高速电梯中的减振减噪设计研究

李中斌 程亚周

前言

高速电梯在井道中的快速上下往复运动会导致气体被瞬时压缩，由此产生的较大风阻则会与轿厢作用最终导致风阻噪声的出现，同时出现的空气流速急剧增加则会导致轿厢的剧烈波动，而为了尽可能抑制高速电梯噪声、保证电梯运行的安全性和舒适性，正是本文开展高速电梯减振减噪设计研究的原因所在。

1 高速电梯中的减振减噪设计途径

1.1 减振导靴

在高速电梯的减振减噪设计中，改进电梯导靴属于较为常见的一种减振减噪设计，国内外电梯公司均在减振导靴研发中投入了较高精力。其中，减振导靴在高速电梯减振减噪设计中有着较为广泛应用，这类减振导靴采用在轿厢侧安装超导电磁铁，并由此配合井道内壁装置磁悬浮导轨，磁悬浮导轨还将同时与轿厢上装置的导轨相配合，这就使得减振导靴能够较好服务于高速电梯的减振减噪设计[1]。

1.2 轿外导流外罩

在高速电梯轿厢顶部、底部加设整流罩同样属于较为常见的减振减噪设计，流线型结构的整流罩能够有效降低风阻，高速电梯运行中的噪音、振动均将实现明显减小。一般的高速电梯轿厢为四方形，其与空气压缩接触时会产生强烈的空气紊流，但基于计算机模拟系统的导流外罩设计却能够实现轿厢和气流摩擦的最大程度降低，紊流产生的减少将有效减小轿厢外形因此的噪声与振动。

1.3 双层轿壁、双层轿门

双层轿壁、双层轿门同样属于较为常见的高速电梯减振减噪设计，这一设计能够将噪音与振动阻隔在轿厢之外，高速电梯乘坐的舒适感也将通过轿内振动与噪音的减少实现大幅提升，近年来双层结构轿壁高速电梯、采用内部为真空壁板轿厢的高速电梯也因此大量涌现。值得注意的是，设法改进自动开门机系统同样能够有效降低高速电梯振动和噪音，这种改进的核心在于引进变频调制技术控制自动开门机系统，开关门环节产生的噪声将由此得到较好抑制[2]。

2 高速电梯减振减噪设计实例分析

2.1 设计背景

为提升研究的实践价值，本文选择了某高层建筑项目的高速电梯设计作为研究对象，该项目建筑高度为530m，共配备81部电梯用于垂直交通运输，其中三部电梯速度为10m/s，同时也存在速度为5m/s、6m/s、8m/s的电梯，为降低电梯噪音和振动，设计人员开展了一系列针对性较强的减振减噪设计，也正是由于这一系列设计，该项目电梯振动、噪声水平得以满足国家标准要求。

2.2 具体设计

2.2.1 应用Ultra滚轮导轨

为有效降低高速电梯运行过程中的噪声和振动，采用了每台电梯安装4套Ultra滚轮导轨的设计，Ultra滚轮导轨分别安装于轿厢底部安全钳座下方、上梁两侧，并同时在重梁的上部和底部安装四套对重导靴，电梯运行过程中的噪声和振动因此实现了明显抑制。Ultra滚轮导轨能够抑制电梯高速运行时导轨接缝或垂直偏差引发的振动，且其在应用中基本无需维护，而针对电梯运行速度针对性选择弹性元件自调节减震、液压减震器，则保证了Ultra滚轮导轨得以较好服务于研究项目高速电梯的减振减噪设计。

2.2.2 合理选用轿厢

为进一步降低高速电梯噪声和振动，设计人员围绕轿厢壁、天花板、轿厢平台、轿厢框架等部件开展了大量研究，最终选择了符合空气动力学原理的新型Q型轿厢，由此高速电梯运行过程中的噪音被控制在50dBA内，垂直的水平振动则被控制在10mg内。此外，还采用了如下减振减噪设计：①轿厢壁。通过设计，保证了通风口无可见缝隙，同时采用了调节竖直加劲板、平台弹性接口的设计，前者可降低传动系噪音，后者则能够降低结构传导的噪音，而为了消除轿厢壁可见缝隙，采用了层叠轿厢壁的处理方式。②地台。基本采用平台式封闭设计，而为了消除振动传导，纵梁连接采用点焊方式。③轿厢框架。通过优化轿厢框架、加固框架各处节点，电梯轿厢的平稳性大大提升，振动能量损耗也实现了一定增加[3]。

