基于電梯乘運質量標準的要點探析*

石 樂 姚國龍 尹 鵬 王路遙 李夢云

1寧夏特種設備檢驗檢測院 銀川 750000 2寧夏醫科大學 銀川 750000

0 引言

作為電梯安全舒適性的評價標準，電梯乘運質量是電梯內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對電梯乘運質量的數據測量造成明顯影響，例如導軌的局部不平整影響X、Y軸的振動加速度、鋼絲繩張力不均或制動器的間隙調整不合理影響全程Z軸的振動數據等等。相反，通過傅里葉變換等數據處理方式，分析乘運質量數據，結合相關標準規定，也能判斷出電梯故障或推斷出大致的故障類型，對于故障的快速識別及排除具有重要的意義。2020年7月21日，國家推出新的電梯乘運質量標準GB/T 24474.1—2020《乘運質量測量 第1部分 電梯》（以下簡稱新標準），并于2021年2月1日實施。新標準更改了部分定義，替換了部分引用標準，標準更加適應國內需求，使得相關行業對于乘運質量的認識和研究有了統一、明確的標準，具有重要的推動作用。

1 電梯乘運質量概述

電梯乘運質量是乘客乘梯舒適度的綜合評判，是轎廂內乘客對轎廂內聲音和振動的整體體驗感，乘客乘坐電梯感覺越舒適，說明電梯乘運質量越好。本文研究的乘運質量概念在新標準的概念上有所擴展，即除標準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、光照度對乘運質量的影響，更加全面具體客觀的描述乘運質量。

2 新舊標準的主要變化差異

2.1 刪除術語中的聲音的定義

舊版的標準中規定聲音為A計權聲壓級，單位為dB，關于聲音計權方式有多種，出于嚴謹考慮，新標準中刪除了該定義[1]。

2.2 更新規范性引用文件

新標準為了適應我國當前特種設備相關技術條件，根據技術性差異對部分引用文件做出了調整，包括用符合相關國際標準規范的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 修改了測量儀器特性引用的標準

在頻率計權、帶限、時間計權等性能參數的測量上，舊標準依據ISO 8041—2005和GB/T 3785—1983，而新標準改為依據GB/T 23716—2009和GB/T 3785.1—2010[1]。

2.4 替換了參考文獻標準

新標準將國際標準替換為我國符合相應國際標準的國家標準，使得標準更適應中國國情，更有利于在國內快速推廣應用[1]。

3 影響電梯乘運質量的相關因素及標準要求

根據電梯乘運質量定義可知，影響乘運質量的因素首先應包括轎廂聲級和地板的振動，考慮到電梯運行速度也會影響乘運質量，國內南北方氣候、溫濕度巨大的差異性以及轎廂內光照度對人體感知的影響，為了更加全面準確的描述電梯乘運質量，本節將結合其他相關標準綜合分析轎廂聲級、地板的振動、速度、溫濕度及照度等因素對乘運質量的影響及測量注意事項。

3.1 轎廂聲級因素

3.1.1 轎廂聲級相關規定

GB/T 10058—2009《電梯技術條件》中規定，電梯在正常運行時不應有異常振動或響聲。電梯聲壓值應符合規定，如表1所示[2]。

3.1.2 轎廂聲級測量

轎廂的聲源主要來自2個方面，一個是啟制動時的開關門過程，另一個是電梯運行過程中轎廂里的噪聲，測量電梯噪聲時，這2個方面都要進行測量，以及相應背景噪聲值。測量過程中應關閉警報、廣播等附屬設施，應按照標準規定在指定位置測量2種狀態下最大噪聲值。測量運行中轎廂內的噪聲時，應在額定速度區間取值，而不是啟制動時的加速度區間，這對于后續根據新標準研制的電梯乘運質量測試儀而言，要通過數據分析精準區分電梯的運行狀態，建立噪聲、運行狀態的時域對應圖，從而得出所求噪聲值。當背景噪聲值與運行時測量噪聲值相差小于等于10dB(A)時，應對所測噪聲值進行修正，具體方法參考相關標準。

3.1.3 轎廂聲級測量注意事項

許多情況下，噪聲值大小相同的聲音傳導到人耳時，人的感受是不相同的，這是因為這些聲源的頻率和聲壓波動快慢不同。因此對于測量到的聲壓值，需要賦值權重進行修正，即所謂的聲音計權（包括頻率計權和時間計權）。頻率計權和時間計權都有多種方式，GB/T 24474.1—2020《乘運質量測量 第1部分:電梯》規定，所測乘運質量原始數據的處理應采用A計權和快速時間計權。對修正后的噪聲值進行聲音計權等處理后，就可以與標準對照判斷是否符合要求。

測量開關門的噪聲時，應該對每一層站都要進行測量，其中開門和關門噪聲也要分別測量。

3.2 轎廂振動因素

3.2.1 轎廂振動相關規定

通常用振動峰峰值來表征轎廂內的振動情況，GB/T 10058—2009《電梯技術條件》中規定，在恒加速度區域，乘客電梯Z軸方向上最大振動峰峰值不應大于0.30 m/s2，A95振動峰峰值不應大于0.20 m/s2；乘客電梯運行時，X、Y軸方向上最大振動峰峰值不應大于0.20 m/s2，A95峰峰值不應大于0.15 m/s2。需要注意的是，此處要求的峰峰值是計權的時域振動曲線上取的值而不是頻域曲線圖。

