高速曳引式电梯机械系统振动特性探究

摘要：高速曳引式电梯的机械系统结构复杂，部件之间存在多种耦合关系，使得电梯在运行过程中产生较大的振动，并伴随着明显的噪声。若机械系统运行不稳定，将会直接影响乘坐人员的舒适性。因此，对电梯机械系统进行优化设计对于提高电梯运行的平稳性具有重要意义。随着我国经济发展水平和人们生活水平的不断提高，人们对乘坐舒适性的要求也越来越高，而高速曳引式电梯在这一方面表现尤为突出。因此，本研究以某型号高速曳引式电梯为研究对象，通过对其机械系统进行分析，为改善高速曳引式电梯运行时的稳定性及舒适性，提供理论依据。

关键词：高速曳引式电梯；机械系统；振动特性

引言：

高速曳引式电梯因其运行速度快、载荷大、运行平稳等特点，广泛应用于高层建筑和大型厂房等场所。由于高速电梯的驱动机构是曳引机，而曳引机的振动对电梯整体振动水平具有较大影响，因此建立高速电梯机械系统的分析模型，对高速电梯机械系统进行振动特性分析，对于提高高速电梯运行的平稳性和可靠性具有重要意义。基于此，本文从机械系统结构入手，结合动力学理论，详细分析了高速曳引式电梯在垂直运输过程中各部件的振动情况。

一、高速曳引电梯机械系统的结构组成

高速曳引电梯机械系统是一种复杂而精密的设备，其结构组成主要包括电机、减速机、曳引轮、钢丝绳、导轨、轿厢等多个重要部件。其中，电机作为系统的动力源，负责提供所需的动力以驱动整个电梯的运行。电机的功率和转速直接影响到电梯的性能和运行效率。减速机与电机相连，起到降速增扭的作用，从而将电机的高转速转化为适合曳引轮的低转速和高扭矩，有效提高电梯的稳定性和安全性。曳引轮是连接减速机与钢丝绳的关键部件，负责将电机传递来的动力传递到钢丝绳上。通过曳引轮的转动，钢丝绳被牵引上升或下降，从而带动轿厢进行垂直移动。钢丝绳是高速曳引电梯的重要组成部分，采用高强度钢丝制造，保证其在高速运行时的安全和稳定。钢丝绳的张力和状态对电梯的运行平稳性至关重要。导轨则为轿厢的运行提供了固定的轨道，确保轿厢在上下移动时保持稳定，避免倾斜或摆动。而轿厢是乘客和货物实际乘坐的部分，其设计既要满足载重要求，又要考虑到乘坐的舒适性和安全性。整个高速曳引电梯机械系统的精密协调工作，确保电梯能够高效、安全、平稳地完成上下运行的任务[1]。

二、引起电梯系统振动问题的机械因素分析

（一）不平衡负载

电梯在运行过程中，如果载重不均匀，将导致系统产生振动。例如，当电梯内部的货物放置不平衡时，重心偏移可能导致电梯在升降时产生侧向振动。这种不平衡的情况既影响了电梯的平稳运行，还对电梯的结构安全造成潜在威胁。因此，在电梯的设计和维护中，应特别关注负载平衡问题。

（二）导轨与轿厢间隙

电梯的导轨与轿厢之间的间隙可能是导致振动的重要因素。间隙过大或过小都会影响到电梯运行的平稳性。当导轨与轿厢的间隙不均匀，轿厢在运行过程中会产生明显的震动。此外，导轨的磨损和变形也会使得间隙不均，进一步加剧振动。因此，在电梯的定期维护中，应重点检查导轨的状态，确保其平直度和装配精度。

（三）电梯的安装质量直接影响其运行性能。如果安装不规范，可能会引起设备的倾斜或者对称性失调，导致在运行过程中出现振动。此外，电梯的基础如果不稳定，也会产生共振现象，进而影响电梯的安全性和舒适性。在电梯的设计与施工阶段，应遵循相关标准和规范，确保电梯的基础稳固，避免未来可能出现的振动问题[2]。

三、高速曳引式电梯机械系统的振动特性分析

（一）垂直方向的振动特性分析

电梯在运行过程中，电梯轿厢、对重以及曳引绳之间的振动和冲击，会通过导轨和钢丝绳传递给机械系统，如果产生共振现象，电梯机械系统的振动就会加剧，严重时会导致电梯失效。所以在高速曳引式电梯运行过程中，必须要对曳引机的振动进行实时监测，这样才能保证电梯的正常运行。

