自動扶梯運行振躥現(xiàn)場改善方法研究

摘 要：中國大陸2020年電扶梯出廠量為105萬臺，在用梯臺量超過800萬臺，其中在用自動扶梯（含自動人行道）約70萬臺。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人民大眾對生活品質(zhì)的要求日益提升，自動扶梯/自動人行道作為公共場所的人群運送工具，其運行的舒適感愈加為大眾所關(guān)注。影響自動扶梯舒適感的因素包括噪聲、沖擊、同步、振動等，自動扶梯的振躥問題是廣大電扶梯品牌必須面對的一個難題。現(xiàn)主要通過研究造成自動扶梯運行振躥的原因，從產(chǎn)品設(shè)計、制造、現(xiàn)場調(diào)整、安裝維保工藝方法等方面提出了針對性改善方案，并進行了有效性驗證。

關(guān)鍵詞：自動扶梯;傳動部件;運行結(jié)構(gòu);振躥;系統(tǒng)共振

0? ? 引言

安全、可靠、快捷是廣大乘客對自動扶梯/自動人行道設(shè)備的基本要求，而舒適感則是乘客對設(shè)備的進一步需求，也是廠家追求完美客流體驗的自我要求。自動扶梯/自動人行道屬于大型機電一體化機械設(shè)備，其開放、長時間運行的公共使用屬性，使其要在生命周期中長期保持良好的運行狀態(tài)。而做到平穩(wěn)、舒適的客流體驗，并不是一件輕而易舉的事情。

本文著重從自動扶梯的產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)和運行原理出發(fā)，探究自動扶梯運行振躥的原因，并從設(shè)計、生產(chǎn)制造尤其是后期安裝和維護等方面尋求有效的改善方法。

1? ? 問題提出

筆者所在企業(yè)經(jīng)常會收到一些自動扶梯產(chǎn)品在日常運行過程中有抖動、躥動、腳底發(fā)麻等與舒適感相關(guān)的客戶反饋，但一線技術(shù)人員在使用現(xiàn)場的解決方法和手段相對缺乏，改善的效果不明顯。筆者從事電梯行業(yè)30年，對自動扶梯的設(shè)計、標準、生產(chǎn)、安裝和維保有相當?shù)牧私夂蛯嵺`經(jīng)驗，就自動扶梯的舒適感（振動和躥動）而言，其確實是一個系統(tǒng)性的綜合問題，筆者認為不能用“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的方法解決，需要像老中醫(yī)把脈那樣進行綜合治理，方能見效。

2? ? 成因分析

2.1? ? 自動扶梯的一般結(jié)構(gòu)與傳動方式

當前行業(yè)市場上主流自動扶梯通常的傳動結(jié)構(gòu)大致相同，如圖1所示。其傳動方式是：驅(qū)動主機（曳引機）通過驅(qū)動鏈帶動轉(zhuǎn)向鏈輪驅(qū)動主軸，主軸左右兩側(cè)齒輪板轉(zhuǎn)動帶動梯級曳引鏈，梯級裝在梯級曳引鏈上，曳引鏈帶動梯級在梯路導軌上行進。同時，主軸上還有一組扶手帶驅(qū)動鏈輪，通過扶手帶驅(qū)動鏈同步驅(qū)動扶手帶驅(qū)動軸，扶手帶驅(qū)動軸兩側(cè)各有一片扶手帶驅(qū)動摩擦輪，通過摩擦力帶動兩側(cè)扶手帶與梯級同步運行。

顯而易見，自動扶梯的傳動方式基本上由齒輪傳動、鏈條傳動和摩擦傳動組成。同時，梯級在梯路上是滾輪滾動運行，扶手帶在扶手導軌上是摩擦運行，驅(qū)動主軸、扶手帶驅(qū)動軸以及曳引機輸出軸的支座都是軸承轉(zhuǎn)動;自動扶梯的梯路導軌系統(tǒng)固定在桁架結(jié)構(gòu)上。因此，各種高速轉(zhuǎn)動、傳動、翻轉(zhuǎn)、摩擦以及它們在一個剛性體內(nèi)產(chǎn)生的共振都會給自動扶梯的運行舒適感帶來影響，產(chǎn)生振動和躥動現(xiàn)象。

2.2? ? 測量儀器和指標

（1）為了有效測量和精準分析自動扶梯各種振動的構(gòu)成和原因，使用了EVA-625/MMC-1 PMT電梯振動測試儀以及相應(yīng)的EVA電梯振動分析軟件（版本8.5）。EVA-625和EVA電梯振動分析軟件是一個記錄和分析電梯/扶梯運行狀況的組合體，其不僅十分有效，而且使用起來也很方便。

