频率分析法在自动扶梯振动调试中的应用

彭大清

摘 要：主要探讨了采用频率分析法调试自动扶梯振动的过程。通过结合具体实例，系统分析了频率分析法的应用，以期为有关方面的需要提供参考和借鉴。

关键词：频率分析法；自动扶梯；振动调试；噪声振动

中图分类号：TH236 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.108

自动扶梯也称为电动扶梯或自动行人电梯、扶手电梯、电扶梯，是一种以运输带运送行人的运输工具。由于人们对自动扶梯的设计、施工要求越来越高，导致自动扶梯的振动调试得到了施工人员的重视。频率分析法在自动扶梯振动调试中的应用，为自动扶梯的振动调试工作带来了极大的帮助。因此，本文就在自动扶梯振动调试中应用频率分析法进行了探讨。

1 使用频率分析法调试的原理

1.1 快速傅里叶变换

使用频率分析法对自动扶梯的噪声振动进行分析时，首先要将自动扶梯的振动数据转为频率谱图，这就需要使用快速傅里叶变换（FFT）工具。FFT是1965年由J.W.库利和T.W.图基提出的，是离散傅里叶变换的快速算法，可将一个信号从时域变换到频域。因此，使用FFT可提取振动信号的频率，并绘制成频率谱图。根据频率谱图有可能找出振动源。

1.2 自动扶梯零部件运动频率的计算

自动扶梯的振动是因自动扶梯各部件运动导致的，其振动频率与相应部件的运动频率一致。自动扶梯各部件的运动频率可分为旋转频率和多边形效应频率。

自动扶梯上有很多旋转部件，比如主机马达、主驱动、扶手驱动和各种滚轮等。如果因某些原因它们没有绕其圆心旋转，或其旋转圆周上有缺陷，则会导致自动扶梯产生与其旋转频率一致的振动。旋转部件的旋转频率可用下式计算：

f=φ/60. （1）

式（1）中：f为旋转部件的旋转频率，Hz；φ为旋转部件的旋转速度，r/min。

自动扶梯上有很多链轮，比如主机链轮和主驱动上的驱动链链轮、梯级链链轮、扶手驱动链链轮等。自动扶梯的多边形效应是指当这些链轮每转过一个齿时，对应链条的速度从快到慢再从慢到快变化一次的现象。多边形效应会导致自动扶梯的运行速度时快时慢，使乘客产生前后窜动的不适感。其频率与链轮的转速、齿数有关，可用下式计算：

f=φ·n/60. （2）

式（2）中：f为自动扶梯多边形效应的频率，Hz；φ为自动扶梯链轮的转速，r/min；n为自动扶梯链轮的齿数。

1.3 谐波

根据法国数学家傅里叶的发现——任何周期性重复的波形都可分解为基波和一系列为基波频率倍数的谐波的正弦波分量。自动扶梯的振动大多属于周期性振动，因此，除了频率与运动频率一致的基波外，还有一系列频率为基频整数倍的谐波。其中，频率为基频2倍的谐波叫2次谐波，频率为基频3倍的谐波叫3次谐波，依此类推。基波和谐波在频率谱图上表现出一系列等距分布的频率峰。

2 调试工程实例

使用频率分析法对1台振动超标的自动扶梯进行了调试，收到了很好的效果。调试之前，这台扶梯梯级和扶手带振动测量数据的测量工具为PMT。由此可见，这台自动扶梯的梯级和右侧扶手带的振动都超出了允许范围，需调试。因此，使用频率分析法开展调试工作。