2.2.3 应用永磁电动门机系统

研究项目电梯门均采用PWM脉宽调制技术、直接的齿形带传动系统，门系统运行噪音因此大幅降低，同时选用的永磁同步门机（NGSOK型号）则在提高电梯性能的同时，进一步实现了电梯的减振减噪。永磁同步门机采用高效的永磁电机直接驱动，较少的运动部件数量、较强的恶劣工况应对能力、无需使用温度传感器检测均属于永磁电机具备的优势，而结合永磁电机性能测试，可确定其轿内的运行噪音、锁定/解锁噪音分别为最大52dBA与55dBA，重开门距离最大为100mm，无负载情况下电动机噪音为45dBA

2.2.4 采用轿外导流罩

研究项目的高速电梯减振减噪设计还应用了轿外导流罩，这一设计是为了满足国家对消防电梯提出的60s之内达到建筑的顶层或底层要求，为避免高速电梯在如此短时间内的快速运行中受到气压剧烈变化的影响，高速电梯轿厢内部在快速运行中可能出现的气压急剧变化应对属于该环节减振减噪设计的关键，而为了避免高速电梯可能由此引发的乘梯人员耳鸣不适，设计人员采用了图1所示的轿外导流罩。在轿外导流罩支持下，快速运行产生的空气阻力、因气流引发的振动均得到了较好抑制，同时配合使用气压控制阀及控制装置，即可保证高速电梯在运行过程中自动加减轿厢内气压，乘梯人员的不适感避免、噪音穿入的密封轿厢抑制也将由此实现。

2.3 其他设计路径

2.3.1 项目概况

上述实例涉及的高速电梯减振减噪设计具备较高借鉴价值，但由于其设计水准较高，并不能完全应用于所有高速电梯，因此本文将对某普通高层建筑高速电梯减振减噪设计路径进行简单介绍，该项目高速电梯的额定速度为6m/s。

2.3.2 具体设计

图1 轿外导流罩

为实现高速电梯的减振减噪设计，该项目采用了贴隔音棉减噪、增加迷宫式挡风板减噪、加装静平衡减振、加长轿厢架减振的减振减噪设计，其中贴隔音棉减噪设计主要包括轿壁贴隔音棉、轿顶贴隔音棉，高速电梯轿厢气动风噪实现了明显降低，其运行过程中的噪音同样被控制在50dBA内；而在增加迷宫式挡风板减噪的设计中，该设计主要包括通风孔特殊设计、COP特殊设计、轿顶风扇特殊设计、轿门特殊设计，通过安装迷宫式挡风板、采用整体式COP轿厢操作面板、加装风扇罩、增加挡风板，使电梯运行过程中的振动、噪声实现了进一步抑制；加装静平衡减振是一种在轿厢底四个角上加平衡块的减振减噪设计，该设计取得的效果虽然无法比拟上文提到的Ultra滚轮导轨，但同样能够在一定程度上抑制振动、噪声；加长轿厢架减振是为了提升高度电梯内部舒适度，因此该设计确定了“轿厢高度+2714mm”的高速梯轿架高度，并在轿厢与轿架相连处采用弹簧减震，同时采用通过钢管连接到轿架下梁的电缆支架固定强度增强、对角分布的支架设置，进一步实现了高速电梯的减震减噪设计，这一系列较为“平民”化的减震减噪设计同样具备较高借鉴价值。

3 结论

综上所述，高速电梯的减振减噪设计具备较高必要性，在此基础上，本文涉及的应用Ultra滚轮导轨、合理选用轿厢、应用永磁电动门机系统、采用轿外导流罩等内容，则提供了可行性较高的高速电梯减振减噪设计路径，而为了实现更高水平的高速电梯减振减噪设计，绿色节能电梯技术应用、“以人为本”电梯设计理念、高性能微处理器应用也应成为业界关注焦点。