（2）使用EVA-625測試自動扶梯振動的主要指標如下：

1）A95：在定義的界限范圍內(nèi)，95%采樣數(shù)據(jù)的加速度或振動值小于或等于的值。正常情況下自動扶梯的AV95應(yīng)當小于等于80 mgal。EVA-625的Average Pk/Pk Type（平均峰峰值）類型選項提供了峰峰振動平均值的計算方法。例如：將A-Level Percentage設(shè)為95，那么軟件將找到小于等于95%的峰峰周期數(shù)，而5%的峰峰周期大于此值。

2）FFT（快速傅里葉轉(zhuǎn)換）：FFT對于振動源診斷是個極其有效的工具，它能提供所需振動數(shù)據(jù)中振幅和頻率的信息。可以在導向滾輪上以一個無偏差靈敏點導致的振動為例進行說明。基于滾輪的直徑和電梯的速度，可以計算出頻率。滾輪的轉(zhuǎn)動頻率計算如下：直徑d=152 mm（6 in）;速度v=3 m/s（9.84 ft/s）;滾輪周長C=πd=3.141 59×152≈477.5 mm=0.477 5 m;則滾輪頻率=v/C=3/0.477 5≈6.28 r/s

（約6.3 Hz）。在這種計算模式下，F(xiàn)FT就會找尋6.3 Hz的波峰來進行分析。同樣的邏輯也可以運用于滑輪的振動分析結(jié)果中。用這種方式揭示滾輪水平方向的振動以及滑輪垂直方向的振動是十分重要的。如果選擇較長的FFT分析時間，軟件可以提供較清晰的頻率分解圖，但只能對數(shù)據(jù)的較長部分進行分析。這里使用FFT（8 s）的指標進行分析，正常情況下應(yīng)該不大于22 mgal。

3）Vmax-XYZ：這種ISO濾波器的方法，在EVA振動分析工具中是非常有效的工具之一。EVA軟件將ISO濾波器自動應(yīng)用于X、Y、Z三軸的運動方向（兩個水平向，一個垂直方向）。眾所周知，人類的感覺有時候是不客觀的，因為它會受到許多因素（如心理、感觀、環(huán)境等）的影響。但通過ISO濾波器處理后可以獲得一種可重復的、具有科學解釋的方法相對客觀的振動數(shù)據(jù)，與人類可感知的經(jīng)驗數(shù)據(jù)相比較，從而獲得改善的機會。在用EVA分析軟件開始測量分析扶梯振動數(shù)據(jù)時，需要默認設(shè)置設(shè)備狀態(tài)為Whole Body Combined。

2.3? ? 對比和測試

為了探究可能導致自動扶梯運行振躥的各項影響因素，做了大量的對比和測試工作。

（1）首先，選取了規(guī)格、工況相似的不同品牌自動扶梯設(shè)備進行對比，從對比中發(fā)現(xiàn)相似工況、相似規(guī)格但不同品牌的兩臺自動扶梯，其舒適感的差異相當大。但在產(chǎn)品基本技術(shù)參數(shù)方面沒有發(fā)現(xiàn)很大差異，造成舒適感差異的原因還需要進一步探究。出于知識產(chǎn)權(quán)保護方面的原因，且在使用現(xiàn)場無法深入拆解、剖析其他品牌產(chǎn)品進行對比測試，因此必須換一種方法繼續(xù)研究。

（2）根據(jù)經(jīng)驗可以認為，扶梯的舒適感基本上和運行速度、摩擦、潤滑、傳動匹配、高速運轉(zhuǎn)的同心/同軸/平衡、傳動鏈條的張緊/平行度/嚙合以及多運轉(zhuǎn)系統(tǒng)的同頻共振等因素相關(guān)。因此，對同一臺設(shè)備，在不同工況下做了一系列對比測試。在測試前，首先對該設(shè)備完成一系列規(guī)范保養(yǎng)工作，確保設(shè)備處于正常的工作狀態(tài)。正確、合格的保養(yǎng)過后，設(shè)備的運行舒適感已經(jīng)有了明顯的改善，由此表明了日常合格保養(yǎng)的重要性。然后，對設(shè)備進行各種影響因素的對比測試，結(jié)果如下：

