电梯轿厢水平减震技术的应用研究

蒋 丹

（四川省蚕丝学校，四川 南充 637000）

0 引言

作为电梯轿厢稳定支撑结构的重要组成部分，导轨支架的安装质量会直接影响到电梯轿厢的运行性能。电梯轿厢所承受的震动主要是竖向和横向震动，竖向震动会让乘客产生失重感，横向震动会使乘客支撑不稳，两种震动均会影响电梯运行的舒适和安全。电梯轿厢在运行过程中所受的横向震动，绝大部分是由导轨支架引起的，因此须以提高导轨支架的抗震性能为目标，将减震技术合理应用到导轨支架的设计中，以降低电梯运行过程中受到的横向震动，提高导轨与电梯轿厢之间的耦合度，确保电梯轿厢在高速运行下的稳定性、安全性。

1 减震导轨支架的设计分析

1.1 减震导轨支架的设计方案

导轨支架作为电梯轿厢与导轨之间的连接结构，需要具备一定的结构刚度。但是在电梯运行过程中，其结构刚度如果过大，会增强导轨产生的横向震动，并通过导轨支架传递到电梯轿厢中。电梯运行速度越快，电梯轿厢的震动幅度越大，导致电梯安全性能、稳定性能降低。因此须对电梯导轨支架的基础结构进行相应的减震设计，降低导轨的横向震动幅度，以提高电梯轿厢运行过程中的舒适度和稳定性。减震导轨支架的具体结构如图1所示。在进行电梯导轨支架的减震设计时，须利用连接螺栓1对、支架板1进行严格固定，然后利用连接螺栓2将支架板1、支架板2进行紧密连接，最后利用连接螺栓3对支架板结构、压导板进行耦合，以缓冲导轨的横向冲击力。在对橡胶板结构进行组装时，须确保左、右橡胶板的锯齿状接口能够与下橡胶板紧密相连，如图1所示。为保证左、右橡胶板与压导板之间的贴合度符合减震设计要求，须在压导板表面涂抹一定剂量的橡胶黏结剂，避免电梯运行速度过快引起剧烈震动时，导轨横向震动幅度超过左、右橡胶板的动态承载性能，导致左、右橡胶板脱落。下橡胶板是支架板2的主要支撑结构，同时也能在一定程度上分担导轨支架的竖向荷载。

图1 减震导轨支架

在对电梯导轨支架进行减震设计时，可在导轨支架基础结构上增加一定数量的减震橡胶板，这样做不仅能降低导轨支架竖向荷载，还能吸收导轨震动产生的横向震动，设计方案简单易行。但由于电梯轿厢长期处于高速运行状态，动摩擦因素大，因此在进行导轨支架的减震设计时，须严格保证橡胶板的结构刚度，避免剧烈震动导致橡胶板弯曲变形，引起电梯运行故障。

1.2 减震橡胶板材料的确定

通常情况下橡胶材料具有较高的弹性，抗震性能良好，因此可将其应用到电梯轿厢的水平减震设计中。电梯运行速度越快，导轨向橡胶板施加的荷载就越大，橡胶板的弹性变形程度就越高，此时橡胶板的回弹值会升高，同时由于内摩擦力因素影响，橡胶板的弹性应力下降，即阻力系数增大，减震性能随之升高。此时需要注意的是，虽然较高的阻尼系数能够有效提高橡胶板的减震效果，但随着电梯运行时间的加长，橡胶板的发热破损程度会逐渐升高，其减震性能也会随之降低。因此在进行导轨支架的减震设计时，设计人员须充分考虑橡胶板阻尼系数、发热程度等因素对减震效果的影响。通过综合分析可知，氯丁橡胶比其他橡胶材料性能更加优越，且阻尼系数相对平衡，能起到良好的减震作用，因此应将氯丁橡胶应用到减震导轨的试验设计中。

1.3 减震导轨支架的校核

根据电梯轿厢减震设计要求，应保证在电梯运行过程中，施加在减震导轨支架上的横向荷载不超过减震导轨支架承载性能的80%，且荷载扰度不得大于0.01m。可根据公式（1）～公式（5）对氯丁橡胶板轻微变形状态下的结构刚度k进行合理测算。开展减震导轨支架减震性能试验研究工作时，应确保电梯轿厢运行速度不超过5m/s，且导轨结构平整，以提高减震性能检测结果的可靠性。

式中：h为氯丁橡胶的最大变形深度；E为氯丁橡胶板的弹性势能；A为减震过程中氯丁橡胶板的受压面积，a为减震过程中氯丁橡胶板的受压宽度，b为减震过程中氯丁橡胶板的受压长度，μ为氯丁橡胶板的抗压强度系数，S为橡胶板减震面积与减震导轨实际面积之比；A为自由面积。

设减震氯丁橡胶板的减震宽度a=0.04m，减震长度b=0.09m，最大变形深度h=0.015m，则该氯丁橡胶在减震过程中轻微变形状态下的结构刚度大小应不超过2×10N/m。以上述数据为基础，当电梯轿厢出现紧急制动等应急现象时，须保证减震导轨支架产生的弹性应力不大于190MPa，最大弹性应力受力面积须严格小于减震导轨支架的支架板总面积，且大小不得超过100MPa·s。还须保证减震导轨支架的最大弹性变形支点位于橡胶板上，且变形深度不超过3×10m，同时支架板的变形深度不得超过2×10m，压导板的变形深度最大值不超过3×10m，压导板的最大弹性应力不超过4MPa。此时若减震氯丁橡胶板的最大应力不超过0.1MPa，则认为减震导轨支架的设计效果符合相关要求。

