劉磊1 郭有松2 韋方平1 李德鋒1
（1.江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院 常州 213000；2.常州工邦減振設備有限公司 常州 213000）
摘 要：針對目前高速住宅電梯滾輪導靴引起的電梯振動和電梯噪聲的投訴，提出了一種新型寬頻降噪高壽命的電梯滾輪導靴。加入聚四氟乙烯材料層，利用其摩擦因數低、耐磨性好等特點，降低噪聲，延長其使用壽命，中間設置橡膠層，減緩徑向受力，降低振動。滾輪上增設小孔，利用亥姆霍茲小孔吸聲原理在滾輪上形成共振腔，以達到降低運行噪聲的作用。設計簡單，制造成本低，具有工程應用意義。
關鍵詞：電梯；滾輪導靴；降噪；振動；高壽命
隨著城市化進程的不斷發展，高樓林立，電梯的運行速度也越來越快。普通乘客電梯從1.5 m/s 逐步增加到2.5 m/s，以后將有越來越多的4 m/s 以上的普通住宅電梯。速度越快，電梯井道內導靴和導軌及其附件的振動就越來越明顯，對導靴的要求也就越來越高。近年來，全國各地涌現多起關于電梯振動和電梯噪聲的投訴，其中與井道相鄰的臥室影響最大，主要原因是導靴與導軌的不正常硬接觸引起的振動和噪聲。
GB/T 10058—2009《電梯技術條件》中明確規定 [1]，乘客電梯轎廂運行在恒加速區域內，垂直（Z 軸）振動的最大峰值不大于0.3 m/s2, A 95 峰值不大于0.2 m/s2。電梯各機構和電氣設備在工作時不應有異常振動或撞擊聲響，當電梯的額定速度不大于2.5 m/s 時，電梯以額定速度運行時機房內平均噪聲值不大于80 dB，運行中轎廂內最大噪聲值不大于55 dB，當電梯的額定速度不大于6.0 m/s 時，電梯以額定速度運行時機房內平均噪聲值不大于85 dB，運行中轎廂內最大噪聲值不大于60dB。
1 國內研究現狀
國內已有部分學者做過類似的理論研究。同濟大學的李丹達等人研究了電梯輪軌耦合高頻振動建模及分析[3]，提出電梯導軌與滾輪之間相互作用產生的高頻振動是電梯噪聲主要來源之一。上海交通大學的張新剛等人進行了電梯導靴摩擦特性的實驗研究[4]，提出對于導靴靴襯材料的選取，電梯系統設計和制造，降低電梯振動水平， 減小運行噪聲，提高電梯乘坐舒適性, 均有較為積極的意義。上海交通大學的曾曉東研究了電梯導靴引起的振動[5]，同樣指出針對電梯導靴與導軌的運動振動，可從減小導靴摩擦因數方面作些改進，選取摩擦因數低的材料。就導軌和電梯導靴引起的振動和噪聲而言，除了提高導軌的制造不平度精度, 加強導軌安裝質量精度，簡單有效的方法是從導靴、滾輪入手，研究新型的具有寬頻降噪高壽命的電梯滾輪導靴。
電梯的導向系統主要由導軌、導靴和導軌支架組成。導靴裝在轎廂架和對重裝置上，其靴襯在導軌上滑動，是使轎廂和對重裝置沿導軌運行的裝置[2]。常用的導靴有固定滑動導靴、彈性滑動導靴、滾動導靴等三種。滑動導靴與導軌之間是滑動摩擦，需要加潤滑油，滾動導靴與導軌之間是滾動摩擦，禁止加油潤滑。滑動導靴一般應用于低速梯，具有成本低、加工簡單的特點，滾動導靴一般應用于高速梯，具有舒適性好、成本高等特點。目前市場上多數高速電梯導靴的滾輪采用單一材質，一般為聚氨酯或橡膠，其使用壽命低，易產生噪聲和振動。
2 新型滾輪導靴
普通滾輪導靴由滾輪、搖臂、靴座、壓縮彈簧等組成，由橡膠制成，容易龜裂失效，如圖1所示。為了克服存在的不足，設計的電梯滾輪導靴，要求既能有效降低滾輪與導軌的接觸振動和噪聲，又能延長滾輪的使用壽命。
圖1 滾輪導靴
新滾輪主要加入聚四氟乙烯材料。聚四氟乙烯具有優良的化學穩定性、耐腐蝕性、耐磨性，摩擦因數小，僅為聚乙烯的1/5，這是全氟碳表面的重要特征，聚四氟乙烯具有不粘性。
