新型电梯滚轮导靴

刘磊¹　郭有松²　韦方平¹　李德锋¹

（1.江苏省特种设备安全监督检验研究院 常州 213000；2.常州工邦减振设备有限公司 常州 213000）

摘　要：针对目前高速住宅电梯滚轮导靴引起的电梯振动和电梯噪声的投诉，提出了一种新型宽频降噪高寿命的电梯滚轮导靴。加入聚四氟乙烯材料层，利用其摩擦因数低、耐磨性好等特点，降低噪声，延长其使用寿命，中间设置橡胶层，减缓径向受力，降低振动。滚轮上增设小孔，利用亥姆霍兹小孔吸声原理在滚轮上形成共振腔，以达到降低运行噪声的作用。设计简单，制造成本低，具有工程应用意义。

关键词：电梯；滚轮导靴；降噪；振动；高寿命

随着城市化进程的不断发展，高楼林立，电梯的运行速度也越来越快。普通乘客电梯从1.5 m/s 逐步增加到2.5 m/s，以后将有越来越多的4 m/s 以上的普通住宅电梯。速度越快，电梯井道内导靴和导轨及其附件的振动就越来越明显，对导靴的要求也就越来越高。近年来，全国各地涌现多起关于电梯振动和电梯噪声的投诉，其中与井道相邻的卧室影响最大，主要原因是导靴与导轨的不正常硬接触引起的振动和噪声。

GB/T 10058—2009《电梯技术条件》中明确规定 [1]，乘客电梯轿厢运行在恒加速区域内，垂直（Z 轴）振动的最大峰值不大于0.3 m/s², A 95 峰值不大于0.2 m/s²。电梯各机构和电气设备在工作时不应有异常振动或撞击声响，当电梯的额定速度不大于2.5 m/s 时，电梯以额定速度运行时机房内平均噪声值不大于80 dB，运行中轿厢内最大噪声值不大于55 dB，当电梯的额定速度不大于6.0 m/s 时，电梯以额定速度运行时机房内平均噪声值不大于85 dB，运行中轿厢内最大噪声值不大于60dB。

1　国内研究现状

国内已有部分学者做过类似的理论研究。同济大学的李丹达等人研究了电梯轮轨耦合高频振动建模及分析[3]，提出电梯导轨与滚轮之间相互作用产生的高频振动是电梯噪声主要来源之一。上海交通大学的张新刚等人进行了电梯导靴摩擦特性的实验研究[4]，提出对于导靴靴衬材料的选取，电梯系统设计和制造，降低电梯振动水平， 减小运行噪声，提高电梯乘坐舒适性, 均有较为积极的意义。上海交通大学的曾晓东研究了电梯导靴引起的振动[5]，同样指出针对电梯导靴与导轨的运动振动，可从减小导靴摩擦因数方面作些改进，选取摩擦因数低的材料。就导轨和电梯导靴引起的振动和噪声而言，除了提高导轨的制造不平度精度, 加强导轨安装质量精度，简单有效的方法是从导靴、滚轮入手，研究新型的具有宽频降噪高寿命的电梯滚轮导靴。

电梯的导向系统主要由导轨、导靴和导轨支架组成。导靴装在轿厢架和对重装置上，其靴衬在导轨上滑动，是使轿厢和对重装置沿导轨运行的装置[2]。常用的导靴有固定滑动导靴、弹性滑动导靴、滚动导靴等三种。滑动导靴与导轨之间是滑动摩擦，需要加润滑油，滚动导靴与导轨之间是滚动摩擦，禁止加油润滑。滑动导靴一般应用于低速梯，具有成本低、加工简单的特点，滚动导靴一般应用于高速梯，具有舒适性好、成本高等特点。目前市场上多数高速电梯导靴的滚轮采用单一材质，一般为聚氨酯或橡胶，其使用寿命低，易产生噪声和振动。

2　新型滚轮导靴

普通滚轮导靴由滚轮、摇臂、靴座、压缩弹簧等组成，由橡胶制成，容易龟裂失效，如图1所示。为了克服存在的不足，设计的电梯滚轮导靴，要求既能有效降低滚轮与导轨的接触振动和噪声，又能延长滚轮的使用寿命。

图1 滚轮导靴

新滚轮主要加入聚四氟乙烯材料。聚四氟乙烯具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、耐磨性，摩擦因数小，仅为聚乙烯的1/5，这是全氟碳表面的重要特征，聚四氟乙烯具有不粘性。

