钢丝绳对电梯垂直振动的影响分析

毛永雄

摘 要：众所周知，大家平时乘坐的电梯用的钢丝绳指的是曳引用钢丝绳，曳引绳承受着电梯的全部重量，并曳引轮，导向轮或反绳轮单向或交变弯曲。钢丝绳在绳槽中也承受着较高的比压，因此要求电梯用钢丝绳须具有较高的强度，挠性及耐磨性。该文着重讲述的是基于电梯工程的实际案例，对钢丝绳垂直振动影响因素及控制措施进行相关概述，旨在切实提升电梯运行安全性，保证电梯工程和施工工作顺利开展，以供参考。

关键词：钢丝绳；电梯垂直振动；曳引系统

中图分类号：TU857 文献标志码：A

0 前言

随着社会经济及科技水平的快速增长，电梯工程被广泛应用于各建筑项目中，并为方便大众出行，促进建筑行业高层化发展奠定了坚实基础。就目前来看，针对电梯运行振动性能，国家及有关部门已颁布了完善的规程条件，但由于受电梯施工质量及运行环境影响，导致电梯空载上行垂直振动超标问题依然存在，需相关工作人员查明电梯垂直振动超标问题症结所在，制定出更加完善的质量监管机制。

1 电梯垂直振动原理

在电梯运行期间，其结构会形成完善的弹性系统，并产生一定固有频率。同时，曳引系统作为振源，在电梯设备启动过程中也会生成激振频率。当两频率相等或接近，电梯就会产生共振现象。此种振动会由曳引轮传输至轿厢内部，导致电梯使用者感受到电梯垂直振动。

2 电梯垂直振动影响因素

2.1 机械因素

（1）曳引机。因电梯曳引机间距大或曳引机加工及安装精度有待提升等问题，会直接导致电梯垂直振动现象产生。具体而言，曳引机不规范运行会导致其电机旋转失衡及电梯振动问题发生，当电梯系统固有频率对曳引机转动频率相符时，就会引起电梯垂直振动。

（2）导轨。导轨在实际安装期间平直度掌握不规范、轨距偏差过大、接口不平滑等问题也会导致电梯垂直振动问题出现。

（3）轿厢曳引系统。由于电梯运行需依靠钢丝绳连接整个牵引系统，因此钢丝绳张力不均或安装质量不达标等问题会直接引起电梯垂直振动现象。

2.2 电气因素

（1） 测速干扰。在电梯实际运行期间，内部测速环境均以光码盘为速度反馈信号，而此测速反馈信号经常会因电机连接不规范，受外力损坏或布线不合理等问题干扰因素导致系统内部发生振动。

（2）谐波力矩。由于谐波力矩会导致电梯内电动机产生低速脉动，大大提升了电梯垂直振动发生概率，并最终引起三相电压不平衡问题，严重影响到电梯运行安全性。

3 钢丝绳对电梯垂直振动频率的影响

电梯内曳引系统由钢丝绳、曳引机、轿厢及绳头弹簧共同组成，因此在研讨钢丝绳对电梯垂直振动造成的影响时，就需将实际曳引系统简化为由数根钢丝绳吊挂的弹性形式。

3.1 曳引系统固有振动频率影响原理

从固体物理学角度来看，弹簧体具有固定的弹性周期及弹性频率。而对于电梯内钢丝绳而言，其弹性模量与刚度系数具有直接关系，需依据弹簧体频率公式计算。在电梯轿厢中，需使用数根具有相同性能的钢丝绳共同承担其内部拉力，同时随轿厢空载及满载期间重量的变化，钢丝绳所受拉力也会发生明显的变动。不仅如此，在电梯运行过程中，钢丝绳所引起振动频率具有多阶特征，其多阶变化趋勢与电梯垂直固有频率大致相同。

3.2 曳引系统对固有振动频率的影响因素

（1）钢丝绳规格。钢丝绳的实际结构及直径对电梯固有频率具有直接影响。当钢丝绳直径增加时，其金属截面也会随之增长，与曳引系统固有振动频率成正比。

（2）钢丝绳长度。随着钢丝绳长度的增加，曳引系统内部固定频率会相应降低；当钢丝绳长度缩减时，曳引系统固定频率也会随之升高。因此在电梯实际运行过程中，当电梯越靠近顶端时，电梯内人员会感到其电梯垂直振动明显增加。

（3） 钢丝绳弹性。电梯钢丝绳弹性模量受其材料成分及结构影响严重，不同电梯公司在电梯设计及使用期间，均规定钢丝绳弹性模量范围，并对采用实际检测等方式的，对其弹性模量进行控制。电梯钢丝绳弹性模量与曳引系统固定频率成正比，当其内部弹性模量增加时，电梯固定振动频率也会随之增长。