2.1 各零部件引起的扶梯振动频率

收集的该扶梯的一些参数如表1所示，并作为各零部件运动频率计算的根据。通过现场测量或查看设备铭牌，可方便地得到这些数据。

表1 待调试自动扶梯参数

自动扶梯参数 参数值

梯级运行速度（测量值）v1/（m/s） 0.496

主机齿轮箱减速比i 24.5∶1

主机链轮齿数nm 19

主驱动链链轮齿数nd 68

主驱动梯级链链轮齿数nδ 16

主驱动链节距dm/mm 31.75

梯级链节距dδ/mm 135.47

扶手带驱动链节距dh/mm 25.4

扶手带驱动链链轮（主驱动轴）齿数nmd 29

扶手带驱动链链轮（扶手带驱动轴）齿数nbd 19

梯级链轮/梯级轮直径dr/mm 76

根据表1中的扶梯参数，可计算出各零部件的运动频率，如表2所示。

表2 自动扶梯各零部件的运动频率（单位：Hz）

自动扶梯参数 参数值

主机马达旋转频率

20.07

主机链轮旋转频率

0.819

主驱动旋转频率

0.229

扶手带驱动链轮（主驱动轴）旋转频率

0.229

扶手带驱动链轮（扶手带驱动轴）旋转频率

0.349

梯级链轮/梯级轮旋转频率

2.078

主驱动链多边形效应效率

15.56

梯级链多边形效应频率

3.662

扶手带驱动链多边形效应频率

6.637

根据表2中列出的运动频率，可计算出其引起的扶梯振动频率，如表3所示。

表3 由各零部件运动所引起的扶梯振动频率（单位：Hz）

零部件固有频率 基频 2次谐波 3次谐波 4次谐波 5次谐波

主机马达旋转频率 20.07 40.13 60.20 80.27 100.3

主机链轮旋转频率 0.82 1.64 2.46 3.28 4.10

主驱动旋转频率 0.23 0.46 0.69 0.92 1.14

扶手带驱动链轮（主驱动轴）

旋转频率 0.23 0.46 0.69 0.92 1.14

扶手带驱动链轮（扶手带驱动轴）

旋转频率 0.35 0.70 1.05 1.40 1.75

梯级链轮/梯级轮旋转频率 2.08 4.16 6.23 8.31 10.39

主驱动链多边形效应效率 15.56 31.12 46.69 62.25 77.81

梯级链多边形效应频率 3.66 7.32 10.98 14.65 18.31

扶手带驱动链多边形效应频率 6.64 13.27 19.91 26.55 33.18

2.2 率谱图的绘制和主要振动源的确定

在计算出因各零部件运动所引起的扶梯振动频率后，使用EVA振动分析工具软件（版本号：8.7511）的FFT功能对这台自动扶梯的梯级和右侧扶手带的振动频率谱图进行了绘制，并将其与该扶梯因各零部件运动所引起的振动频率进行了对比。对比后发现，与主驱动链、梯级链和扶手带驱动链多边形效应

相对应的频率均属于扶梯运行中固有的正常频率。此外，还发现了一个7.78 Hz的未知频率。

经观察发现，该未知频率是主驱动链多边形效应引起的振动频率15.56 Hz的50%，因此，怀疑该未知频率与主驱动链有关。进一步检查发现，该扶梯主机在安装时调整不到位，导致主驱动链与主机链轮啮合时有刮擦现象。由于主驱动链属于内—外链板交替排列的结构，当主机安装位置不正确时，主驱动链的内链板就会与主机链轮刮擦。主驱动链上两个相邻内链板间的距离是主驱动链节距的2倍，而其对应的频率正好是主驱动链多边形效应频率的50%. 因此，该未知频率出现的原因是主驱动链与主机链轮的刮擦，这是因扶梯不正常运行所导致的异常频率。因此，确定了该扶梯的4个主要振动源分别为主驱动链的多边形效应、梯级链的多边形效应、扶手带驱动链的多边形效应和主驱动链与主机链轮的刮擦。

从各频率峰的峰高可看出，梯级振动受主驱动链和梯级链的影响较大，扶手带的振动受扶手带驱动链的影响较大，主驱动链与主机链轮的刮擦对二者影响均较大。

2.3 调整效果

从上述分析可见，该扶梯存在的问题是主驱动链与主机链轮的刮擦，这是导致其振动超标的主要原因。只有解决这个问题，才能使扶梯振动符合要求。因此，对主机位置进行了调整，使主驱动链的张紧程度处于合适的状态，且与主机链轮不存在刮擦现象。在调整了主机位置后，该扶梯的振动达到了规定要求。为了进一步验证本次调整是否成功消除了7.78 Hz的不正常振动频率，绘制了调整后该扶梯右侧扶手带和梯级振动的频率谱图，如图1所示，异常频率已消失不见。由此可见，之前对振动源的判断是正确的，且调整措施是有效的。

（a）右侧扶手带振动频率谱图（调整后）

（b）梯级振动频率谱图（调整后）

图1 调试后扶梯右侧扶手带和梯级振动频率谱图

3 结束语

综上所述，自动扶梯的振动调试工作对其安全运行起着巨大的促进作用。因此，需要熟练掌握频率分析法，使其在自动扶梯的振动调试工作中有效发挥作用，以大大提高自动扶梯的调试效率，从而为自动扶梯的运行提供帮助。

参考文献

[1]于治会.对调整仪表用蜂鸣器振动规范的探讨[J].传感器世界，2000（01）.

[2]曹金红.基于Lanczos模态分析法的振动筛固有频率分析[J].辽东学院学报（自然科学版），2013（02）.

〔编辑：张思楠〕

Application of Frequency Analysis Method in the Adjustment of the Vibration of the Escalator

Peng Daqing

Abstract： This paper mainly discusses the process of adjusting the vibration of the escalator by using the frequency analysis method. Through the combination of concrete examples， the application of frequency analysis method is analyzed in order to provide reference for the relevant aspects.

Key words： frequency analysis method； escalator； vibration test； noise vibration

文章编号：2095-6835（2015）19-0110-02