交流接触器降噪减震装置

交流接触器降噪减震装置摘要：设计这种交流接触器降噪装置的目的是为了降低安装在电梯控制柜内交流接触器动作时产生的噪音和振动。

通过分析噪音和振动产生的原因，研究吸声结构的特性和隔振降噪装置的有效性，从而设计出一种性能最优的降噪装置。

使用这种装置后，交流接触器动作时的噪音可由70dB左右下降到46~49dB，平均下降24~21dB，降噪效果明显。

关键词：交流接触器降噪吸声结构隔振降噪引言随着我国电梯保有量的不断增加，给人们的生活提供了便利和快捷的同时，电梯事故和扰民的实例也时常有报道，其中有很多就是噪音扰民。

由于电梯主机、控制柜等主要噪声源一般就安装在井道顶层位置，与顶层住户形成一墙之隔，会通过公共墙体形成“声桥”给传递到顶层住户家中，造成室内噪音污染。

目前针对电梯噪音的标准有三种：首先是电梯行业的质量标准如：GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》，规定主机房运行时不能超过80分贝，在轿厢内不能大于55分贝，目前绝大多数电梯厂家多能符合这些要求，但是一些环境方面的标准，则要求白天不超过40分贝，晚上不超过30分贝。

所以针对电梯降噪措施的研究是非常有意义和必要的。

本文主要分析的是电梯控制柜内交流接触器噪音产生的原因和设计装置的降噪原理。

交流接触器降噪装置主要通过二方面来降低噪音的，一是阻断其通过固体介质传播振动的渠道，就是尽量减少其发出噪音的音源，让其少发声音甚至不发声音；二是利用吸声材料将交流接触器动作时产生的噪音尽量吸收掉。

1.交流接触器的优势目前市场上主要电梯品牌的控制系统中大多还是采用交流接触器进行主回路的控制开关。

由于交流接触器吸力大，工作可靠且不需要自带或外加整流变压装置，直接采用交流电做控制电压，所以接线安装维护都非常方便。

最大的优点可能还在于成本原因，以相同性能、同规格的二款交直流接触器比较，最高成本相差60元左右，按每台电梯平均使用二个接触器计算，以一个中等规模的电梯公司年销售3万台电梯来计算，每年就能节省至少360万的成本，绝对是相当可观的。

所以不难发，在电梯行业中，为什么直流接触还未完全取代交流接触器大规模地使用，主要的原因还是电梯厂商处于成本考虑，因此就会选择成本较低且性能比较可靠的交流接触器做为控制开关。

2.交流接触器噪音分析电梯使用交流接触器的噪音主要有以下几种。

一是交流接触器的线圈通电后产生磁场吸力，吸动衔铁动作，通过机械结构带动触点闭合和断开。

在这个过程中衔铁与铁心极面接触发生碰撞，就是我们最常听见的“噼啪”的声音。

第二种就是由于多次的碰撞和粉尘油污的污染，造成极面接触不良,衔铁吸合时就会振动和噪声，主要表现为接触器线圈出由“嗞嗞”声。

第三中就是触头弹簧受到环境因素变化，压力产生变化，触点熔融，电腐蚀严重也会造成接触器在动作是产生噪声问题。

经音频分析接触器动作是主要的频率集中在123HZ~8KHZ 之间，人耳对低频不太敏感，在3~4KHz时特别敏感，所以需要削弱的主要对象就是高频噪声。

如下图一所示：图一接触器动作音频分析电梯控制系统中，交流接触器往往是非常重要的控制元件被安装在控制柜内，由于控制柜的钣金结构，以及交流接触器在控制柜内的安装方式和布局导致了接触器的噪音不能被很好的控制和降低，有的时候甚至被放大。

