基于電梯乘運(yùn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要點(diǎn)探析*

石 樂(lè) 姚國(guó)龍 尹 鵬 王路遙 李夢(mèng)云

1寧夏特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院 銀川 750000 2寧夏醫(yī)科大學(xué) 銀川 750000

0 引言

作為電梯安全舒適性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，電梯乘運(yùn)質(zhì)量是電梯內(nèi)部的各種故障及不安全因素的綜合表征，許多電梯故障都能夠?qū)﹄娞莩诉\(yùn)質(zhì)量的數(shù)據(jù)測(cè)量造成明顯影響，例如導(dǎo)軌的局部不平整影響X、Y軸的振動(dòng)加速度、鋼絲繩張力不均或制動(dòng)器的間隙調(diào)整不合理影響全程Z軸的振動(dòng)數(shù)據(jù)等等。相反，通過(guò)傅里葉變換等數(shù)據(jù)處理方式，分析乘運(yùn)質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，也能判斷出電梯故障或推斷出大致的故障類型，對(duì)于故障的快速識(shí)別及排除具有重要的意義。2020年7月21日，國(guó)家推出新的電梯乘運(yùn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24474.1—2020《乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量 第1部分 電梯》（以下簡(jiǎn)稱新標(biāo)準(zhǔn)），并于2021年2月1日實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)更改了部分定義，替換了部分引用標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)更加適應(yīng)國(guó)內(nèi)需求，使得相關(guān)行業(yè)對(duì)于乘運(yùn)質(zhì)量的認(rèn)識(shí)和研究有了統(tǒng)一、明確的標(biāo)準(zhǔn)，具有重要的推動(dòng)作用。

1 電梯乘運(yùn)質(zhì)量概述

電梯乘運(yùn)質(zhì)量是乘客乘梯舒適度的綜合評(píng)判，是轎廂內(nèi)乘客對(duì)轎廂內(nèi)聲音和振動(dòng)的整體體驗(yàn)感，乘客乘坐電梯感覺(jué)越舒適，說(shuō)明電梯乘運(yùn)質(zhì)量越好。本文研究的乘運(yùn)質(zhì)量概念在新標(biāo)準(zhǔn)的概念上有所擴(kuò)展，即除標(biāo)準(zhǔn)中所涉及的能夠影響乘客安全舒適性的因素之外，還討論了溫濕度、光照度對(duì)乘運(yùn)質(zhì)量的影響，更加全面具體客觀的描述乘運(yùn)質(zhì)量。

2 新舊標(biāo)準(zhǔn)的主要變化差異

2.1 刪除術(shù)語(yǔ)中的聲音的定義

舊版的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定聲音為A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，單位為dB，關(guān)于聲音計(jì)權(quán)方式有多種，出于嚴(yán)謹(jǐn)考慮，新標(biāo)準(zhǔn)中刪除了該定義[1]。

2.2 更新規(guī)范性引用文件

新標(biāo)準(zhǔn)為了適應(yīng)我國(guó)當(dāng)前特種設(shè)備相關(guān)技術(shù)條件，根據(jù)技術(shù)性差異對(duì)部分引用文件做出了調(diào)整，包括用符合相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的GB/T 2298—2010、GB/T 3785.1—2010、GB/T 3785.2—2010、GB/T 15619—2005、GB/T 23716—2009、GB/T 27418—2017分 別 代替 ISO 2041：2018、IEC 61672-1—2013、IEC 61672-2—2013、ISO 5805—1997、ISO 8041—2005、ISO/IEC Guide 98-3—2008 等[1]。

2.3 修改了測(cè)量?jī)x器特性引用的標(biāo)準(zhǔn)

在頻率計(jì)權(quán)、帶限、時(shí)間計(jì)權(quán)等性能參數(shù)的測(cè)量上，舊標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)ISO 8041—2005和GB/T 3785—1983，而新標(biāo)準(zhǔn)改為依據(jù)GB/T 23716—2009和GB/T 3785.1—2010[1]。

2.4 替換了參考文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)

新標(biāo)準(zhǔn)將國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)替換為我國(guó)符合相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，使得標(biāo)準(zhǔn)更適應(yīng)中國(guó)國(guó)情，更有利于在國(guó)內(nèi)快速推廣應(yīng)用[1]。