1）速度因素（梯號36067941）：將該自動扶梯運行速度在0.5～0.7 m/s逐步調(diào)整，測量速度和舒適感之間的變化趨勢關(guān)系，結(jié)果如圖2所示，三項舒適感指數(shù)隨著扶梯運行速度的提高而上升，并在0.676 m/s時達到峰值。而當扶梯以額定速度0.65 m/s運行時，已經(jīng)非常接近整機系統(tǒng)的共振頻率，因此，此時的舒適感是比較差的。由此可見，改變整機系統(tǒng)的共振頻率，是改善扶梯運行舒適感的有效之道。

2）現(xiàn)場各級驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)整的對比測試（梯號36067941）：調(diào)整內(nèi)容包括下部機坑回轉(zhuǎn)導軌水平直線度調(diào)整;雙驅(qū)動的驅(qū)動鏈張緊度調(diào)整一致;隔離扶手帶驅(qū)動，測試扶手帶驅(qū)動系統(tǒng)對梯級舒適感的影響。對比測試結(jié)果如表1所示。

結(jié)論：如表1所示，雙驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動鏈的同步性非常重要，正常情況下兩根驅(qū)動鏈的長度、張緊和磨損程度應(yīng)盡量保持一致;同時，回轉(zhuǎn)端梯路導軌的水平直線度對運行振躥有一定的影響;另外，左右兩側(cè)梯級曳引鏈的（節(jié)距和平均）長度公差應(yīng)保證一致，還應(yīng)對下端轉(zhuǎn)向小車張緊彈簧進行有效調(diào)整。最后發(fā)現(xiàn)，隔離扶手帶驅(qū)動以后，梯級運行的各項參數(shù)都有明顯提升，所以扶手帶運轉(zhuǎn)系統(tǒng)對梯級運行的振躥是有抑制作用的，當然也要考慮扶手帶運行時本身的振躥情況。

3）現(xiàn)場其他調(diào)整對舒適感影響的對比測試（梯號36067941）結(jié)果如表2所示。

結(jié)論：扶手帶導軌上弧段增加滾輪組會增加自動扶梯的振躥效果，結(jié)果適得其反。而梯級曳引鏈、梯路、延伸導向?qū)к壍恼{(diào)整以及增加驅(qū)動鏈壓塊等方法都能明顯抑制自動扶梯的振躥現(xiàn)象。

2.4? ? 自動扶梯運行振躥的影響因素

結(jié)合上述各項測試以及小組的專業(yè)經(jīng)驗，對可能造成自動扶梯運行振躥的影響因素以及影響程度簡單羅列如表3所示。

表3雖然有一些經(jīng)驗和主觀成分，但對維保人員現(xiàn)場改善扶梯舒適感問題至少提供了可供參考的解決思路和方法。

3? ? 解決方案和可行性

3.1? ? 關(guān)于自動扶梯驅(qū)動鏈的現(xiàn)場檢查和調(diào)整

（1）驅(qū)動鏈的張緊、磨損、拉伸延長以及主/從動輪的齒輪磨損，都會導致和增加扶梯運行的振動和躥動。這些因素的現(xiàn)場檢測和調(diào)整方法等基本要求一般在維保手冊都有描述，這里不再一一贅述。

（2）扶梯驅(qū)動部分的主/從動輪的直線平行度問題，在維?，F(xiàn)場因為工作面狹窄的限制，很難用吊線法去有效測量?，F(xiàn)場可以通過扶梯不同運行方向情況下輪齒與鏈片之間的位置變化（圖3）來判斷主/從動輪之間的直線和平行度，并逐步調(diào)整。當自動扶梯上行和下行后，輪齒在兩鏈片之間的位置如基本保持一致，說明主/從動輪的直線平行度達到要求。

（3）為降低驅(qū)動鏈和鏈輪高速運轉(zhuǎn)時鏈節(jié)和輪齒不斷嚙合和釋放產(chǎn)生的振顫，也可以采用在驅(qū)動鏈懸邊加裝壓塊的方法，如圖4所示。

（4）對于雙驅(qū)動的重載大高度扶梯，要保證兩側(cè)驅(qū)動鏈和鏈輪的磨損和延伸程度基本保持一致。

3.2? ? 自動扶梯運行速度對扶梯舒適感的影響

當前國內(nèi)自動扶梯額定運行速度只有兩種，即0.5 m/s和0.65 m/s。而按圖2所示，當扶梯速度達到0.65～0.70 m/s時，扶梯的振動和躥動基本達到峰值。這和整機系統(tǒng)的共振頻率有關(guān)，維保現(xiàn)場很難進行有效調(diào)整。而且，在現(xiàn)場雖然自動扶梯的運行速度就技術(shù)而言能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)整，但這不符合產(chǎn)品規(guī)范和行規(guī)要求。