例如通常电梯控制柜内的接触器就直接通过卡轨或螺丝直接固定到控制柜的安装底板上，由于交流接触器的线圈通电瞬间通电吸合衔铁动作。

衔铁就会产生加速度冲击接触器底座，冲击力通过底座传导给控制柜安装底板。

通常控制柜底板是通常是由整张大面积的匀质薄钢板制成，收到外力冲击力就会发生共振效应，形成“哐嘡”“哐嘡”的敲鼓声音。

进一步放大和加剧了接触器本事的噪音。

最好噪声和振动会通过建筑物的公共墙体传递到住户卧室。

近年来人们对噪音污染越来越重视，相关的法律和法规不断完善，有些法规如GB12348-90《工业企业厂界噪声校准》和GB/T12349-90《工业企业厂界噪声测量方法》要求夜间以睡眠为主要目的的建筑的噪音在30至35分贝之间，但往往住户的实际感受，也是无法接受这种分贝的噪音的，在特别是安静的夜晚里。

由于接触器本身噪音是由生产厂商设定的要求和接触器自身结构所已经决定的，一般很难改善，所以针对这部分的噪音主要还是以吸收为主，而针对接触器与控制柜底板的共振引发的噪音已隔离噪音源，阻断其传递通道为主要方法。

4. 交流接触器降噪装置设计和开发这种装置的运用对象是电梯控制柜内交流接触器，目的就是为了尽量减少由于交流接触器动作给电梯控制柜和电梯带来的噪音污染，尽可能的避免将这种噪音传递给周边的住户。

出于技术原因和成本的因素，目前还无法完全的杜绝这类噪音，只能选择一种经济性和噪音可耐受性适中的解决方案。

改装置的设计原理，就是当接触器动作发出声音时，利用吸音材料超细玻璃纤维棉吸收掉。

另外接触器动作时发出的振动通过减震装置进行吸收掉，使其不能传递到控制柜底板引起共振效应。

主要结构如下图二所示，其主要组成部分为盖板、金属网孔板、交流接触器、减震装置、外壳等组成。

图二：设计示意图 图三：实际加工实物图片4.1吸声结构4.1.1穿孔板吸音结构穿孔板吸音结构是由装置内侧金属网孔板和夹层中的多孔吸音材料组成。

穿孔板吸音结构说就是在钢板薄板上穿孔，并在其后空腔中加衬多孔吸声材料如超细玻璃纤维棉，可以看成是许多的亥姆霍兹共振器并联。

亥姆霍兹共振器结构如下图三所示。

穿孔板吸声结构的声学共振频率r f （Hz ）可按下式计算：k r D P f l 2c 0⋅=π， （1-1） 式中0C 为声音速度（m/s ）;P 为穿孔率，D 为空腔深度（m ）, k l 为穿孔的有效长度（m ）。

当孔径d(m)大于板厚t(m)时，k l =t+0.8d;当空腔内壁粘贴多孔材料时，k l =t+1.2d 。

图四：亥姆霍兹共振器原理根据上述公式设：网孔板厚度为1.5mm；D空腔深度为30mm;P网孔板穿孔率为20%；孔径d为2.5mm;且孔内壁粘贴多孔材料得l k=4.5mm。

由此可以计算出有效共振频率fr=2050Hz,处于需要吸收的噪声频率123Hz~8KHz的范围内，因此说明此穿孔板吸音结构是有效的。

4.1.2多孔吸音材料此装置中使用的是超细玻璃纤维棉。

多孔吸声材料构造就是材料从表面到里具有很多的微细微孔，具有适当的透气性。

当声音波入射后，就会激发微孔孔内空气振动，空气和固体筋络产生运动，最终使空气的振动不断转化成热能，以此来降低声能，这就是多孔材料的吸声的原理。

其吸声系数曲线如下图五所示图五：超细玻璃纤维棉归一化吸声系数曲线多孔吸声材料特性 1.材料容重（单位体积的重量），增加多孔吸声材料的容重可以提高低频吸声系数，但高频吸声系数有所降低；但容重过大，总的吸声效果又会明显降低。