（4）钢丝绳数量。电梯内部钢丝绳数量与曳引系统固定频率密切相关，当钢丝绳数量增多时，电梯曳引系统固定频率会随之增加，反之当钢丝绳数量减少时，电梯曳引系统固定频率会相应减小。

（5）钢丝绳张力。与其他因素相比，钢丝绳张力对电梯固定振动频率影响程度最大。在钢丝绳受力不均的情况下，会造成曳引轮各槽比压发生明显变化，部分钢丝绳会在曳引轮槽中打滑，也有部分钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力明显增大，导致电梯轿厢发生明显振动。

（6） 钢丝绳曳引方式。电梯内钢丝绳的曳引方式也会直接影响到曳引系统固定频率。其中，2︰1曳引方式下的固定振动频率会明显高于1︰1曳引方式。因此在电梯实际运行期间，2︰1曳引方式更会使电梯内人员感觉到明显振动。

（7）钢丝绳运行速率。钢丝绳捻距需严格遵守电梯工程设计要求，其外部结构并非纯圆柱体。当钢丝绳引入曳引系统中时，会产生一定的周期振动。当电梯运行速度越快时，其曳引轮中周期振动频率会显著提升；当钢丝绳中捻距增加时，其固定振动频率会相应减小。

（8）钢丝绳头弹簧。在电梯曳引系统中，钢丝绳与绳头弹簧结构共同形成一个完整的弹性体，且绳头弹簧对电梯固有频率影响更加明显。其中，当钢丝绳绳头弹簧刚度增加时，其固定频率会随之增大。

4 钢丝绳对电梯垂直振动影响的试验研究

为了更好地查明钢丝绳对电梯垂直振动的影响，该文以某电梯工程为例，进行试验研究。首先，以不同生产厂家钢丝绳为试验对象，对国产钢丝绳运行情况进行相关测试，并在记录测试结果及各项参数数据后，更换相同规格的国外品牌钢丝绳进行重复测试，将测试结果进行反复对比。经试验研究发现，国外钢丝横依然在电梯空载期间存在振动情况，且电梯垂直振动明显高于国内钢丝绳，因此钢丝绳生产厂家与电梯垂直振动无明显关系。其次，以不同载荷下的钢丝绳为试验对象，结果发现在轿厢重量增加的情况下，电梯垂直振动与空载期间电梯垂直的振动效果相比更不明显。最后，以不同曳引速度下的钢丝绳为试验对象，分别采取不同速度运行钢丝绳。结果发现当电梯曳引速度增长的情况下，电梯垂直振动将明显增加。

5 改善钢丝绳对电梯垂直振动影响的具体措施

为了更好地改善钢丝绳对电梯垂直振动造成的影响，相关工作人员就应依据电梯垂直振动原理，避免电梯固定频率与其他频率接近或相同。由于在电梯实际运行过程中，曳引机输出频率难以更改，因此需结合钢丝绳其他影响因素，对曳引系统进行进一步改革及完善。第一，结合电梯运行需求，选择更加适宜的绳头弹簧，并在适当情况下降低绳头刚度；第二，确保电梯轿厢重量符合设计要求，并在电梯质量检验期间对其质量进行全面测量；第三，注重电梯曳引轮构件定期运维工作，及时更换老化或同心度不规范的曳引轮；第四，在电梯工程设计期间，应尽量增加顶端高度，避免轿厢与曳引装置距离过近；第五，在电梯钢丝绳实际安装过程中，应防止钢丝绳扭曲等问题发生，定期调整钢丝绳内部张力，并使其保持均匀一致。

6 结论

总而言之，导致电梯垂直振动超标问题的原因多样，钢丝绳并不是根本原因之一，因此在电梯工程施工及质量监管过程中，相关工作人员需依据电梯垂直振动原理及危害程度，制定出更加全面的振动超标预控管理体系，从根本上减少电梯垂直大幅振动发生概率，保障电梯安全稳定运行。

参考文献

[1]郑有木.高速电梯轿厢动力学参数对平稳性的影响分析及设计优化[D].浙江：浙江大学，2015.

[2]张柘.曳引式电梯垂直振动系统分析与减振方法[D].天津：天津大学，2017.

[3]黄恩地.工程实践中电梯的振动分析和减振方法[D].天津：天津大学，2017.

[4]翟得水.高速电梯曳引绳时变单元模型及其在减振设计中的应用[D].浙江：浙江大学，2018.

[5]马幸福，陈炳炎.超高速电梯系统动态仿真分析[J].图学学报，2015，36（3）：397-401.