3.3? ? 梯級曳引鏈的張緊度和左右平衡

這種因素造成的扶梯振躥現(xiàn)象，可以在現(xiàn)場通過觀察扶梯運行過程中梯路下端回轉(zhuǎn)部分以及兩側(cè)張緊裝置（彈簧，如圖5所示）的張緊情況和振顫情況來判斷。而造成這種情況的原因主要有兩種：其一是梯路的水平度和直線度出現(xiàn)問題，其二是兩側(cè)梯級曳引鏈的長度超差。正常情況下，現(xiàn)場調(diào)整需先調(diào)整梯路，確保水平度和直線度，再調(diào)整梯級曳引鏈張緊彈簧壓縮尺寸。如果在兩側(cè)壓縮尺寸相同的情況下，扶梯雙向運行跑偏嚴重，基本可以判定是兩個曳引鏈長度超差引起的。

3.4? ? 梯路延伸導軌的形式和位置

這是一個扶梯梯路主軌端部附加的延伸部件，是將梯級曳引鏈的鏈節(jié)（輪）在進入轉(zhuǎn)向段前、脫離主軌時平穩(wěn)送入上部驅(qū)動齒輪的一個延伸導軌附件。這個部件的位置調(diào)整和材質(zhì)形式對振動噪聲有很大影響，現(xiàn)場調(diào)整難度比較大。

3.5? ? 扶手帶驅(qū)動和運行系統(tǒng)對自動扶梯舒適感的影響

自動扶梯的扶手帶系統(tǒng)因其驅(qū)動系統(tǒng)是扶梯主驅(qū)動的一個輸出部分，因此扶手帶的運行情況會通過驅(qū)動系統(tǒng)反饋到梯路運行部分，通常扶手帶系統(tǒng)會給扶梯運行帶來Y軸縱向躥動的影響。扶手帶系統(tǒng)的調(diào)整基本包括以下幾個方面：扶手帶張緊度、扶手帶驅(qū)動鏈張緊和延伸、扶手帶驅(qū)動（摩擦）輪（包角和壓力）、扶手帶的內(nèi)襯完好程度、扶手帶轉(zhuǎn)向端滑輪組、扶手帶托輥、導向等。這些基本屬于基礎(chǔ)保養(yǎng)內(nèi)容，在此也不再贅述。

4? ? 現(xiàn)場檢驗

專項小組對××項目自動扶梯運行振躥現(xiàn)場改善的情況匯總?cè)绫?所示。

總結(jié)：以上所列為此次現(xiàn)場改進名單中部分扶梯的測試結(jié)果?？傮w而言，通過實施各種改進措施，扶梯振躥現(xiàn)象得到了明顯改善，符合既定的驗收標準。

5? ? 結(jié)果和結(jié)論

通過大量現(xiàn)場測試和研究，對于自動扶梯的振躥問題，可以得出如下結(jié)論：

（1）完善的日常保養(yǎng)可以讓扶梯設(shè)備處于良好的運行狀態(tài)，避免自動扶梯出現(xiàn)振躥現(xiàn)象;

（2）合格規(guī)范的技術(shù)調(diào)整，可以有效減少自動扶梯的振躥現(xiàn)象;

（3）通過一些對癥下藥的特殊方法（例如增加驅(qū)動鏈壓塊、改變延伸導軌材質(zhì)、增加齒輪避振襯墊等），在現(xiàn)場能夠有效改善自動扶梯的振躥現(xiàn)象;

（4）產(chǎn)品設(shè)計和制造方面，工廠應(yīng)該考慮系統(tǒng)共振頻率和速度之間的匹配關(guān)系。

本文所研究的這個課題，主要是聚焦于自動扶梯使用現(xiàn)場，通過恰當?shù)木S護、調(diào)整等技術(shù)手段，改善自動扶梯的振躥現(xiàn)象，其研究對象主要是筆者所在企業(yè)某幾種規(guī)格的自動扶梯，因此研究成果有一定的針對性和局限性。但課題小組成員有著相當?shù)男袠I(yè)經(jīng)驗，對其他品牌的自動扶梯也有相當程度的了解，而且中國電梯行業(yè)目前的自動扶梯設(shè)備基本原理和結(jié)構(gòu)都有一定的共同性，因此本文的研究思路、檢驗檢測的方法和標準以及解決問題的方案脈絡(luò)等具有一定的普遍意義，希望對廣大維保技術(shù)人員有所啟迪和幫助;不足之處，歡迎指教并共同探討。

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收稿日期：2021-04-02

作者簡介：唐忠（1968—），男，浙江溫州人，機械工程師，研究方向：起重運輸與工程機械。