2.材料厚度，增加吸声材料的厚度使材料吸声系数曲线向低频方向平移，材料厚度每增加一倍，吸声系数曲线峰值大约向低频方向移动一个倍频数。

当吸声层厚度Ｄ给定时，由Fr*D 值可以求出第一共振频率。

对于同一种吸声材料，材料层厚度加倍时，第一共振频率将向低频方向移过一个倍频程。

此装置采用容重为40-50公斤/立方米，厚度为3cm超细玻璃纤维棉。

经查表可的Fr*D≈2.0kHz·cm,其中D=3cm;Fr≈667Hz。

由以上可见此装置的超细玻璃纤维棉做为多孔吸声材料也是合适的。

4.2隔振降噪隔振就是将接触器动作时的的振动和降噪装置的外壳使用弹性或阻尼装置连接，使振源产生的大部分能量由隔振装置吸收。

本装置将接触器安装在由4个弹簧支持的安装支架上，当接触器吸合时，由于衔铁的加速度作用会对弹簧产生一个轴向压力，当接触器释放时则又会对弹簧产生一个轴向拉力。

利用弹簧的弹性和阻尼特性，将接触器传递的能量吸收掉，尽可能少的传递给箱体和电梯控制柜安装底板。

改装置的隔振装置结构示意如下图六所示。

图六：交流接触器隔振装置结构示意图设m 为接触器重量，k 为弹性装置的刚度，c 为弹性装置的阻尼；当振幅为X 0时，它传递到底座上的力有二部分：一部分为通过弹簧传递到箱体上，即弹簧力kX 0,另一部分为阻尼器传到箱体上的力，即阻尼力c ωX 0；传递到箱体上力幅F T 是由上述二力的矢量和 ()()()20202021k ζϖω+=+=kX X c X F T （1-2） ()()222002-1k ζϖϖ+=X F （1-3） 代入式（1-2）得()()()222202-121ζϖϖζϖ++=F F T(1-4）定义力传递率为0F F S T ==刚性支撑传递的力幅幅通过弹性支撑传递的力 由式（1-4）得 ()()()22222-121ζϖϖζϖ++=S (1-5） 当阻尼忽略不计，ζ=0，得 2-11ϖ=S (1-5） 将式（1-5）画成力传递率曲线：图七：力传递率曲线由上图可知在ϖ＞2的区域，S<1，隔离振动才有有可能,在设计时就必需考虑所选弹簧的刚度系数是否合适，使隔振装置发挥作用。

此装置的弹簧刚度系数k=8.9N/cm,接触器的质量为5kg,由此可以计算出传递率S 。

系统刚度为： k e =k ×4=35.6 N/cm=3.56KN/M72.356.3514.322=⨯==e k m πϖ 将72.3=ϖ代入式（1-5）中078.03.72.723-11-112=⨯==ϖS 该装置的力传递率远远小于1，所以该装置的减震弹簧刚度系数选择合适，隔振装置有效。

4.3试验测试通过实际测量结果如下表所示，为使用该降噪装置，直接暴露在外的交流接触器动作时平均分贝可达70分贝，采用改降噪装置后普遍等达到降噪46~49dB 分贝效果显著。

主观感受接触器动作时声音沉闷，比未使用该装置前明显安静很多。

基本达到了设计目的。

结束语通过上述分析和试验验证说明，这套装置在电梯控制柜内确实能起到非常好的降噪效果，是新材料和新技术在电梯降噪措施中很好的运用的一个案例。

通过较低的成本投入和巧妙的结构设计，也能起到很好的降噪效果，因此这套装置是可行有效的，希望能为电梯行业中类似降噪需求提供可用的借鉴。

参 考 文 献[1]GB 7588-2003,电梯制造与安装安全规范.[2]机械振动与噪声学 北京：科学出版社， 2004.[3]振动理论与隔振技术 北京：国防工业出版社， 2004.[4]动力机械振动噪声学 上海：上海交大出版社， 1996.[5]电梯噪音解析 百度文库 ， 2010. /view/3af3d0f3f90f76c661371a23.html。