基于复合曳引钢带的电梯运行性能＊

陈 述 汪 宏 柯春晖 徐金海 周旭明

1杭州市特种设备检测研究院 杭州 310008 2杭州市余杭区食品药品监测中心 杭州 311112

0 引言

城镇化建设大力推进，城市人口高速增长，人口密度增加，高层建筑作为现代生活的居住场所是城市标志所在。电梯是高层建筑必备的运输设备，极高的使用需求促使电梯产业发展迅速。新技术、新材料、新工艺在电梯生产使用中逐步推广应用，以复合钢带作为曳引媒介的新型电梯应运而生。与传统钢丝绳电梯相比，曳引钢带对绳股做了重新排布，在保证钢丝绳强度的前提下，曳引力大幅提升。同时聚氨酯包覆层取代了绳芯，注塑在钢丝绳股周围起到了较好的防锈和防磨损作用。另外复合钢带还因质量轻、折弯半径小、曳引噪声小、不需要定期润滑、环保等优点倍受各大电梯厂商青睐[1]。

1 复合钢带电梯运行性能影响因素

复合钢带电梯在曳引系统方面做出了技术上的更新，在曳引噪声方面控制尤为显著，在运行性能方面，因复合钢带和曳引轮之间的摩擦系数较钢丝绳大，轿厢运行也更加平稳。然而复合钢带电梯起步较晚，生产厂商对产品质量可靠性把控还不够；同时因为市场占有率较低，导致维保、检验检测等多方面的质量都无法得到有力保障，进而影响电梯运行性能，导致安全性下降。当钢带的聚氨酯层出现磨损或内部钢丝绳出现断丝断股，日常的维护保养很难及时发现和处理。同时结构损伤造成的噪声和振动更是无法避免，采用举例论证研究探讨与之对应的轿厢加速度、振动和噪声是电梯运行过程中基本参数；人机交互等因素影响较为主观，主要通过比对国家标准和现有产品参数分析讨论。

2 加速度对运行性能的影响

电梯在上升和下降过程中，轿厢从启动到最高速度再从最高速度减速直至制动到静止，每个环节都存在加速度和减速度，加速度大小不当，轿厢内的乘客会感受到明显的失重和超重[2,3]。同时，加速度变化还是电梯运行过程中平稳程度的重要影响因素。

以市场上占有率较高且较为完善的某品牌复合钢带电梯为例。某小区内一复合钢带曳引电梯，层站数为18层18站18门，额定速度为1.75 m/s。复合钢带电梯的运行速度和加速度为

电梯从1层的启动过程和到18层的制停过程是变加速直线运动，中间行程是匀速直线运动。作为例证的复合钢带电梯，v0＝1.75 m/s，t1＝8 s，t2＝28 s，t3＝36 s。根据算法公式编程后得到钢带电梯的速度和加速度时间变化曲线，如图1、图2所示。

图1 速度-时间曲线

由图1、图2可知，钢带电梯启动时的加速度和制停时的减速度都小于0.45 m/s2。GB/T 10058—2009《电梯技术条件》中规定，电梯启、制动的加、减速度最大值不大于1.5 m/s2。因此该钢带电梯的加、减速度符合标准。加速度过大会使乘客产生超重的感觉，而减速度超出标准值则会产生失重的感觉，为保障运行期间的舒适性，应当控制电梯的加、减速度。故提出以下措施：1）结合钢带电梯的使用场景和使用要求，选择合适的曳引主机；2）选择具有自学习功能、较强过载运行能力和较强转矩输出的变频器，保证曳引主机在钢带电梯启动、制停的过程中，保持较为线性的力矩输出，使加速度的变化率较小；3）选用有效的管控系统，例如曳引机的力矩监测系统，保证运行参数的稳定性。

图2 加速度-时间曲线

3 振动对运行性能的影响

复合钢带电梯轿厢在运行时产生振动的原因一般由机械结构原因引起，振动源可分成曳引机、复合钢带和导向装置三部分。其中曳引机是振动产生的主要来源，长时间不间断运转，并在每次运行时都经历启动、制停过程，也是主机振动更加频繁的原因[4]。针对曳引机引起的振动，GB/T 24478—2009《电梯曳引机》中有明确规定：复合钢带电梯的曳引都为无齿轮曳引机：以额定功率空载运行时，其测量位置的振动速度有效值的最大值不应大于0.5 mm/s。其测量位置如图3所示，测量主机在正传、反转时的振动数据，取平均值。

