自动扶梯运行振蹿现场改善方法研究

摘 要：中国大陆2020年电扶梯出厂量为105万台，在用梯台量超过800万台，其中在用自动扶梯（含自动人行道）约70万台。随着经济的发展和社会的进步，人民大众对生活品质的要求日益提升，自动扶梯/自动人行道作为公共场所的人群运送工具，其运行的舒适感愈加为大众所关注。影响自动扶梯舒适感的因素包括噪声、冲击、同步、振动等，自动扶梯的振蹿问题是广大电扶梯品牌必须面对的一个难题。现主要通过研究造成自动扶梯运行振蹿的原因，从产品设计、制造、现场调整、安装维保工艺方法等方面提出了针对性改善方案，并进行了有效性验证。

关键词：自动扶梯;传动部件;运行结构;振蹿;系统共振

0    引言

安全、可靠、快捷是广大乘客对自动扶梯/自动人行道设备的基本要求，而舒适感则是乘客对设备的进一步需求，也是厂家追求完美客流体验的自我要求。自动扶梯/自动人行道属于大型机电一体化机械设备，其开放、长时间运行的公共使用属性，使其要在生命周期中长期保持良好的运行状态。而做到平稳、舒适的客流体验，并不是一件轻而易举的事情。

本文着重从自动扶梯的产品基本结构和运行原理出发，探究自动扶梯运行振蹿的原因，并从设计、生产制造尤其是后期安装和维护等方面寻求有效的改善方法。

1    问题提出

笔者所在企业经常会收到一些自动扶梯产品在日常运行过程中有抖动、蹿动、脚底发麻等与舒适感相关的客户反馈，但一线技术人员在使用现场的解决方法和手段相对缺乏，改善的效果不明顯。笔者从事电梯行业30年，对自动扶梯的设计、标准、生产、安装和维保有相当的了解和实践经验，就自动扶梯的舒适感（振动和蹿动）而言，其确实是一个系统性的综合问题，笔者认为不能用“头痛医头，脚痛医脚”的方法解决，需要像老中医把脉那样进行综合治理，方能见效。

2    成因分析

2.1    自动扶梯的一般结构与传动方式

当前行业市场上主流自动扶梯通常的传动结构大致相同，如图1所示。其传动方式是：驱动主机（曳引机）通过驱动链带动转向链轮驱动主轴，主轴左右两侧齿轮板转动带动梯级曳引链，梯级装在梯级曳引链上，曳引链带动梯级在梯路导轨上行进。同时，主轴上还有一组扶手带驱动链轮，通过扶手带驱动链同步驱动扶手带驱动轴，扶手带驱动轴两侧各有一片扶手带驱动摩擦轮，通过摩擦力带动两侧扶手带与梯级同步运行。

显而易见，自动扶梯的传动方式基本上由齿轮传动、链条传动和摩擦传动组成。同时，梯级在梯路上是滚轮滚动运行，扶手带在扶手导轨上是摩擦运行，驱动主轴、扶手带驱动轴以及曳引机输出轴的支座都是轴承转动;自动扶梯的梯路导轨系统固定在桁架结构上。因此，各种高速转动、传动、翻转、摩擦以及它们在一个刚性体内产生的共振都会给自动扶梯的运行舒适感带来影响，产生振动和蹿动现象。

2.2    测量仪器和指标

（1）为了有效测量和精准分析自动扶梯各种振动的构成和原因，使用了EVA-625/MMC-1 PMT电梯振动测试仪以及相应的EVA电梯振动分析软件（版本8.5）。EVA-625和EVA电梯振动分析软件是一个记录和分析电梯/扶梯运行状况的组合体，其不仅十分有效，而且使用起来也很方便。

（2）使用EVA-625测试自动扶梯振动的主要指标如下：

1）A95：在定义的界限范围内，95%采样数据的加速度或振动值小于或等于的值。正常情况下自动扶梯的AV95应当小于等于80 mgal。EVA-625的Average Pk/Pk Type（平均峰峰值）类型选项提供了峰峰振动平均值的计算方法。例如：将A-Level Percentage设为95，那么软件将找到小于等于95%的峰峰周期数，而5%的峰峰周期大于此值。

2）FFT（快速傅里叶转换）：FFT对于振动源诊断是个极其有效的工具，它能提供所需振动数据中振幅和频率的信息。可以在导向滚轮上以一个无偏差灵敏点导致的振动为例进行说明。基于滚轮的直径和电梯的速度，可以计算出频率。滚轮的转动频率计算如下：直径d=152 mm（6 in）;速度v=3 m/s（9.84 ft/s）;滚轮周长C=πd=3.141 59×152≈477.5 mm=0.477 5 m;则滚轮频率=v/C=3/0.477 5≈6.28 r/s

