电梯轿厢的动力减振设备研究

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现代电梯轿厢都装有减振器，且减振器和弹性元件是并联安装的。现今电梯轿厢大部分采用的是液力减振器。液力减振器的作用原理是当电梯架与轿厢作往复相对运动时，减振器中的活塞在钢筒内也做往复运动，于是减振器壳体内的油液便反复的从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力，使电梯与轿厢的振动能转化为热能，被油液和减振器壳体所吸收，然后散到大气中。减振器的阻尼力的大小随电梯和轿厢相对速度的增减而增减，并且与油液的粘度有关。要求减振器所用油液的粘度受温度变化的影响尽可能小，且具有抗气化、抗氧化以及对各种金属和非金属零件不起腐蚀作用等性能。由于减振器的阻尼力越大，振动消除得越快，但却使并联的弹性元件的作用不能充分发挥；同时过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及电梯架损坏。

一、减振器的发展趋势

正在成为主流减振器的是阻力可调式减振器，特别是电子控制式减振器，其可通过传感器检测行驶状态，由计算单元计算出最佳阻尼力，使减振器上的阻尼力调整机构自动工作，通过改变节流孔的大小等方式来调节减振器的阻尼力。电梯行驶的平顺舒适性和操纵稳定性是衡量减振性能好坏的主要指标，但这两个方面是相互排斥的性能要求，因此要在操纵性和舒适性之间取得理想的最佳点是比较困难的。特别是在电梯降落时，电梯自身重量转移的速度会影响操控的平衡，这种影响会持续到重量转移完成，而电梯自身重量转移的速度是由减振器所控制的，改变减振器在压缩和拉伸行程的软硬度可改变电梯身重量转移速度。减振器越硬，重量转移速度越快，则电梯的转向反应越好，但随之也降低了舒适性。因此，未来理想的减振阻尼既能满足平顺性要求又能满足操纵稳定性要求。大多数电梯会采用阻尼较软且价格相对便宜的减振器，以降低成本并获得起降状态下的柔软舒适的感觉，要想获得高速的操控感觉，就需要采用阻尼较硬、品质较好且能与弹簧充分配合的减振器。未来优秀的减振器应该具有以下特点：有高精密度的柱栓，密闭性良好的油封，高品质的阻尼油（优质的阻尼油是阻尼衰退及气泡现象的治本之道），填充高压气体的气室设计，当然，最好是可调式的。

二、轿厢动力减振器的结构设计

使用动力减振器抑制垂直振动的关键是使减振器的固有频率与激振频率相等或接近。所以如何通过简单的结构设计就能获取所需要的固有频率的减振器，并能够方便地进行调节，使其与激振频率相等或接近，对于电梯振动的抑制（尤其是对于在装电梯）非常重要。

1. 动力减振器的结构

减振器安装在轿厢侧绳头上方，主振臂固定在曳引钢丝绳上，质量块固定在主振臂上。曳引机的垂直振动通过曳引钢丝绳传递到轿厢侧绳头，此时，减振器和轿厢开始产生响应振动，由主振臂和重块组成的减振器能够吸收来自曳引机的垂直振动，而当减振器的固有频率与曳引机的激振频率相等或接近时，将吸收绝大部分的振动，而使得轿厢的振动被大幅抑制。

2. 动力减振器固有频率的实物测试

由于有限元分析的误差不可避免，所以还需要对于理论结构尺寸的减振器实物进行固有频率测试和验证。测定减振器的固有频率可以采用多种方法。在实验室内，可采用“共振法”，把减振器实物固定在振动台上，以一定的频宽进行等振幅扫频，减振器发生共振时记录扫频频率，此时的频率就是其一阶固有频率。对照有限元分析的结果进行反复比较和测试，可以确定不同固有频率减振器的最终产品结构尺寸。利用“共振法”测得的某一减振器的固有频率与有限元分析的计算频率的比较，该测试是对于多个相同减振器同时进行的，由于各个的减振器存在制造和安装的误差，其固有频率也存在差异，所以实测频率是一个频率范围。从比较的结果来看，两者吻合得较好，有限元分析的方法可以为减振器的设计提供可靠的指导。

三、轿厢动力减振器原理

1. 动力减振器概述

电梯的垂直振动系统是由曳引钢丝绳，忽略了阻尼，只考虑其等效刚度、轿厢侧绳头弹簧、轿厢架及其附件、轿底减振橡胶、轿厢组成。我们关心的是轿厢的垂直振动，因为乘客乘坐在轿厢内，如果在电梯的运行过程中，轿厢的垂直振幅过大，将大大影响电梯的乘坐舒适性。电梯垂直振动的振源是曳引机的输出波动，一般采用蜗轮蜗杆传动的曳引机，输出特性与设计的齿型、加工精度、装配工艺以及运输吊装等因素有关。当曳引轮转动时的脉动不可避免时，当然可以调整电梯系统的动态参数，也就是调整轿厢架及其附件和轿厢等的质量、绳头弹簧和轿底减振橡胶等的刚度等，这些调整本质上是调整轿厢的各阶固有频率，使其避开激振频率，以免发生共振而引起轿厢过大的振幅。这些调整确实会对轿厢的垂直振动起到抑制作用，但是由于电梯本身的限制，其动态参数不可能非常自由地被调整，所以减振作用可能会被削弱。对于多优势频率成分的振源，可以加装有阻尼动力减振器，虽上有阻尼动力减振器不能使轿厢的振幅减为零，但是可以保证在整个频段内，振幅受到抑制。这无疑对于频率成分较多的较大振动非常有效。当然有阻尼动力减振器的成本要远高于无阻尼动力减振器，且结构尺寸大的多。

2. 动力减振器的设计与实际应用

在设计方面，动力减振器的作用是吸收来自振源的振动能量，在保证本身固有频率不变和电梯系统允许的安装空间的条件下，应选用大质量和高刚度的结构。因为这种结构能够保证在吸收较大的振动能量时，减振器本身不会发生较大的振幅，从而保证减振器所需的安装空间最小和减振器可靠地工作。实际应用方面，由于成本原因，减振器的规格应越少越好。而根据有限元计算和实物测试结果，可以得到以下结论：由于主振臂板厚和质量块个数的变化对于减振器固有频率的变化是不连续且影响显著，所以可以用来对应不同的频段。而尺寸z的变化对于减振器固有频率的变化是连续且影响较小，所以可以设计为可调节的结构，以获取该频段内某一需要的固有频率。

四、结束语

从根本上说，对于电梯垂直振动的抑制，最有效的方法是从振源曳引机着手，使用高质量的电动机，提高蜗轮蜗杆的啮合精度，提高曳引轮、导向轮的制造、安装精度等措施是抑制电梯垂直振动最为有效的方法。其次应对于振动的传播路径进行优化，使用弹性和阻尼元件并合理的动态参数进行隔振，控制轿厢的振动响应在合适的范围内。

来源：电梯技术与安全微信公众号，作者：赵媛媛 吴守强。