劉磊1 郭有松2 韋方平1 李德鋒1
（1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院 常州 213000；2.常州工邦減振設(shè)備有限公司 常州 213000）
摘 要：針對目前高速住宅電梯滾輪導(dǎo)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(dǎo)靴。加入聚四氟乙烯材料層，利用其摩擦因數(shù)低、耐磨性好等特點，降低噪聲，延長其使用壽命，中間設(shè)置橡膠層，減緩徑向受力，降低振動。滾輪上增設(shè)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(shè)計簡單，制造成本低，具有工程應(yīng)用意義。
關(guān)鍵詞：電梯；滾輪導(dǎo)靴；降噪；振動；高壽命
隨著城市化進程的不斷發(fā)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(nèi)導(dǎo)靴和導(dǎo)軌及其附件的振動就越來越明顯，對導(dǎo)靴的要求也就越來越高。近年來，全國各地涌現(xiàn)多起關(guān)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(dǎo)靴與導(dǎo)軌的不正常硬接觸引起的振動和噪聲。
GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》中明確規(guī)定 [1]，乘客電梯轎廂運行在恒加速區(qū)域內(nèi)，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(gòu)和電氣設(shè)備在工作時不應(yīng)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(nèi)平均噪聲值不大于80 dB，運行中轎廂內(nèi)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(nèi)平均噪聲值不大于85 dB，運行中轎廂內(nèi)最大噪聲值不大于60dB。
1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
國內(nèi)已有部分學(xué)者做過類似的理論研究。同濟大學(xué)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(dǎo)軌與滾輪之間相互作用產(chǎn)生的高頻振動是電梯噪聲主要來源之一。上海交通大學(xué)的張新剛等人進行了電梯導(dǎo)靴摩擦特性的實驗研究[4]，提出對于導(dǎo)靴靴襯材料的選取，電梯系統(tǒng)設(shè)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(xué)的曾曉東研究了電梯導(dǎo)靴引起的振動[5]，同樣指出針對電梯導(dǎo)靴與導(dǎo)軌的運動振動，可從減小導(dǎo)靴摩擦因數(shù)方面作些改進，選取摩擦因數(shù)低的材料。就導(dǎo)軌和電梯導(dǎo)靴引起的振動和噪聲而言，除了提高導(dǎo)軌的制造不平度精度, 加強導(dǎo)軌安裝質(zhì)量精度，簡單有效的方法是從導(dǎo)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(dǎo)靴。
電梯的導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌支架組成。導(dǎo)靴裝在轎廂架和對重裝置上，其靴襯在導(dǎo)軌上滑動，是使轎廂和對重裝置沿導(dǎo)軌運行的裝置[2]。常用的導(dǎo)靴有固定滑動導(dǎo)靴、彈性滑動導(dǎo)靴、滾動導(dǎo)靴等三種。滑動導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間是滑動摩擦，需要加潤滑油，滾動導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間是滾動摩擦，禁止加油潤滑。滑動導(dǎo)靴一般應(yīng)用于低速梯，具有成本低、加工簡單的特點，滾動導(dǎo)靴一般應(yīng)用于高速梯，具有舒適性好、成本高等特點。目前市場上多數(shù)高速電梯導(dǎo)靴的滾輪采用單一材質(zhì)，一般為聚氨酯或橡膠，其使用壽命低，易產(chǎn)生噪聲和振動。
2 新型滾輪導(dǎo)靴
普通滾輪導(dǎo)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(shè)計的電梯滾輪導(dǎo)靴，要求既能有效降低滾輪與導(dǎo)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(dǎo)靴
新滾輪主要加入聚四氟乙烯材料。聚四氟乙烯具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、耐磨性，摩擦因數(shù)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(shè)計的具有寬頻降噪高壽命的電梯滾輪導(dǎo)靴的滾輪具有分層結(jié)構(gòu)，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(nèi)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(shè)置在滾輪本體的外表面，橡膠層設(shè)置在第一聚四氟乙烯層的外表面，第二聚四氟乙烯層設(shè)置在橡膠層的外表面。聚四氟乙烯層主要減小摩擦因數(shù)，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(shè)小孔，利用共振現(xiàn)象進行吸聲。
圖2 所示橡膠層上均勻開設(shè)有若干個規(guī)格相同的低頻吸聲小孔。第一聚四氟乙烯層上均勻開設(shè)有若干個規(guī)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(dǎo)靴的作用及優(yōu)點
1）通過在滾輪本體的外表面包覆套體，套體主要由從內(nèi)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(shù)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(shè)低頻吸聲小孔，吸收低頻噪聲，通過在內(nèi)聚四氟乙烯層中增設(shè)高頻吸聲小孔，吸收高頻噪聲。針對不同頻率設(shè)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(nèi)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(shè)置在滾輪本體的外表面，橡膠層設(shè)置在第一聚四氟乙烯層的外表面，第二聚四氟乙烯層設(shè)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(shù)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(shè)有若干個規(guī)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(shè)有若干個規(guī)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(shè)計，可以進行寬頻段吸聲，降低運行噪聲。
4 結(jié)束語
高速乘客電梯運行中產(chǎn)生的振動和噪聲的因素有很多，本文僅討論井道內(nèi)導(dǎo)靴和導(dǎo)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(dǎo)靴，通過添加聚四氟乙烯層和開設(shè)亥姆霍茲吸聲小孔的方法，能有效降低滾輪與導(dǎo)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(shù)條件[S].
[2] 毛懷新. 電梯與自動扶梯技術(shù)檢驗[M]. 北京：學(xué)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(yè)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(dǎo)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(dǎo)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
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