胡 傲

(廣州奧的斯電梯有限公司，廣東 廣州 510425)

頻率分析在扶梯調(diào)試中的應用

胡 傲

(廣州奧的斯電梯有限公司，廣東 廣州 510425)

由于難以確定振動來源，目前工地現(xiàn)場對自動扶梯振動進行調(diào)試的工作效率并不高?，F(xiàn)嘗試使用頻率分析的方法來確定自動扶梯的振動來源，并對所確認的振動來源進行有針對性的調(diào)整，以消除或減弱其影響，結(jié)果大大提高了自動扶梯振動調(diào)試的工作效率。

頻率分析；自動扶梯；振動；調(diào)試

0 引言

隨著生活水平的提高，人們在享受自動扶梯所帶來的便利性的同時，也越來越強調(diào)乘坐的舒適性。作為自動扶梯乘坐舒適性的指標之一，梯級和扶手帶的振動也日益引起人們的關(guān)注。但是在工地現(xiàn)場，因為難以確定振動的來源，對振動超標的自動扶梯進行調(diào)試并不是一件容易的工作。目前工地現(xiàn)場對于自動扶梯振動的調(diào)試往往依賴“經(jīng)驗+運氣”的模式，即根據(jù)經(jīng)驗，逐一檢查和調(diào)整可能導致振動超標的各個零部件，并反復進行測量，直到振動指標滿足要求為止。這種方法效率很低，因為大量的時間被消耗在對振動源的盲目查找上。那么有沒有一種可以提高自動扶梯振動調(diào)試效率的方法呢？筆者嘗試使用頻率分析的方法來確認自動扶梯的振動源，然后有針對性地進行調(diào)整，以消除或減弱其影響。

1 使用頻率分析法對自動扶梯振動進行調(diào)試的原理

1.1 快速傅里葉變換(FFT)

使用頻率分析法對自動扶梯的噪音振動進行分析，首先要將自動扶梯的振動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為頻率譜圖。這就需要使用快速傅里葉變換(FFT)的工具。FFT是1965年由J.W.庫利和T.W.圖基提出的。它是離散傅里葉變換的快速算法，可以將一個信號從時域變換到頻域[1]。因此，使用FFT可以將振動信號的頻率提取出來，并繪制成頻率譜圖。根據(jù)頻率譜圖，就有可能找出振動源。

1.2 自動扶梯零部件運動頻率的計算

自動扶梯的振動是由自動扶梯各部件的運動導致，其振動頻率與相應部件的運動頻率相一致[2]。自動扶梯各部件的運動頻率可以分為2類：旋轉(zhuǎn)頻率和多邊形效應頻率。

自動扶梯上有很多旋轉(zhuǎn)部件，如主機馬達、主驅(qū)動、扶手驅(qū)動、各種滾輪等。若由于某些原因，它們沒有繞其圓心旋轉(zhuǎn)，或其旋轉(zhuǎn)圓周上有缺陷，就會導致自動扶梯產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)頻率相一致的振動。旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)頻率可用下式計算：

f=φ/60

式中，f為旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)頻率(Hz)；φ為旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)速度(r/min)。

自動扶梯上也有很多鏈輪，如主機鏈輪以及主驅(qū)動上的驅(qū)動鏈鏈輪、梯級鏈鏈輪和扶手驅(qū)動鏈鏈輪等。自動扶梯的多邊形效應是指當這些鏈輪每轉(zhuǎn)過一個齒時，相對應鏈條的速度都從大到小再從小到大變化一次的現(xiàn)象。多邊形效應會導致自動扶梯的運行速度時快時慢，使乘客產(chǎn)生前后竄動的不適感。其頻率與鏈輪的轉(zhuǎn)速以及齒數(shù)有關(guān)，可用下式計算：

f=φ·n/60

式中，f為自動扶梯多邊形效應的頻率(Hz)；φ為自動扶梯鏈輪的轉(zhuǎn)速(r/min)；n為自動扶梯鏈輪的齒數(shù)。

1.3 諧波

根據(jù)法國數(shù)學家傅里葉的發(fā)現(xiàn)，任何周期性重復的波形都可分解為基波和一系列為基波頻率倍數(shù)的諧波的正弦波分量。自動扶梯的振動大多是周期性振動，因此除了頻率與其運動頻率相一致的基波外，還有一系列頻率為基頻整數(shù)倍的諧波。其中，頻率為基頻2倍的諧波叫2次諧波，頻率為基頻3倍的諧波叫3次諧波，依此類推?；ê椭C波在頻率譜圖上表現(xiàn)出一系列等距分布的頻率峰。圖1就是一個典型的帶諧波的頻率譜圖。

圖1 帶諧波的頻率譜圖

這是一個自動扶梯梯級振動的頻率譜圖，從中可以明顯看到一系列等距分布的頻率峰，這是由梯級鏈多邊形效應所產(chǎn)生的。其中，最左側(cè)的1號頻率峰的頻率與梯級鏈多邊形效應的頻率相一致，是基頻峰，其余幾個頻率峰分別是2、3、5、6、7、8、9次諧波的頻率峰。

2 使用頻率分析法對自動扶梯振動進行調(diào)試的工程實例

我們使用頻率分析法對一臺振動超標的自動扶梯進行了調(diào)試，收到了很好的效果。表1是調(diào)試之前這臺扶梯梯級和扶手帶振動測量數(shù)據(jù)，測量工具是PMT。

表1 調(diào)試之前自動扶梯振動測量值 單位：mili(g)

