典型电梯故障振动的分析和诊断

邓小韶 钟思宁

（广东省特种设备检测研究院惠州检测院 惠州 516003）

在安全领域，有一个著名的海因里希法则，该法则可以概括为每一起严重事故背后必有29件轻微事故，还有300件潜在隐患。电梯的事故也如此，在事故发生之前的故障、隐患就会通过故障振动表现出来。通过对电梯故障振动的分析和诊断，能够准确找出故障和隐患所在，并及时采取措施将它们消除，从而将电梯事故消除在萌芽状态，提高电梯使用安全性和可靠性。

EVA-625在电梯的故障振动检测和分析中有重要作用[1]。运用EVA-625对电梯的振动进行检测，并结合电梯的振动产生机理，诊断出故障所在，这是行之有效的电梯故障振动诊断方法。笔者结合自身多年的检验经验，对几例典型的电梯故障振动，运用EVA-625对其进行分析、诊断，说明这一方法的有效性。

1 对电梯轿厢导轨引起故障振动的分析和诊断

电梯轿厢导轨引起的故障振动是属于导向系统引起的故障振动，是最常见的一种。原因通常有导轨顶面距离偏差过大，导轨同面度不良，导轨直线度不良，导轨接头间隙超标等。

如图1所示，这是用EVA-625检测得到的轿厢振动波形，横坐标是时间，纵坐标是振幅，第一个波形是轿厢的位移曲线，下面三个波形分别是X轴、Y轴和Z轴振动波形。从图中可以看出Y轴和Z轴的最大峰-峰值，A95峰-峰值均超过了GB/T 10058—2009《电梯技术条件》[2]中相关条款的要求。三个轴的振动波形具有一定的相似，而且具有明显的周期特征，其中以Y轴的最为明显。选中Y轴，对其进行快速傅立叶变换(FFT)分析，得出图2。在整个行程中，最大振动频率为3.125Hz，最大振幅为5.361mg，其最大振动频率显然与曳引机、导向轮、反绳轮的振动频率不同，因此振动不可能来源于曳引机、反绳轮；Y轴出现明显振动的时间周期明显，约为2s，该电梯的运行速度为2.5m/s，考虑到电梯实际运行速度与额定运行速度的偏差，也就是每隔5m的距离，轿厢就发生一次明显的振动。电梯轿厢导轨的长度恰好为每根5m，结合电梯的振动机理，可以判断是两根导轨的接头处引起的故障振动。

图1 轿厢导轨引起故障振动的波形

图2 FFT分析频谱图

验证：结合图1中的位移曲线图，找出明显抖动的位置，对相应的电梯轿厢导轨进行检查，发现对应的轿厢导轨接头处未进行打磨处理。图3中，导轨连接处的接头台阶明显，间隙超标，当轿厢运行经过导轨连接处时，就产生了明显的故障振动。接下来对轿厢导轨接头进行打磨修整，修整后如图4所示。修整后轿厢的故障振动得到明显改善，各振动数值也符合标准要求，验证了上述分析和诊断是准确的。

图3 导轨接头修整前

图4 导轨接头修整后

2 对钢丝绳引起故障振动的分析和诊断

钢丝绳引起电梯轿厢故障振动是属于曳引系统引起的故障振动，也是常见故障振动。曳引系统中的悬挂装置主要由钢丝绳和绳头组合构成。其中钢丝绳可以看作是一个弹性元件，轿厢是悬挂在钢丝绳上的振动体。电梯轿厢受到钢丝绳的曳引力和自身重力的作用，在电梯井道做上下反复运动，运动过程中钢丝绳的抖动频率有明显的特征，其频率会随着电梯运行速度增大而增大，随着轿厢与曳引机的距离减少而增大。钢丝绳的抖动直接传导到轿厢上，就形成了轿厢的振动。调节钢丝绳张紧力，或者在绳端采取适当的固定措施，可以有效降低悬挂系统的振动影响。下面是对钢丝绳引起电梯轿厢故障振动的分析和诊断。