新設計的具有寬頻降噪高壽命的電梯滾輪導靴的滾輪具有分層結構，主要包括滾輪本體和包覆在滾輪本體外表面的套體，套體主要由從內到外依次分布的第一聚四氟乙烯層、橡膠層和第二聚四氟乙烯層組成，第一聚四氟乙烯層設置在滾輪本體的外表面，橡膠層設置在第一聚四氟乙烯層的外表面，第二聚四氟乙烯層設置在橡膠層的外表面。聚四氟乙烯層主要減小摩擦因數，降低噪聲，橡膠層主要減緩徑向受力，降低振動。同時利用亥姆霍茲吸聲原理在滾輪上開設小孔，利用共振現象進行吸聲。
圖2 所示橡膠層上均勻開設有若干個規格相同的低頻吸聲小孔。第一聚四氟乙烯層上均勻開設有若干個規格相同的高頻吸聲小孔，第一聚四氟乙烯層的厚度大于第二聚四氟乙烯層的厚度，橡膠層的厚度大于第一聚四氟乙烯層的厚度。同時，低頻吸聲小孔的直徑大于高頻吸聲小孔的直徑。
圖2 新型滾輪示意圖
3 新型滾輪導靴的作用及優點
1）通過在滾輪本體的外表面包覆套體，套體主要由從內到外依次分布的第一聚四氟乙烯層、橡膠層和第二聚四氟乙烯層組成。聚四氟乙烯的摩擦因數低，能夠保證滾輪的摩擦力小且抗磨損性強，延長滾輪的使用壽命。橡膠主要起到支撐作用且價格便宜，同時能起到減振作用。
2）通過在橡膠層中增設低頻吸聲小孔，吸收低頻噪聲，通過在內聚四氟乙烯層中增設高頻吸聲小孔，吸收高頻噪聲。針對不同頻率設計，進行寬頻段吸聲，降低運行噪聲。
這種具有寬頻降噪高壽命的滾輪，包括滾輪本體和包覆在滾輪本體外表面的套體，套體主要由從內到外依次分布的第一聚四氟乙烯層、橡膠層和第二聚四氟乙烯層組成，第一聚四氟乙烯層設置在滾輪本體的外表面，橡膠層設置在第一聚四氟乙烯層的外表面，第二聚四氟乙烯層設置在橡膠層的外表面。第一聚四氟乙烯層的厚度大于第二聚四氟乙烯層的厚度，橡膠層的厚度大于第一聚四氟乙烯層的厚度。滾輪本體的寬度、第一聚四氟乙烯層的寬度、橡膠層的寬度和第二聚四氟乙烯層的寬度相同。聚四氟乙烯的摩擦因數低，能夠保證滾輪的摩擦力小且抗磨損性強，延長滾輪的使用壽命。橡膠主要起到支撐作用且價格相對便宜，同時能起到減振的作用。橡膠層上均勻開設有若干個規格相同的低頻吸聲小孔，每個低頻吸聲小孔的中心點均落入在同一個圓上，若干個低頻吸聲小孔可以吸收低頻噪聲。第一聚四氟乙烯層上均勻開設有若干個規格相同的高頻吸聲小孔，每個高頻吸聲小孔的中心點均落入在同一個圓上，若干個高頻吸聲小孔可以吸收高頻噪聲，低頻吸聲小孔的直徑大于高頻吸聲小孔的直徑。針對不同頻率設計，可以進行寬頻段吸聲，降低運行噪聲。
4 結束語
高速乘客電梯運行中產生的振動和噪聲的因素有很多，本文僅討論井道內導靴和導軌及其附件的振動和噪聲，提出了一種新的具有寬頻降噪高壽命的電梯滾輪導靴，通過添加聚四氟乙烯層和開設亥姆霍茲吸聲小孔的方法，能有效降低滾輪與導軌之間的振動和噪聲，且成本低，加工簡單，有一定的推廣價值。
參考文獻
[1] GB/T 10058—2009 電梯技術條件[S].
[2] 毛懷新. 電梯與自動扶梯技術檢驗[M]. 北京：學苑出版社,2001(3):1-5.
[3] 李丹達，胡振東，仲政. 電梯輪軌耦和高頻振動建模及分析[C].2005 年上海市國際工業博覽會第三屆上海市“工程與振動”科技論壇論文集, 上海:2005(11).
[4] 張新剛, 李鴻光, 孟光. 電梯導靴摩擦特性的實驗研究[J].機械強度,2011,33(4):528-533.
[5] 曾曉東. 電梯導靴引起的振動[J]. 起重運輸機械,1997（12）:7-12.
來源：起重運輸機械
（版權歸原作者或機構所有）
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