基于高速曳引式电梯的结构特点，在垂直方向上主要是由曳引机和驱动电机两个部分组成。当高速曳引式电梯在垂直方向上运行时，如果驱动电机受到外界干扰或者机械系统共振引起的振动过大，就会导致电梯轿厢和对重之间发生振动或冲击。因此在对高速曳引式电梯进行设计时，需要对其垂直方向上的振动进行分析。如果高速曳引式电梯在运行过程中发生机械系统共振现象，将会引起电梯轿厢和对重之间发生剧烈振动甚至会出现安全事故。

（二）水平方向的振动特性分析

通过对电梯水平方向振动特性分析得到以下几点结论：①在电梯水平方向上，振动系统由曳引系统和驱动系统共同组成，曳引系统主要产生低频振动和高频振动，驱动系统主要产生高频振动。在不同转速下，两个系统振动频率相近；②在低转速下，曳引系统产生低频振动；而在高转速下，驱动系统产生高频振动；③曳引系统产生低频振动的频率范围主要集中在20Hz—20kHz之间；④驱动系统和曳引系统对低频振动都有抑制作用。上述结论可为高速曳引式电梯机械设计提供参考依据[3]。

电梯在不同的工作转速下，电梯水平方向的振动特性发生变化。这是由于在不同转速下，电梯各部件受力状况不同所致。当电梯处于低转速时，各部件受力不均匀导致其振动频率出现偏离。当电梯处于高转速时，由于电动机转子与定子之间存在较大质量分布不均匀现象，导致其转矩和磁通发生变化。在电梯运行过程中，由于电梯轿厢、导轨和井道地板之间存在摩擦作用产生一定的摩擦力，在该摩擦力作用下产生了一定的机械激振频率。在高速曳引式电梯水平方向上会产生一定的激振力，但该激振力大小与电机转动频率密切相关，当电机转速接近或超过额定转速时会引起机械共振现象。

（二）径向的振动特性分析

在高速曳引式电梯机械系统中，驱动主机和曳引机之间的距离较大，而且通常会有两个电机相连，这样就使得驱动主机和曳引机之间产生了较大的径向振动。由于轿厢和底坑的距离比较小，所以这种振动影响相对较小。而当驱动主机与曳引机之间的距离超过了电梯运行范围之后，就会使得轿厢和底坑之间的振动相互影响。在这一过程中，由于曳引钢丝绳的作用，使得轿厢和底坑之间存在一定的倾斜角度。当电梯运行到一定高度之后，在轿厢和底坑之间就会出现振动的现象。这种振动与电梯运行速度有直接关系，由于电梯运行速度较高，所以振动会更加明显。

通常情况下，当电梯运行速度超过1m/s时，就会导致轿厢和底坑之间存在较大的振动。这时由于电梯运行速度较高，所以电梯振动幅度也会逐渐增大。为了降低这种情况的出现，我们就需要对曳引钢丝绳进行一定的改进。在设计过程中，可以采用改变曳引钢丝绳直径大小的方法来提高其承载能力。因为曳引绳直径越大，电梯的承载能力就越强。当曳引钢丝绳直径过大时，我们可以在电梯底部安装减振装置来降低振动幅度[4]。

四、结束语

综上所述，随着高速曳引式电梯在高层建筑中广泛使用，其乘坐舒适性对建筑人员的身体健康和工作效率具有重要影响。因此，在设计高速曳引式电梯时需考虑其振动特性对乘坐舒适性的影响。本文通过对高速曳引式电梯机械系统的振动特性进行了深入探讨，详细分析了引起振动的主要因素，并提出了相应的改进措施。此外，本文还通过垂直方向、水平方向和径向的振动特性分析，为高速曳引式电梯的机械设计提供了参考依据。在电梯运行过程中，应实时监测曳引机的振动情况，并采取相应的措施来减少振动对电梯性能的影响。

参考文献

[1]汪萌生,杨斌,李洋.曳引驱动电梯动态特性虚拟仿真分析平台的开发[J].中国电梯,2022,33(15):6.

[2]李奇彦,马建成,黄兴,等.高速电梯振动测试与故障诊断研究[J].控制工程,2024,31(4):661-668.

[3]陈岁繁,庞浩浩,茹晓英,等.高速电梯轿架启动工况的水平瞬态动力学分析[J].机械设计与制造,2024(6):229-233.

[4]苏万斌,潘以军,郭俊,等.高速电梯轿厢舒适性激励特点分析[J].机械工程与自动化,2023(5):212-213.