（约6.3 Hz）。在这种计算模式下，FFT就会找寻6.3 Hz的波峰来进行分析。同样的逻辑也可以运用于滑轮的振动分析结果中。用这种方式揭示滚轮水平方向的振动以及滑轮垂直方向的振动是十分重要的。如果选择较长的FFT分析时间，软件可以提供较清晰的频率分解图，但只能对数据的较长部分进行分析。这里使用FFT（8 s）的指标进行分析，正常情况下应该不大于22 mgal。

3）Vmax-XYZ：这种ISO滤波器的方法，在EVA振动分析工具中是非常有效的工具之一。EVA软件将ISO滤波器自动应用于X、Y、Z三轴的运动方向（两个水平向，一个垂直方向）。众所周知，人类的感觉有时候是不客观的，因为它会受到许多因素（如心理、感观、环境等）的影响。但通过ISO滤波器处理后可以获得一种可重复的、具有科学解释的方法相对客观的振动数据，与人类可感知的经验数据相比较，从而获得改善的机会。在用EVA分析软件开始测量分析扶梯振动数据时，需要默认设置设备状态为Whole Body Combined。

2.3    对比和测试

为了探究可能导致自动扶梯运行振蹿的各项影响因素，做了大量的对比和测试工作。

（1）首先，选取了规格、工况相似的不同品牌自动扶梯设备进行对比，从对比中发现相似工况、相似规格但不同品牌的两台自动扶梯，其舒适感的差异相当大。但在产品基本技术参数方面没有发现很大差异，造成舒适感差异的原因还需要进一步探究。出于知识产权保护方面的原因，且在使用现场无法深入拆解、剖析其他品牌产品进行对比测试，因此必须换一种方法继续研究。

（2）根据经验可以认为，扶梯的舒适感基本上和运行速度、摩擦、润滑、传动匹配、高速运转的同心/同轴/平衡、传动链条的张紧/平行度/啮合以及多运转系统的同频共振等因素相关。因此，对同一台设备，在不同工况下做了一系列对比测试。在测试前，首先对该设备完成一系列规范保养工作，确保设备处于正常的工作状态。正确、合格的保养过后，设备的运行舒适感已经有了明显的改善，由此表明了日常合格保养的重要性。然后，对设备进行各种影响因素的对比测试，结果如下：

1）速度因素（梯号36067941）：将该自动扶梯运行速度在0.5～0.7 m/s逐步调整，测量速度和舒适感之间的变化趋势关系，结果如图2所示，三项舒适感指数随着扶梯运行速度的提高而上升，并在0.676 m/s時达到峰值。而当扶梯以额定速度0.65 m/s运行时，已经非常接近整机系统的共振频率，因此，此时的舒适感是比较差的。由此可见，改变整机系统的共振频率，是改善扶梯运行舒适感的有效之道。

2）现场各级驱动系统调整的对比测试（梯号36067941）：调整内容包括下部机坑回转导轨水平直线度调整;双驱动的驱动链张紧度调整一致;隔离扶手带驱动，测试扶手带驱动系统对梯级舒适感的影响。对比测试结果如表1所示。

结论：如表1所示，双驱动系统驱动链的同步性非常重要，正常情况下两根驱动链的长度、张紧和磨损程度应尽量保持一致;同时，回转端梯路导轨的水平直线度对运行振蹿有一定的影响;另外，左右两侧梯级曳引链的（节距和平均）长度公差应保证一致，还应对下端转向小车张紧弹簧进行有效调整。最后发现，隔离扶手带驱动以后，梯级运行的各项参数都有明显提升，所以扶手带运转系统对梯级运行的振蹿是有抑制作用的，当然也要考虑扶手带运行时本身的振蹿情况。

3）现场其他调整对舒适感影响的对比测试（梯号36067941）结果如表2所示。

结论：扶手带导轨上弧段增加滚轮组会增加自动扶梯的振蹿效果，结果适得其反。而梯级曳引链、梯路、延伸导向导轨的调整以及增加驱动链压块等方法都能明显抑制自动扶梯的振蹿现象。

2.4    自动扶梯运行振蹿的影响因素

结合上述各项测试以及小组的专业经验，对可能造成自动扶梯运行振蹿的影响因素以及影响程度简单罗列如表3所示。

表3虽然有一些经验和主观成分，但对维保人员现场改善扶梯舒适感问题至少提供了可供参考的解决思路和方法。

3    解决方案和可行性

3.1    关于自动扶梯驱动链的现场检查和调整

（1）驱动链的张紧、磨损、拉伸延长以及主/从动轮的齿轮磨损，都会导致和增加扶梯运行的振动和蹿动。这些因素的现场检测和调整方法等基本要求一般在维保手册都有描述，这里不再一一赘述。

（2）扶梯驱动部分的主/从动轮的直线平行度问题，在维保现场因为工作面狭窄的限制，很难用吊线法去有效测量。现场可以通过扶梯不同运行方向情况下轮齿与链片之间的位置变化（图3）来判断主/从动轮之间的直线和平行度，并逐步调整。当自动扶梯上行和下行后，轮齿在两链片之间的位置如基本保持一致，说明主/从动轮的直线平行度达到要求。