3 影響電梯乘運(yùn)質(zhì)量的相關(guān)因素及標(biāo)準(zhǔn)要求

根據(jù)電梯乘運(yùn)質(zhì)量定義可知，影響乘運(yùn)質(zhì)量的因素首先應(yīng)包括轎廂聲級(jí)和地板的振動(dòng)，考慮到電梯運(yùn)行速度也會(huì)影響乘運(yùn)質(zhì)量，國(guó)內(nèi)南北方氣候、溫濕度巨大的差異性以及轎廂內(nèi)光照度對(duì)人體感知的影響，為了更加全面準(zhǔn)確的描述電梯乘運(yùn)質(zhì)量，本節(jié)將結(jié)合其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)綜合分析轎廂聲級(jí)、地板的振動(dòng)、速度、溫濕度及照度等因素對(duì)乘運(yùn)質(zhì)量的影響及測(cè)量注意事項(xiàng)。

3.1 轎廂聲級(jí)因素

3.1.1 轎廂聲級(jí)相關(guān)規(guī)定

GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》中規(guī)定，電梯在正常運(yùn)行時(shí)不應(yīng)有異常振動(dòng)或響聲。電梯聲壓值應(yīng)符合規(guī)定，如表1所示[2]。

3.1.2 轎廂聲級(jí)測(cè)量

轎廂的聲源主要來(lái)自2個(gè)方面，一個(gè)是啟制動(dòng)時(shí)的開(kāi)關(guān)門過(guò)程，另一個(gè)是電梯運(yùn)行過(guò)程中轎廂里的噪聲，測(cè)量電梯噪聲時(shí)，這2個(gè)方面都要進(jìn)行測(cè)量，以及相應(yīng)背景噪聲值。測(cè)量過(guò)程中應(yīng)關(guān)閉警報(bào)、廣播等附屬設(shè)施，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在指定位置測(cè)量2種狀態(tài)下最大噪聲值。測(cè)量運(yùn)行中轎廂內(nèi)的噪聲時(shí)，應(yīng)在額定速度區(qū)間取值，而不是啟制動(dòng)時(shí)的加速度區(qū)間，這對(duì)于后續(xù)根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)研制的電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)試儀而言，要通過(guò)數(shù)據(jù)分析精準(zhǔn)區(qū)分電梯的運(yùn)行狀態(tài)，建立噪聲、運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)域?qū)?yīng)圖，從而得出所求噪聲值。當(dāng)背景噪聲值與運(yùn)行時(shí)測(cè)量噪聲值相差小于等于10dB(A)時(shí)，應(yīng)對(duì)所測(cè)噪聲值進(jìn)行修正，具體方法參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.3 轎廂聲級(jí)測(cè)量注意事項(xiàng)

許多情況下，噪聲值大小相同的聲音傳導(dǎo)到人耳時(shí)，人的感受是不相同的，這是因?yàn)檫@些聲源的頻率和聲壓波動(dòng)快慢不同。因此對(duì)于測(cè)量到的聲壓值，需要賦值權(quán)重進(jìn)行修正，即所謂的聲音計(jì)權(quán)（包括頻率計(jì)權(quán)和時(shí)間計(jì)權(quán)）。頻率計(jì)權(quán)和時(shí)間計(jì)權(quán)都有多種方式，GB/T 24474.1—2020《乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量 第1部分:電梯》規(guī)定，所測(cè)乘運(yùn)質(zhì)量原始數(shù)據(jù)的處理應(yīng)采用A計(jì)權(quán)和快速時(shí)間計(jì)權(quán)。對(duì)修正后的噪聲值進(jìn)行聲音計(jì)權(quán)等處理后，就可以與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照判斷是否符合要求。

測(cè)量開(kāi)關(guān)門的噪聲時(shí)，應(yīng)該對(duì)每一層站都要進(jìn)行測(cè)量，其中開(kāi)門和關(guān)門噪聲也要分別測(cè)量。