可見，這臺自動扶梯的梯級和右側(cè)扶手帶的振動都超出了允許值范圍，需要進行調(diào)試。于是我們使用了頻率分析的方法來進行這項工作。

2.1 各零部件所引起的扶梯振動頻率的計算

我們收集了這臺扶梯的一些參數(shù)(表2)作為各零部件運動頻率計算的輸入，這些參數(shù)可以方便地通過現(xiàn)場測量或查看設備銘牌得到。

表2 待調(diào)試自動扶梯參數(shù)

根據(jù)表2所列的扶梯參數(shù)，我們計算出各零部件的運動頻率，如表3所示。

表3 自動扶梯各零部件運動頻率的計算 單位：Hz

根據(jù)表3所列這臺自動扶梯各零部件的運動頻率，我們可以算出它們所引起的扶梯振動的頻率，如表4所示。

表4 由各零部件運動所引起的扶梯振動的頻率 單位：Hz

2.2 扶梯振動頻率譜圖的繪制以及主要振動源的確定

在算出了各零部件運動所引起的扶梯振動頻率后，我們使用Physical Measurement Technologies公司的EVA振動分析工具軟件(版本號：8.7511)的FFT功能，對這臺自動扶梯的梯級和右側(cè)扶手帶的振動頻率譜圖進行了繪制，并將其與該扶梯各零部件運動所引起的振動頻率相比對，發(fā)現(xiàn)了與主驅(qū)動鏈、梯級鏈和扶手帶驅(qū)動鏈多邊形效應相對應的頻率。這些都是扶梯運行所固有的正常頻率。除此之外，還發(fā)現(xiàn)了一個7.78 Hz的未知頻率。

經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，這個未知頻率剛好是主驅(qū)動鏈多邊形效應所引起的振動頻率15.56 Hz的1/2，于是我們懷疑這個未知頻率與主驅(qū)動鏈有關(guān)。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，這臺扶梯的主機安裝時調(diào)整不到位，導致主驅(qū)動鏈與主機鏈輪在嚙合的時候有刮擦現(xiàn)象。由于主驅(qū)動鏈是內(nèi)—外鏈板交替排列的結(jié)構(gòu)(圖2)，當主機安裝位置不正確時，主驅(qū)動鏈的內(nèi)鏈板就會與主機鏈輪發(fā)生刮擦。主驅(qū)動鏈上2個相鄰內(nèi)鏈板間的距離是主驅(qū)動鏈節(jié)距的2倍，而其對應的頻率正好就是主驅(qū)動鏈多邊形效應頻率的1/2。因此我們可以認為，這個未知頻率就是由于主驅(qū)動鏈與主機鏈輪的刮擦所導致的。這是扶梯不正常運行所導致的異常頻率。

圖2 主驅(qū)動鏈結(jié)構(gòu)圖

由此，我們確定了這臺扶梯的4個主要振動源，分別是主驅(qū)動鏈的多邊形效應、梯級鏈的多邊形效應、扶手帶驅(qū)動鏈的多邊形效應以及主驅(qū)動鏈與主機鏈輪的刮擦，如圖3所示。

圖3 待調(diào)試扶梯右側(cè)扶手帶和梯級振動頻率譜圖

從圖3中各頻率峰的峰高可以看出，梯級的振動受主驅(qū)動鏈和梯級鏈影響比較大，扶手帶的振動受扶手帶驅(qū)動鏈影響比較大，而主驅(qū)動鏈與主機鏈輪的刮擦對二者影響都很大。

2.3 對扶梯主要振動源的調(diào)整以及效果驗證

從以上分析可見，這臺扶梯存在的問題是主驅(qū)動鏈與主機鏈輪的刮擦，這是導致其振動超標的主要原因。只有消除了這個問題，才能使扶梯的振動符合要求。

因此，我們對主機的位置進行了調(diào)整，使主驅(qū)動鏈的張緊處于合適的狀態(tài)，并且與主機鏈輪不存在刮擦。調(diào)整之后，我們重新測量了該扶梯的振動，結(jié)果如表5所示。

從表5可見，在調(diào)整了主機位置后，這臺扶梯的振動有了明顯的降低，達到了規(guī)定要求。為了進一步驗證我們的調(diào)整措施是否成功地消除了7.78 Hz的不正常振動頻率，我們繪制了調(diào)整后該扶梯右側(cè)扶手帶和梯級振動的頻率譜圖(圖4)，發(fā)現(xiàn)這個頻率峰果然已經(jīng)消失不見。

這證明我們之前對于導致這個頻率的振動源的判斷是正確的，并且調(diào)整措施是有效的。

3 結(jié)語

根據(jù)上文所述，我們可以看出，使用頻率分析法可以準確地找到自動扶梯的振動源，有針對性地對其進行調(diào)整，可以大大提高對自動扶梯的調(diào)試效率。

表5 調(diào)試之后自動扶梯振動測量值 單位：mili(g)

圖4 調(diào)試后扶梯右側(cè)扶手帶和梯級振動頻率譜圖

[1]胡麗瑩，肖蓬.快速傅里葉變換在頻譜分析中的應用[J].福建師范大學學報：自然科學版，2011(7)：27～30

[2]洪致育，謝明軍，陳剛.舒適性——自動扶梯振動和噪聲的測試與分析[J].振動與動態(tài)測試，1984(4)：1～10

2014-03-07

胡傲(1979—)，男，湖南長沙人，測試工程師，研究方向：自動扶梯認證測試。