电梯驱动主机减振隔振方法探讨高层建筑减震的三种策略
刘磊1郭友松21魏11江苏省特种设备安全监督检验所常州213000 2常州公邦减振设备有限公司常州213000
摘要：针对电梯驱动主机产生的振动和噪声，分析了目前各种处理方案的优缺点，提出了一种新的电梯驱动主机隔振方法。对电梯驱动主机引起的振动和噪声控制进行了研究。通过增加动力吸振器和隔振阻尼，有效降低了驱动主机引起的低频振动。该方法不改变电梯原有参数，适用于各种参数的电梯，通用性强，易于安装。关键词：电梯；驱动主机；振动；减振；隔振中文图分类号：TU857文件识别码：A文号：1001-0785(2018)06-0097-03。
随着城市高层建筑的发展，电梯得到了广泛的应用。作为一种重要的垂直交通工具，其舒适性是评价标准中的主要因素之一。电梯作为城市建筑不可或缺的垂直交通工具，已经成为人们日常生活和工作的依赖。城市的高楼越来越高，电梯的速度越来越快，驱动主机的体积也越来越大。随之而来的问题是机房内驱动主机的振动相对于过去也相应加剧，电梯井道内的导靴、导轨及其附件的振动越来越明显。
目前，1 国内外研究现状分析已有学者分析了驾驶主机异常振动和噪声的来源和原因，但真正解决驾驶主机低频振动带来的不适感的很少。李海华[1]、斯蒂芬妮[2]和马蓬[3]研究了电梯振动的现状，分析了电梯振动和噪声的原因。张长友、朱长明提出了电梯系统动态固有频率的计算方法和减振策略[4]；李志明分析了简谐激励强迫振动理论在电梯中的应用[5]。还有一些学者只考虑隔振，缺乏考虑或者只考虑减振，没有研究隔振的应用。林嘉祥等人分析了电梯曳引机的橡胶阻尼垫，设置阻尼橡胶来缓解振动和噪声的传播[6]；陈鸿毅研究了电梯主机、轿厢和绳头垂直振动的减振方法[7]。另外，也有学者做过电梯降噪的研究[8]，没有涉及振源分析。对于电梯驱动主机的振动和噪音，市面上大部分环境治理公司都是在机房周围的墙壁和地面铺设隔音棉[9]，但效果甚微。电梯驱动主机噪声污染的根本原因是驱动主机发出的持续低频高能振动，因此必须从根本上消除这种低频振动或切断低频振动的传播路径。一些建筑公司对承载电梯驱动主机的工字钢进行改进，在工字钢上铺设减震橡胶，以达到减震的效果。这样可以隔离一部分传递到楼下的振动，但是这种方法需要严格计算驱动机的重心以及各个支撑点的位置和受力。如果盲目改变驱动机的结构，会使驱动机的侧向位移增大，对电梯本体和轿厢内乘客造成安全隐患。
2 动力学分析这一方案的重点是控制电梯驱动主机引起的低频振动。曳引机的振动应符合以下要求：1)无齿轮曳引机在额定频率下通电空载运行时，检测部位振动速度的最大有效值不应大于0.5mm/s；2)齿轮曳引机的曳引轮处的扭转振动速度的最大有效值不应大于4.5毫米/秒.电梯振动是一个复杂的多自由度振动系统。因为由驱动主机引起的振动是
电梯驱动主机与建筑物的钢筋混凝土刚性连接，运行时的振动和噪音通过驱动主机座传递到电梯的主承重梁，再通过井道墙传递到住户的主墙和楼层。因此，有效降低驱动主机的低频振动或切断这种低频振动的传递路径是一种有效的控制。假设3360f为不增加隔振时传递给基础的力幅，F a为采取隔振措施后传递给基础的力幅。
通过阻尼传递到底座的力为
合力的大小为
因此，力隔离率
其中：为激励频率，a为振幅，滞后相位，为粘性阻尼系数，r为频率比。 1时，隔振有效。
3 解决方案通常采用弹性隔振减振措施，主要是通过安装弹性隔振阻尼和动力吸振器，如图2所示。
(a)弹性隔振和阻尼(b)动力吸振器图2隔振和阻尼元件
因为弹性隔振类似于低通滤波，大部分振动能量被滤波隔离，不会传递到安装基础。采用弹性隔振，会降低系统的刚度，导致驱动主机晃动，增加自身振动。可以通过增加系统的横向刚度和阻尼来减少设备本身的摇动和振动。不同频率比的隔振效率如图3所示。当频率比为r 2，传递系数为 1时，隔振效果明显。现场测量了驱动结构的振动和建筑结构的振动，并对其频谱特性进行了对比分析。如果真的是0.5 Hz的低频振动，可以采用动力吸振，通过动力吸振器传递振动部分的动力吸振器振动，消耗能量，降低主体结构的振动幅度。如果频率大于2 Hz，可以采取隔振和阻尼措施。如果测得的频率低于0.5 Hz且能量较宽，可以增加阻尼。电梯参数见表1。
从上式可以看出，速度越低，频率越低。分析是在1.5米/秒的运行速度下进行的
图3不同频率比下的隔振效率曲线
系统总质量为M=M 1 M 2 M 3 M 4=3 175 kg。电梯的橡胶隔振器非常坚硬，其固有频率至少在25 Hz以上。
通过阻尼刚度的设计，静态变形为3 mm，系统固有频率为2.9 Hz，比原方案提高了60%的阻尼效率。4 Hz以上的振动可以被有效地隔离。
拟采用的方案是通过安装动力吸振器将驱动主机整体弹性支撑，再增加横向阻尼，如图4 所示。具体方法：1) 测量计算驱动主机的重心；2) 将驱动主机抬起，拆除原有橡胶减振；3) 通过水平仪调平，将新的隔振减振组件安装到位；4) 通过螺栓将主机和横向阻尼弹性部件固定。
1. 横向摇摆控制阻尼器 2. 弹性阻尼组件 3. 动力吸振器图4 效果示意图
4 结束语电梯的普及率越来越高，乘客对电梯驱动主机产生的振动和噪声的控制需求进一步加强。目前一般做法会改变驱动主机安装形式，在降低垂直振动的同时会增加驱动主机的横向位移，风险较大。本文探讨的电梯机房内驱动主机的减振隔振装置，不改变原驱动主机的安装形式，增加减振装置或隔振装置，既能保证垂直方向振动降低，又能有效控制驱动主机的横向位移，通用性强，安装简单，是一种安全的行之有效的控制方法。
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