新设计的具有宽频降噪高寿命的电梯滚轮导靴的滚轮具有分层结构，主要包括滚轮本体和包覆在滚轮本体外表面的套体，套体主要由从内到外依次分布的第一聚四氟乙烯层、橡胶层和第二聚四氟乙烯层组成，第一聚四氟乙烯层设置在滚轮本体的外表面，橡胶层设置在第一聚四氟乙烯层的外表面，第二聚四氟乙烯层设置在橡胶层的外表面。聚四氟乙烯层主要减小摩擦因数，降低噪声，橡胶层主要减缓径向受力，降低振动。同时利用亥姆霍兹吸声原理在滚轮上开设小孔，利用共振现象进行吸声。

图2 所示橡胶层上均匀开设有若干个规格相同的低频吸声小孔。第一聚四氟乙烯层上均匀开设有若干个规格相同的高频吸声小孔，第一聚四氟乙烯层的厚度大于第二聚四氟乙烯层的厚度，橡胶层的厚度大于第一聚四氟乙烯层的厚度。同时，低频吸声小孔的直径大于高频吸声小孔的直径。

图2 新型滚轮示意图

3　新型滚轮导靴的作用及优点

1）通过在滚轮本体的外表面包覆套体，套体主要由从内到外依次分布的第一聚四氟乙烯层、橡胶层和第二聚四氟乙烯层组成。聚四氟乙烯的摩擦因数低，能够保证滚轮的摩擦力小且抗磨损性强，延长滚轮的使用寿命。橡胶主要起到支撑作用且价格便宜，同时能起到减振作用。

2）通过在橡胶层中增设低频吸声小孔，吸收低频噪声，通过在内聚四氟乙烯层中增设高频吸声小孔，吸收高频噪声。针对不同频率设计，进行宽频段吸声，降低运行噪声。

这种具有宽频降噪高寿命的滚轮，包括滚轮本体和包覆在滚轮本体外表面的套体，套体主要由从内到外依次分布的第一聚四氟乙烯层、橡胶层和第二聚四氟乙烯层组成，第一聚四氟乙烯层设置在滚轮本体的外表面，橡胶层设置在第一聚四氟乙烯层的外表面，第二聚四氟乙烯层设置在橡胶层的外表面。第一聚四氟乙烯层的厚度大于第二聚四氟乙烯层的厚度，橡胶层的厚度大于第一聚四氟乙烯层的厚度。滚轮本体的宽度、第一聚四氟乙烯层的宽度、橡胶层的宽度和第二聚四氟乙烯层的宽度相同。聚四氟乙烯的摩擦因数低，能够保证滚轮的摩擦力小且抗磨损性强，延长滚轮的使用寿命。橡胶主要起到支撑作用且价格相对便宜，同时能起到减振的作用。橡胶层上均匀开设有若干个规格相同的低频吸声小孔，每个低频吸声小孔的中心点均落入在同一个圆上，若干个低频吸声小孔可以吸收低频噪声。第一聚四氟乙烯层上均匀开设有若干个规格相同的高频吸声小孔，每个高频吸声小孔的中心点均落入在同一个圆上，若干个高频吸声小孔可以吸收高频噪声，低频吸声小孔的直径大于高频吸声小孔的直径。针对不同频率设计，可以进行宽频段吸声，降低运行噪声。

4　结束语

高速乘客电梯运行中产生的振动和噪声的因素有很多，本文仅讨论井道内导靴和导轨及其附件的振动和噪声，提出了一种新的具有宽频降噪高寿命的电梯滚轮导靴，通过添加聚四氟乙烯层和开设亥姆霍兹吸声小孔的方法，能有效降低滚轮与导轨之间的振动和噪声，且成本低，加工简单，有一定的推广价值。

参考文献

[1] GB/T 10058—2009 电梯技术条件[S].

[2] 毛怀新. 电梯与自动扶梯技术检验[M]. 北京：学苑出版社,2001(3):1-5.

[3] 李丹达，胡振东，仲政. 电梯轮轨耦和高频振动建模及分析[C].2005 年上海市国际工业博览会第三届上海市“工程与振动”科技论坛论文集, 上海:2005(11).

[4] 张新刚, 李鸿光, 孟光. 电梯导靴摩擦特性的实验研究[J].机械强度,2011,33(4):528-533.

[5] 曾晓东. 电梯导靴引起的振动[J]. 起重运输机械,1997（12）:7-12.

来源：起重运输机械

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