2 减震导轨支架减震性能试验分析

2.1 试验原理及系统设计

在上述设计分析的基础上，设计人员还须搭建电梯轿厢横向震动试验系统以对导轨支架的实际减震性能进行充分研究，确保建筑技术得到合理应用。在进行电梯轿厢横向震动试验系统设计时，设计人员须提前搭建出一部尺寸为0.5m×0.65m×2m 的铝合金试验台支架，以便后续安置减震导轨支架，该支架可以起到模拟电梯轿厢升降环境的作用。安装固定好电梯轿厢后，设计人员须以轿厢底部对角线交点为基准，绘制3个减震性能测试点，并在测试点上安装激振器和加速度传感器，以对电梯轿厢运行过程中的横、竖向振动进行检测，具体结构如图2所示。

图2电梯轿厢减震性能测试点结构图

根据相关研究可知，当电梯运行速度不超过5m/s，且且导轨支架存在弯曲、凹槽等影响结构平整度的因素时，会在一定程度上加剧电梯轿厢所承受的横向振动，因此在

2.2 试验内容

在开展减震导轨支架减震性能试验研究工作前，设计人员须先对普通导轨支架的减震性能进行研究，以便后续比对两类导轨支架的减震效果，确保减震技术得到有效应用。具体试验内容如下：1）在确保电梯轿厢空载的前提下，从轿厢底部对右侧减震导轨施加不同程度的横向振动，实时采集轿厢底部3个测试点接受到的震动信号，并对震动信号的幅度特性、相位特性进行重点分析，确保减震导轨支架减震性能试验结果的可靠性。2）对电梯轿厢施加不同程度的荷载，同时分别选用最大变形深度为5mm、10mm的氯丁橡胶板进行减震性能试验，并对电梯轿厢的横向振动幅度进行具体分析。

2.3 试验数据采集分析系统

2.3.1 激振系统

在选择安装在电梯轿厢底部的激振器时，须确保激振器的体积小于轿厢底部总面积的10%，尽量确保其不会对轿厢施加向下的拉力，并能采集、处理6Hz～5000Hz的震动信号，产生不小于30N的横向激振荷载，作用范围应不小于8×10m。当激振器向电梯轿厢施加横向荷载时，设计人员须认真观察轿厢是否产生明显震动，若震动现象不明显，则可适当加大横向激荡荷载，以便激振器能够顺利接受到电梯轿厢的震动信号。在对电梯轿厢产生的震动信号进行采集时，试验人员须按照“正弦定频、线性扫频”的原则，对震动信号进行分类采集，降低后续减震性能分析难度；同时控制激振器的输入电压不超过5V，避免电压过大导致系统无法对信号进行有效采集，影响后续试验工作的正常进行。

2.3.2 传感器

由于电梯在运行过程中易受加速度影响而产生不同程度的震动，严重影响电梯轿厢的稳定性，因此该试验中须在电梯轿厢底部安装压电式加速度传感器，对不同运行速度、横向激振荷载下的电梯轿厢加速度进行采集分析。如图2所示，分别在电梯轿厢底部的角线交点处、近激振器侧和远激振器侧安置3个加速度传感器。在对横向震动情况下电梯轿厢的加速度进行相应采集时，设计人员须提前将液态的工业蜂蜡涂抹在测试点处，保证加速度传感器能够与电梯轿厢底部紧密贴合，防止横向激振过大引起传感器滑落，以确保电梯轿厢加速度采集结果的可靠性。

2.4 减震导轨支架的减震性能试验研究

该文在对减震导轨支架的减震性能进行相应研究后发现，当设计减震导轨支架时，当橡胶板最大变形深度为5mm和10mm时，导轨支架具有较高的减震性能，因此该文主要对这两类橡胶板对电梯轿厢减震效果的影响进行具体分析。对最大变形深度为5mm的橡胶板进行减震性能试验，电梯轿厢横向震动幅度特性曲线如图3所示。通过对传感器采集数据进行合理分析可知，3个测试点的最大横向震动加速度分别为660mm/s、690mm/s和640mm/s；横向震动响应频率分别为45Hz、43Hz和43Hz。

图3 氯丁橡胶板最大变形深度为5mm时电梯轿厢横向震动信号分析

通过从时域角度对图3进行分析可知，与普通导轨支架相比，基于减震导轨支架的电梯轿厢最大横向震动加速度分别下降了25%，同时不同测试点的横向加速度变化幅度基本一致，只是对角线交点处横向加速度的变化区间略微大于另外两点，可能是减震导轨支架连接不紧密、加速度传感器轻微滑脱等原因造成的。

通过从频域角度对图3进行分析可知，与普通导轨支架相比，不同测试点的横向震动响应变化幅度较为均匀，且横向震动响应峰值区间基本一致，相对误差不超过2Hz，符合减震设计要求。同时与测试点2、3相比，测试点1处的横向震动响应幅度较大相对较大，原因可能是其所处位置位于电梯轿厢底部中点，受力复杂且集中，因此须严格保证此处加速度传感器与轿厢底部粘连紧密。

3 结论

在对电梯轿厢水平减震技术的应用进行相应研究时，该文主要从电梯导轨支架的结构设计上入手，通过合理选择橡胶板材料，确定橡胶板最大变形深度、轻微变形状态下的结构刚度和弹性势能等关键参数，设计出具有较高减震性能的导轨支架，并通过搭建减震导轨支架性能检测试验台，充分考虑电梯实际运行过程中普通导轨与减震导轨平整度、构件耦合程度之间的差异，对不同情况下电梯轿厢的水平震动信号进行了深入分析，进而得出结论：最大变形深度为5mm的橡胶板可以在一定程度上降低电梯高速运行过程中的水平震动幅度，如果将其应用在减震导轨支架的工程设计中，可以有效提高减震导轨的减震性能，确保电梯高速运行时的稳定性、安全性。