图5和图6是用E V A-6 2 5测得的轿厢Z轴和X轴的振动波形。图5是上行时Z轴和X轴的振动波形，由波形图可以看出，上行时，在行程的前半段，X轴振动并不明显；随着轿厢距离主机越来越近，轿厢与曳引轮之间的钢丝绳越来越短，在行程的后半段，X轴振动越来越明显，在轿厢到达顶层开始减速时达到最大；图6是下行时的波形图，在顶层站往下运行，在加速段运行时，当轿厢速度达到最大时，X轴振动也达到最大，然后伴随轿厢和曳引轮之间的距离增大而减小，也就是说匀速段运行时，轿厢距顶层站越近，振动越明显。

图5 上行时钢丝绳引起故障振动的波形

图6 下行时钢丝绳引起故障振动的波形

为进一步分析X轴的振动频谱特性，对快速下行时的X轴进行快速傅立叶变换分析，如图7所示。频谱图的频率非常密集并且逐渐增大的趋势明显，振动频率最大为65.313Hz；同时Y轴和Z轴也存在同样的高频率振动，进行快速傅立叶变换分析后能得到相似的频谱图。该电梯的曳引比为1∶1，这样的振动频率，显然超出了曳引轮、反绳轮的回转频率，根据前文的分析，该振动与钢丝绳的抖动特征相符，可以判断该振动是由钢丝绳的抖动引起的。

图7 FFT分析频谱图

验证：首先检查轿厢的钢丝绳绳头，绳头部件齐全，紧固；然后在运行中观察绳头组合的摆动情况，发现绳头的摆动情况与振动检测和分析的波形吻合，越靠近顶层站，抖动程度越大。根据以上情况，提出加装绳头组合固定装置改进措施。如图8所示，是改进前的绳头组合，它在电梯的运行过程中很容易产生抖动。对绳头组合采取固定措施（加装减振器）后，如图9所示。改进后的绳头组合抖动得到明显的抑制，电梯轿厢的振动情况明显改善，验证了上述分析和诊断的准确性。

图9 加装减振器后的绳头组合

3 对反绳轮故障振动的分析和诊断

反绳轮一般存在于曳引比大于2的电梯中。它通常位于轿顶，由于与轿厢是直接连接在一起的，它的故障，极易将振动传导至轿厢，对轿厢的振动影响非常明显。以下是对这一类型的故障振动的分析和诊断。反绳轮故障一般影响Z轴方向的振动，如图10和图11所示，是一有故障振动电梯的Z轴振动波形图，它的水平方向的振动波形均正常。由振动波形图可见，Z轴波形在匀速运行段出现了明显且有规律的如锯齿状低频振动，而且其上行和下行的匀速运行段均存在相似的波形。

图10 上行振动波形

图11 下行振动波形

由于在匀速运行段的振动特征明显，因此对上行波形的匀速段进行快速傅立叶变换。从进入匀速运行的第10s开始，对其进行FFT分析。

如图12所示，得出振动主频为2.563Hz。该电梯反绳轮直径0.5m，额定运行速度2.0m/s，可以计算出轿厢反绳轮的转动频率为2.546Hz，考虑到电梯实际运行速度与额定运行速度的偏差，可以判断该故障振动是由轿厢反绳轮引起的。

图12 FFT分析波形

验证：对轿顶反绳轮进行检查，发现反绳轮有破损，在电梯运行时轴承处有异响，目测轴承有损坏，判断电梯的故障振动即由此引起，因此反绳轮及其轴承应报废更换。更换反绳轮及其轴承后，运行时轴承处的异响消失，锯齿状低频振动也得到消除。故障诊断得到验证。

4 结束语

采用EVA-625对电梯的故障振动进行检测，结合故障振动的机理对其进行分析和诊断，是行之有效的并易于在工程实践中应用的方法。虽然本文所检测和分析的故障振动，均为典型的单个故障在电梯故障振动中的表现，而实际情况往往更为复杂，常伴有多个故障同时发生；即便如此，充分应用EVA-625的分析功能，并辅以诸如小波包分析之类的信号分析方法，是能够有效地对电梯的故障振动进行分析和诊断的，从而提高电梯使用的安全性和可靠性。