（3）为降低驱动链和链轮高速运转时链节和轮齿不断啮合和释放产生的振颤，也可以采用在驱动链悬边加装压块的方法，如图4所示。

（4）对于双驱动的重载大高度扶梯，要保证两侧驱动链和链轮的磨损和延伸程度基本保持一致。

3.2    自动扶梯运行速度对扶梯舒适感的影响

当前国内自动扶梯额定运行速度只有两种，即0.5 m/s和0.65 m/s。而按图2所示，当扶梯速度达到0.65～0.70 m/s时，扶梯的振动和蹿动基本达到峰值。这和整机系统的共振频率有关，维保现场很难进行有效调整。而且，在现场虽然自动扶梯的运行速度就技术而言能在一定范围内进行调整，但这不符合产品规范和行规要求。

3.3    梯级曳引链的张紧度和左右平衡

这种因素造成的扶梯振蹿现象，可以在现场通过观察扶梯运行过程中梯路下端回转部分以及两侧张紧装置（弹簧，如图5所示）的张紧情况和振颤情况来判断。而造成这种情况的原因主要有两种：其一是梯路的水平度和直线度出现问题，其二是两侧梯级曳引链的长度超差。正常情况下，现场调整需先调整梯路，确保水平度和直线度，再调整梯级曳引链张紧弹簧压缩尺寸。如果在两侧压缩尺寸相同的情况下，扶梯双向运行跑偏严重，基本可以判定是两个曳引链长度超差引起的。

3.4    梯路延伸导轨的形式和位置

这是一个扶梯梯路主轨端部附加的延伸部件，是将梯级曳引链的链节（轮）在进入转向段前、脱离主轨时平稳送入上部驱动齿轮的一个延伸导轨附件。这个部件的位置调整和材质形式对振动噪声有很大影响，现场调整难度比较大。

3.5    扶手带驱动和运行系统对自动扶梯舒适感的影响

自动扶梯的扶手带系统因其驱动系统是扶梯主驱动的一个输出部分，因此扶手带的运行情况会通过驱动系统反馈到梯路运行部分，通常扶手带系统会给扶梯运行带来Y轴纵向蹿动的影响。扶手带系统的调整基本包括以下几个方面：扶手带张紧度、扶手带驱动链张紧和延伸、扶手带驱动（摩擦）轮（包角和压力）、扶手带的内衬完好程度、扶手带转向端滑轮组、扶手带托辊、导向等。这些基本属于基础保养内容，在此也不再赘述。

4    现场检验

专项小组对××项目自动扶梯运行振蹿现场改善的情况汇总如表4所示。

总结：以上所列为此次现场改进名单中部分扶梯的测试结果。总体而言，通过实施各种改进措施，扶梯振蹿现象得到了明显改善，符合既定的验收标准。

5    结果和结论

通过大量现场测试和研究，对于自动扶梯的振蹿问题，可以得出如下结论：

（1）完善的日常保养可以让扶梯设备处于良好的运行状态，避免自动扶梯出现振蹿现象;

（2）合格规范的技术调整，可以有效减少自动扶梯的振蹿现象;

（3）通过一些对症下药的特殊方法（例如增加驱动链压块、改变延伸导轨材质、增加齿轮避振衬垫等），在现场能够有效改善自动扶梯的振蹿现象;

（4）产品设计和制造方面，工厂应该考虑系统共振频率和速度之间的匹配关系。

本文所研究的这个课题，主要是聚焦于自动扶梯使用现场，通过恰当的维护、调整等技术手段，改善自动扶梯的振蹿现象，其研究对象主要是笔者所在企业某几种规格的自动扶梯，因此研究成果有一定的针对性和局限性。但课题小组成员有着相当的行业经验，对其他品牌的自动扶梯也有相当程度的了解，而且中国电梯行业目前的自动扶梯设备基本原理和结构都有一定的共同性，因此本文的研究思路、检验检测的方法和标准以及解决问题的方案脉络等具有一定的普遍意义，希望对广大维保技术人员有所启迪和帮助;不足之处，欢迎指教并共同探讨。

[参考文献]

[1] 中华人民共和国特种设备安全法：中华人民共和国主席令第四号[A].2013.

[2] 国务院关于修改《特种设备安全监察条例》的决定：中华人民共和国国务院令第549号[A].2009.

[3] 电梯、自动扶梯、自动人行道术语：GB/T 7024—2008[S].

[4] 自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范：GB 16899—2011[S].

[5] 乘运质量测量 第2部分：自动扶梯和自动人行道：GB/T 24474.2—2020[S].

收稿日期：2021-04-02

作者简介：唐忠（1968—），男，浙江温州人，机械工程师，研究方向：起重运输与工程机械。