3.2 轎廂振動(dòng)因素

3.2.1 轎廂振動(dòng)相關(guān)規(guī)定

通常用振動(dòng)峰峰值來(lái)表征轎廂內(nèi)的振動(dòng)情況，GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》中規(guī)定，在恒加速度區(qū)域，乘客電梯Z軸方向上最大振動(dòng)峰峰值不應(yīng)大于0.30 m/s2，A95振動(dòng)峰峰值不應(yīng)大于0.20 m/s2；乘客電梯運(yùn)行時(shí)，X、Y軸方向上最大振動(dòng)峰峰值不應(yīng)大于0.20 m/s2，A95峰峰值不應(yīng)大于0.15 m/s2。需要注意的是，此處要求的峰峰值是計(jì)權(quán)的時(shí)域振動(dòng)曲線上取的值而不是頻域曲線圖。

3.2.2 轎廂振動(dòng)值測(cè)量原理

振動(dòng)峰峰值是由時(shí)域內(nèi)的計(jì)權(quán)加速度信號(hào)來(lái)確定的，首先通過(guò)加速度傳感器采集X、Y、Z 3軸振動(dòng)加速度原始信號(hào)，經(jīng)角度修正后，保存至加速度原始鏈表中，根據(jù)GB/T 24474.1—2020《乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量 第1部分:電梯》對(duì)原始振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)權(quán)處理后得到振動(dòng)加速度。分析3軸振動(dòng)時(shí)域數(shù)據(jù)，因?yàn)檎駝?dòng)在每個(gè)軸上有方向，依次找出相鄰3個(gè)零點(diǎn)之間的最大正、負(fù)信號(hào)值，將其絕對(duì)值依次相加，便得到各個(gè)時(shí)段的峰峰值。找出其中最大值為最大峰峰值，進(jìn)而可以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定義找到A95峰峰值。

3.2.3 轎廂振動(dòng)值測(cè)量注意事項(xiàng)

對(duì)于Z軸，在乘客電梯恒加速、變加速運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)測(cè)量值計(jì)算有所不同，恒加速區(qū)域多了一個(gè)A95振動(dòng)峰峰值。關(guān)于恒加速度和變加速度區(qū)域的定義，GB/T 24474.1—2020《乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量 第1部分:電梯》附錄B有詳細(xì)的規(guī)定。

振動(dòng)加速度要在轎廂輕載和額載及全程上下行4種狀態(tài)下都要進(jìn)行測(cè)量，這幾種狀態(tài)下所測(cè)結(jié)果均應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 轎廂速度及加速度因素

3.3.1 轎廂速度及加速度相關(guān)規(guī)定

GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》中規(guī)定，電梯載荷為0.50v額時(shí)，轎廂下行至行程中段時(shí)的速度應(yīng)滿足：0.92v額≤v≤1.05v額。電梯啟動(dòng)和制停時(shí)加速度不宜過(guò)大，至少不應(yīng)大于1.5 m/s2。電梯額定速度在不同范圍區(qū)間時(shí)，A95加減速度有最低要求。當(dāng)速度在區(qū)間[1.0 m/s2，2.0 m/s2]上時(shí)，為0.50 m/s2；當(dāng)速度在區(qū)間[2.0 m/s2，6.0 m/s2]上時(shí)為 0.7 m/s2。

3.3.2 轎廂速度及加速度測(cè)量原理

乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)試裝置內(nèi)置振動(dòng)加速度傳感器，其只能采集原始振動(dòng)加速度信號(hào)，速度及加速度需要通過(guò)數(shù)據(jù)處理計(jì)算得到。振動(dòng)信號(hào)傳感器采集到原始振動(dòng)信號(hào)后，先對(duì)修正后的原始Z軸加速度信號(hào)進(jìn)行二階10 Hz巴特沃斯低通濾波器濾波處理，去除掉高頻信號(hào)后，根據(jù)乘運(yùn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法就可以計(jì)算出Z軸最大加減速度及A95加減速度。

根據(jù)物理公式對(duì)加速度積分可以得到速度，據(jù)此，因已經(jīng)測(cè)得了振動(dòng)加速度，進(jìn)而可以得到Z軸方向上轎廂運(yùn)行速度、最大速度及V95速度。

3.3.3 轎廂速度及加速度測(cè)量注意事項(xiàng)