图3 振动测量位置

1）曳引机抱闸系统引起的振动 复合钢带电梯一般采用蝶式抱闸刹车盘，优点是不会对主轴产生径向冲击，但是制动闸瓦与制动盘之间的间隙若调整不到位，可能会出现带闸运行的情况，存在严重的安全隐患，这将导致电梯在启停时出现较大的振动，从而降低复合钢带电梯的舒适度。因此，复合钢带电梯曳引机抱闸系统的重要性不言而喻，应时常关注曳引机启停时的振动是否正常，发现问题及时调整更换。

2）曳引主机安装不牢固引起的振动 曳引主机紧固件的安装是否牢固，是维保、检验时容易被忽视的方面。如主机机架与工字钢的固定不牢固，在主机运行时会产生额外的晃动，使主机产生振动，长时间的振动会使紧固件产生松动，影响主机的运行安全。

复合钢带电梯的导向装置是影响轿厢振动的另一个重要因素，导轨的扭曲、变形、工作面缺陷及两导轨平行度调整不当等因素都会引起电梯在运行时出现抖动现象。对于合格的导轨其材料首先要具有足够的强度，以保证安全钳在动作时有坚固的支撑；其次在导轨材料处理时，要确保消除其内应力以防止导轨在长期使用后发生扭曲现象；而两导轨若是在焊接处焊缝过大，会使电梯在运行过程中出现晃动，或在某些特定部位处出现跳动现象；导轨的表面粗糙度也是影响电梯运行质量的又一因素，GB/T 22562—2008《电梯T型导轨》中对导轨表面粗糙度有着严格的要求标准。另外，在运行一段时间后，轿厢导靴出现磨损或松动，会导致轿厢与导轨之间的非线性接触，容易产生晃动，这就要求维护保养单位在日常保养时，注重对轿厢导靴的关注，发现问题及时更换。

复合钢带是另一个对轿厢垂直振动有直接影响的因素。作为钢带电梯重要的悬挂装置，钢带不仅在静态时承载轿厢和内部载荷的全部质量，且轿厢的动态运行时依靠钢带与曳引轮之间的摩擦力拖动。如果复合钢带出现表面聚氨酯层磨损，内部钢丝绳出现疲劳断丝、断股的失效情况时，会影响复合钢带对曳引轮槽的比压，使电梯运行时发生周期性的振动。

4 噪声及人机交互产生的影响

电梯运行过程中，乘客处于轿厢内，且轿厢处于相对封闭状态，若产生较大噪声，易使乘客产生不安、烦躁，交互影响下对电梯运行产生影响。钢带电梯在运行过程中产生噪声的原因，按照结构空间划分，分为轿厢、井道和机房噪声。按照结构部件分类，产生噪声的主要部件有层门、轿门、补偿链、轿厢风扇、复合钢带等。其中机房噪声与轿厢互相分隔，与乘客之间的交互影响相对较小。

现行国标对轿厢噪声分贝和其测量方法都有规定。电梯轿厢内的噪声大小直接决定了乘客的舒适感，对电梯的运行性能起着重要作用。现行国标对轿厢内噪声的规定如表1所示。

表1 电梯噪声标准

轿厢内噪声的来源有3个方面：1）厅门和轿门开、关门时产生的噪声。在开、关门过程中，厅门和轿门的连锁机构会发出动作声，关门时，有安全触板的光幕会发出触板的撞击声[5]。如果开关门速度过快，还会发出门扇的晃动声，甚至使门扇的滑块与地坎槽的滑动也发出较大的摩擦声。2）电梯的导向系统在运行时会产生噪声。轿厢的导靴与导轨的相对摩擦会发出噪声[6]。一旦导靴的预紧力不够或导轨弯曲变形，产生的噪声值将更大[7]。3）悬挂装置复合钢带在运行时产生的噪声。复合钢带在正常运行时与轿厢反绳轮相对滑动产生的摩擦声较小，但当聚氨酯表皮有磨损或者破裂，就会产生较大的噪声值。而且，超过30 m的复合钢带电梯，对重和轿厢之间有补偿装置。补偿链与底坑地面和对重隔离护板摩擦均会产生噪声。4）轿厢在运行过程中与井道气流摩擦产生气动噪声。钢带电梯轿厢内噪声产生原因如图4所示[8,9]。

图4 钢带电梯轿厢内噪声产生原因

5 结论

电梯行业产品升级，性能提升是科技发展带来的红利，在保证运行性能的前提下，不断提高设备参数，实现高效节能、安全环保也是市场需求下的必然。本文通过对轿厢加速度、振动、噪声及人机交互等影响因素的分析讨论，探讨了电梯运行性能影响多源因素，提出了设计制造过程中零配件组装对运行性能的重要性，同时加强日常维护保养过程中相关机械部件缺陷关注，及检验检测过程中应复验的环节，为电梯生产制造、维护保养、检验检测等工作开展提供了参考，为保障电梯运行安全及产业技术发展提供借鉴。