浅谈电梯系统垂直振动分析与抑制
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【摘要】高层及超高层建筑中，电梯已然成为了垂直方向上的主流代步工具，为人们的生活带来了巨大便利。结合高层建筑电梯系统的运行特点，本文对电梯运行时产生垂直振动的原因进行分析，并在此基础上对电梯垂直振动的抑制方法作了详细探讨，得出相关结论，供同行参考借鉴。
【关键词】电梯系统；垂直振动；分析；振动抑制
科学技术的日益发展为建筑电梯垂直运行提供了技术支撑，促进了电梯系统运行技术的进步。目前，国内几乎所有的高层建筑、超高层建筑都有安装垂直电梯，并利用该类电梯为人们的生产、生活提供便利。原则上来说，安装于高层建筑、超高层建筑内部垂直电梯的安全性理应是得到保证的，但是其在实际运行时难免会因某些因素影响而发生电梯垂直振动，影响到电梯运行的安全性。针对这一问题，笔者现结合电梯运行产生垂直振动的原因，对解决、抑制措施作详细探讨。
一、电梯系统运行时产生垂直振动的原因
安装于建筑内部的电梯系统，安全使用的基本要求是：一，在电梯的全寿命周期内，保证电梯运行稳定性，保证电梯运行五事故；二，电梯的启动和停止一定要平稳；三，电梯运行工作时不会给内部乘坐人员造成压力，要让乘坐人员感觉舒适；四，电梯停止时位置要准确，不得出现卡壳现象；五，尽量低能耗运行。在实际运行中，电梯可能会因为受到机械运作因素的影响，进而发生垂直振动问题，使其无法满足以上五点运行要求。如果电梯系统在运行时发生了垂直振动，且振动振幅较大，振动频率与人体频率相接近，就会引起人体与电梯共振，使乘坐人员产生身体不适。
电梯运行过程中之所以会产生垂直振动的原因在于，曳引机在与运作和输出功率时产生了一定的机械波动，该波动沿着与之相连的钢丝绳往电梯轿厢传递，使电梯整个轿厢都产生机械波动。如果这个时候有人乘坐电梯，就会感到电梯的剧烈振动、颠簸。简言之，电梯系统在运行时候之所以会产生垂直振动，主要就是因为波动传递。为此在克服电梯垂直振动问题时，最好的方式是从曳引机波动产生参数控制以及波动传播参数控制着手。但需要注意的是，曳引机运作中产生的波动是很难消除的，参数控制也比较难，所以只能从波动传播上入手，通过改变电梯运行的动态参数来达到减振目的。
二、电梯垂直振动抑制方法分析
根据上段内容的推测，在抑制电梯垂直振动时最好的方式是从电梯波动传播上入手，改变电梯运行动态参数，因此在实际工作中，笔者提出使用动力减振器这一建议。
1、电梯轿厢动力减振器的原理
由电梯垂直振动产生的原因可知，电梯运行时振动产生的根源在于曳引机，曳引机运作产生机械振动，后振动传递到钢丝绳，通过钢丝绳子向电梯轿厢另一侧、轿厢底部等部位传递，最后形成电梯垂直振动。针对这一原因，在减振处理时可考虑采用动力减振器装置，利用动力减振器来抑制电梯振动。结合上段内容的分析，当电梯运行，曳引机工作时，我们可通过调节电梯系统动态参数来减振，如控制电梯质量、电梯弹簧系、阻尼系统等运行参数，这样的减振方式的确可达到减振目的，但实际实施时处于安全性考虑，除特殊情况外一般不采用动态参数控制法减振，以免在改动电梯系统运行参数时引发其他问题，危害电梯运行质量。另外，由于电梯运行属于机械运作，不可能将机械运作产生的机械波动完全消除，实际减振时同样处于安全性考虑，可以适当降低电梯减振效果，适当放宽对电梯减振的要求。
动力减振器的设计原理在于，利用该减振器所具备的减振功能对振源释放的振动能量进行吸收，达到减少振动能量，阻碍振动能量往轿厢另一侧传递的目的。动力减振器在使用时可保证自身频率与振源不等，在电梯空间大小允许的前提下，应尽量采用质量较好、刚度更高的减振器设计结构，便于节约下更多的减振器安装空间，并最大化提高减振器的减振效果。
2、动力减振器的应用
动力减振器具有极好的应用推广价值，一方面它能有效控制电梯的垂直振动，发挥电梯减振作用；另一方面它能通过控制成本来获得良好的经济效益。因此在应用动力减振器时，重点工作除了要掌握好减振器使用方法之外，还要采取有效措施控制好该器具的加工成本，尽量小化减振器的规格，使其同时兼备经济性与实用性。为了能进一步拓宽动力减振器的应用范围，笔者通过有限单元法对于减振器整体结果模拟后，经过试验的验证得到以下三点应用建议：
（1）在主振动臂上而进行板厚增减以及质量变化，对于减振器的自身的频率改变影响巨大且不连续。因此可以通过改变卞振动臂上而板厚或者质量参数，来改变减振器自身的频率，从而防止由于减振器频率和振源频率相同而引起的共振，这样减振器就可以适应不同频率的振源电梯。
（2）减振器尺寸对于减振器自身的频率改变是微小且连续的。这样就可以通过对于尺寸的调整而使减振器自身的频率在小范围内连续变化，增强减振器自身的阻尼作用，从而提高减振效果。
（3）利用尺寸和振动臂两方面的影响，对于减振器的自身频率在较大的范围内进行精确的调整。例如：3mm板厚和3块质量块的振动臂，使减振器的固有频率在25～35之间变化，通过改变尺寸，可以使减振器的固有频率在25～35之间找到一个精确值。如果想在实际中利用这种力一法，最好之前进行实验后利用得出的数据绘制成图标，方便在施工过程中的查阅，从而提高了生产效率。
3、轿厢减振装置
除了动力减振器以外，还可在电梯系统中安装相应的轿厢减振装置。考虑到电梯在垂直振动方向的振源可能有很多个，但最主要的就是曳引机产生的多个频率的振源。这样就可以利用数目上振源相等的减振垫，利用减震垫固有频率与振源频率相互作用减小振幅。这样的设计虽然不能电梯厢体的垂直振幅减小为零，但可以做到有效抑制厢体振动，增加乘客的舒适度。此种减振方法的关键就是找到减振垫的固有频率与激振频率相同或相近，只要能够精确减振垫和振源的频率，就可以顺利的完成整体减振的工作。
三、结束语
本文针对电梯在垂直方向上振动的产生原理，提出了两种有效抑制电梯系统垂直振动的方法，即动力减振器和轿厢减振装置。两种方法各有优劣：动力减振器整体设计较为复杂，与轿厢减震装置比，其安装也更为麻烦，但其可以随时可以根据所安装电梯振源进行调整，适应性更强；而轿厢减振虽然结构简单，但其适应性较差，每个电梯系统的振动源都需要进行单独测量。
参考文献
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