任何物體都有固有的振動(dòng)頻率，人體也一樣，當(dāng)在特定方向上的振動(dòng)頻率和人體組織相同時(shí)，人就會(huì)感到不舒服。一般而言，在Z軸方向上，人體對(duì)10 Hz及以下的振動(dòng)較為敏感，存在2個(gè)典型的共振頻率。因此，在測(cè)量得到原始振動(dòng)加速度后需要進(jìn)行10 Hz低通濾波，保留有效信號(hào)數(shù)據(jù)。對(duì)于振動(dòng)加速度的測(cè)量，因?yàn)槠渑c乘客的感受相關(guān)，故需對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行低通濾波和計(jì)權(quán)處理。但是，對(duì)于Z軸加減速度和速度的測(cè)量，因?yàn)槠浔碚鬓I廂客觀運(yùn)行參數(shù)，故只需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波后計(jì)算。

另外，標(biāo)準(zhǔn)還給出了垂直方向上加加速度的計(jì)算方式，用于確認(rèn)與乘運(yùn)質(zhì)量結(jié)果對(duì)應(yīng)的運(yùn)行控制設(shè)置，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有給出其具體的量化要求。加加速度在工業(yè)上被用來(lái)評(píng)價(jià)人體的舒適度，其值越小，人體感覺(jué)越舒適。對(duì)于乘客電梯而言，水平方向的急動(dòng)度可以忽略不計(jì)，故主要考慮垂直方向。在評(píng)價(jià)乘客電梯的乘運(yùn)質(zhì)量時(shí)，可以把急動(dòng)度作為一項(xiàng)參考，當(dāng)該值過(guò)大時(shí)，可以認(rèn)為電梯乘運(yùn)質(zhì)量不佳。

同振動(dòng)加速度一樣，速度及加速度也要在轎廂輕載和額載及全程上下行4種狀態(tài)下都要進(jìn)行測(cè)量，幾種狀態(tài)下所測(cè)結(jié)果也均應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 轎廂溫濕度因素

機(jī)械電氣設(shè)備自身發(fā)熱會(huì)影響設(shè)備性能，這就對(duì)電梯所在環(huán)境有一定的要求，GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》對(duì)電梯運(yùn)行地點(diǎn)的溫濕度做出了明確的規(guī)定，這是從保護(hù)機(jī)器設(shè)備的角度而言，參考環(huán)境條件中規(guī)定，確定轎廂振動(dòng)計(jì)性能的參考環(huán)境條件為空氣溫度為23℃，相對(duì)濕度為50%。對(duì)于轎廂，以人體舒適度為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，比起保障機(jī)器設(shè)備的安全運(yùn)行則更加嚴(yán)格，因此轎廂內(nèi)溫濕度至少應(yīng)滿足國(guó)標(biāo)要求。相關(guān)研究也指出，適宜人體最合適的室內(nèi)溫度為 18℃ ，此時(shí)濕度應(yīng)為30%～40%之間；若溫度為 25℃ 時(shí)，濕度應(yīng)維持在40%～50%最合適。因?yàn)閲?guó)內(nèi)南北方溫度差異較大，北方干燥，溫度較低，而南方濕潤(rùn)且溫度高，對(duì)于轎廂的舒適度可以室內(nèi)指標(biāo)作為參考，可以通過(guò)測(cè)量轎廂全程運(yùn)行時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，偏差較大則不適宜。

另外，轎廂通風(fēng)情況影響轎廂內(nèi)空氣質(zhì)量，進(jìn)而影響乘客感受，但GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》規(guī)定了轎廂必須設(shè)置通風(fēng)孔，并且對(duì)其有效面積作出了明確規(guī)定。一般而言，滿足這樣條件的轎廂通風(fēng)質(zhì)量良好，故本文不再探討轎廂通風(fēng)的影響。

3.5 轎廂照度因素

3.5.1 轎廂照度相關(guān)規(guī)定

基于故障情況下能夠保證使用人員能夠看清轎廂內(nèi)區(qū)域的考慮，GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》規(guī)定，層門附近地面上的照度不應(yīng)小于50 lx，同時(shí)也對(duì)轎廂內(nèi)控制裝置和地板上光照度做出規(guī)定規(guī)定，其值宜不小于50 lx。

3.5.2 轎廂照度測(cè)量及注意事項(xiàng)

同轎廂噪聲測(cè)量一樣，轎廂內(nèi)照度也應(yīng)在轎廂全程上下運(yùn)行時(shí)測(cè)量，并且每一層層站入口處也應(yīng)測(cè)量，最后綜合分析。

