù)對(duì)比。經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)外鋼絲橫依然在電梯空載期間存在振動(dòng)情況，且電梯垂直振動(dòng)明顯高于國(guó)內(nèi)鋼絲繩，因此鋼絲繩生產(chǎn)廠家與電梯垂直振動(dòng)無(wú)明顯關(guān)系。其次，以不同載荷下的鋼絲繩為試驗(yàn)對(duì)象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在轎廂重量增加的情況下，電梯垂直振動(dòng)與空載期間電梯垂直的振動(dòng)效果相比更不明顯。最后，以不同曳引速度下的鋼絲繩為試驗(yàn)對(duì)象，分別采取不同速度運(yùn)行鋼絲繩。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)電梯曳引速度增長(zhǎng)的情況下，電梯垂直振動(dòng)將明顯增加。

5 改善鋼絲繩對(duì)電梯垂直振動(dòng)影響的具體措施

為了更好地改善鋼絲繩對(duì)電梯垂直振動(dòng)造成的影響，相關(guān)工作人員就應(yīng)依據(jù)電梯垂直振動(dòng)原理，避免電梯固定頻率與其他頻率接近或相同。由于在電梯實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，曳引機(jī)輸出頻率難以更改，因此需結(jié)合鋼絲繩其他影響因素，對(duì)曳引系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步改革及完善。第一，結(jié)合電梯運(yùn)行需求，選擇更加適宜的繩頭彈簧，并在適當(dāng)情況下降低繩頭剛度；第二，確保電梯轎廂重量符合設(shè)計(jì)要求，并在電梯質(zhì)量檢驗(yàn)期間對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行全面測(cè)量；第三，注重電梯曳引輪構(gòu)件定期運(yùn)維工作，及時(shí)更換老化或同心度不規(guī)范的曳引輪；第四，在電梯工程設(shè)計(jì)期間，應(yīng)盡量增加頂端高度，避免轎廂與曳引裝置距離過(guò)近；第五，在電梯鋼絲繩實(shí)際安裝過(guò)程中，應(yīng)防止鋼絲繩扭曲等問(wèn)題發(fā)生，定期調(diào)整鋼絲繩內(nèi)部張力，并使其保持均勻一致。

6 結(jié)論

總而言之，導(dǎo)致電梯垂直振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題的原因多樣，鋼絲繩并不是根本原因之一，因此在電梯工程施工及質(zhì)量監(jiān)管過(guò)程中，相關(guān)工作人員需依據(jù)電梯垂直振動(dòng)原理及危害程度，制定出更加全面的振動(dòng)超標(biāo)預(yù)控管理體系，從根本上減少電梯垂直大幅振動(dòng)發(fā)生概率，保障電梯安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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