50 lx只是出于安全考慮的最低標(biāo)準(zhǔn)，本文探討乘客舒適度，在滿足國(guó)標(biāo)要求的條件下，照度適度增加，乘客觀感更好，乘運(yùn)質(zhì)量則更好。

4 電梯乘運(yùn)質(zhì)量的評(píng)價(jià)體系

4.1 評(píng)價(jià)前提

評(píng)價(jià)乘運(yùn)質(zhì)量，所測(cè)得指標(biāo)首先應(yīng)滿足乘運(yùn)質(zhì)量新國(guó)標(biāo)GB/T 24474.1—2020及其他相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范關(guān)于指標(biāo)測(cè)量方法及量化的要求。

4.2 評(píng)價(jià)方法

建立所有乘運(yùn)測(cè)量指標(biāo)關(guān)于轎廂全程上下行的統(tǒng)一時(shí)域關(guān)系，這些乘運(yùn)質(zhì)量指標(biāo)至少應(yīng)包括GB/T 24474.1—2020《乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量 第1部分:電梯》乘運(yùn)質(zhì)量的評(píng)價(jià)中所要求的6個(gè)方面。將這些指標(biāo)與時(shí)間、轎廂位移、樓層一一對(duì)應(yīng)，便于快速故障定位和分析。原始測(cè)量時(shí)域振動(dòng)信號(hào)看起來(lái)很復(fù)雜，很難最大程度提取其有效信息，據(jù)此，需要通過(guò)傅里葉變換將其轉(zhuǎn)化為頻域關(guān)系，找出其主要振動(dòng)頻率和相應(yīng)振幅。為了更加直觀、形象觀察并判斷乘運(yùn)質(zhì)量，應(yīng)該作出這些關(guān)系的圖形曲線界面，標(biāo)注出信號(hào)量的4個(gè)計(jì)算界限、最值、峰峰值、位移等典型指標(biāo)，并在曲線圖上作出標(biāo)準(zhǔn)界定范圍，便于判斷是否滿足標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于本文討論的某些指標(biāo)，如溫濕度及光照度對(duì)乘運(yùn)質(zhì)量的影響，GB/T 24474.1—2020《乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量 第1部分:電梯》并沒(méi)有涉及，參考其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及研究，本文認(rèn)為有必要在做乘運(yùn)質(zhì)量的評(píng)價(jià)時(shí)作為參考，更有利于得到客觀的評(píng)價(jià)結(jié)果。

關(guān)于乘運(yùn)質(zhì)量的頻域分析，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究并沒(méi)有形成一套具體的關(guān)于頻譜分析與轎廂故障相對(duì)應(yīng)量化關(guān)系。目前只是可以做定性方面的分析和推測(cè)，大致判斷故障類型。例如，導(dǎo)軌安裝時(shí)與導(dǎo)靴間隙調(diào)整不合理會(huì)引發(fā)轎廂水平方向的振動(dòng)；制動(dòng)器的制動(dòng)間隙調(diào)整不合理會(huì)引起轎廂垂直方向上的振動(dòng)。通過(guò)振動(dòng)頻譜分析X、Y、Z軸的振動(dòng)形式，就可推斷出大致故障類型，相關(guān)研究有比較詳細(xì)的論述。

5 總結(jié)

隨著國(guó)家對(duì)特種設(shè)備安全重視程度的不斷提高及人們對(duì)電梯安全性、舒適性的不斷關(guān)注，電梯乘運(yùn)質(zhì)量的評(píng)價(jià)無(wú)疑將會(huì)變得愈發(fā)重要，并且隨著老舊電梯的日益增多，乘運(yùn)質(zhì)量的評(píng)價(jià)也必將成為電梯評(píng)估的重要方法。本文探討了乘運(yùn)質(zhì)量新舊標(biāo)準(zhǔn)的變化差異，基于新標(biāo)準(zhǔn)探討了電梯乘運(yùn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求、測(cè)量相關(guān)要點(diǎn)及評(píng)價(jià)指標(biāo)，最后分析并總結(jié)電梯乘運(yùn)質(zhì)量的評(píng)價(jià)體系。電梯乘運(yùn)質(zhì)量的評(píng)價(jià)還有待進(jìn)一步研究、總結(jié)和完善，需要行業(yè)的共同努力。