3.2.2 轎廂振動值測量原理

振動峰峰值是由時域內的計權加速度信號來確定的，首先通過加速度傳感器采集X、Y、Z 3軸振動加速度原始信號，經角度修正后，保存至加速度原始鏈表中，根據GB/T 24474.1—2020《乘運質量測量 第1部分:電梯》對原始振動數據進行計權處理后得到振動加速度。分析3軸振動時域數據，因為振動在每個軸上有方向，依次找出相鄰3個零點之間的最大正、負信號值，將其絕對值依次相加，便得到各個時段的峰峰值。找出其中最大值為最大峰峰值，進而可以依據標準定義找到A95峰峰值。

3.2.3 轎廂振動值測量注意事項

對于Z軸，在乘客電梯恒加速、變加速運行時，振動測量值計算有所不同，恒加速區域多了一個A95振動峰峰值。關于恒加速度和變加速度區域的定義，GB/T 24474.1—2020《乘運質量測量 第1部分:電梯》附錄B有詳細的規定。

振動加速度要在轎廂輕載和額載及全程上下行4種狀態下都要進行測量，這幾種狀態下所測結果均應符合標準要求。

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規定

GB/T 10058—2009《電梯技術條件》中規定，電梯載荷為0.50v額時，轎廂下行至行程中段時的速度應滿足：0.92v額≤v≤1.05v額。電梯啟動和制停時加速度不宜過大，至少不應大于1.5 m/s2。電梯額定速度在不同范圍區間時，A95加減速度有最低要求。當速度在區間[1.0 m/s2，2.0 m/s2]上時，為0.50 m/s2；當速度在區間[2.0 m/s2，6.0 m/s2]上時為 0.7 m/s2。

3.3.2 轎廂速度及加速度測量原理

乘運質量測試裝置內置振動加速度傳感器，其只能采集原始振動加速度信號，速度及加速度需要通過數據處理計算得到。振動信號傳感器采集到原始振動信號后，先對修正后的原始Z軸加速度信號進行二階10 Hz巴特沃斯低通濾波器濾波處理，去除掉高頻信號后，根據乘運質量標準計算方法就可以計算出Z軸最大加減速度及A95加減速度。

根據物理公式對加速度積分可以得到速度，據此，因已經測得了振動加速度，進而可以得到Z軸方向上轎廂運行速度、最大速度及V95速度。

3.3.3 轎廂速度及加速度測量注意事項

任何物體都有固有的振動頻率，人體也一樣，當在特定方向上的振動頻率和人體組織相同時，人就會感到不舒服。一般而言，在Z軸方向上，人體對10 Hz及以下的振動較為敏感，存在2個典型的共振頻率。因此，在測量得到原始振動加速度后需要進行10 Hz低通濾波，保留有效信號數據。對于振動加速度的測量，因為其與乘客的感受相關，故需對原始信號進行低通濾波和計權處理。但是，對于Z軸加減速度和速度的測量，因為其表征轎廂客觀運行參數，故只需要對原始數據進行低通濾波后計算。

另外，標準還給出了垂直方向上加加速度的計算方式，用于確認與乘運質量結果對應的運行控制設置，但相關標準并沒有給出其具體的量化要求。加加速度在工業上被用來評價人體的舒適度，其值越小，人體感覺越舒適。對于乘客電梯而言，水平方向的急動度可以忽略不計，故主要考慮垂直方向。在評價乘客電梯的乘運質量時，可以把急動度作為一項參考，當該值過大時，可以認為電梯乘運質量不佳。

同振動加速度一樣，速度及加速度也要在轎廂輕載和額載及全程上下行4種狀態下都要進行測量，幾種狀態下所測結果也均應符合標準要求。

3.4 轎廂溫濕度因素

機械電氣設備自身發熱會影響設備性能，這就對電梯所在環境有一定的要求，GB/T 10058—2009《電梯技術條件》對電梯運行地點的溫濕度做出了明確的規定，這是從保護機器設備的角度而言，參考環境條件中規定，確定轎廂振動計性能的參考環境條件為空氣溫度為23℃，相對濕度為50%。對于轎廂，以人體舒適度為評價標準，比起保障機器設備的安全運行則更加嚴格，因此轎廂內溫濕度至少應滿足國標要求。相關研究也指出，適宜人體最合適的室內溫度為 18℃ ，此時濕度應為30%～40%之間；若溫度為 25℃ 時，濕度應維持在40%～50%最合適。因為國內南北方溫度差異較大，北方干燥，溫度較低，而南方濕潤且溫度高，對于轎廂的舒適度可以室內指標作為參考，可以通過測量轎廂全程運行時溫濕度數據進行對比分析，偏差較大則不適宜。

另外，轎廂通風情況影響轎廂內空氣質量，進而影響乘客感受，但GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規范》規定了轎廂必須設置通風孔，并且對其有效面積作出了明確規定。一般而言，滿足這樣條件的轎廂通風質量良好，故本文不再探討轎廂通風的影響。

3.5 轎廂照度因素

3.5.1 轎廂照度相關規定

基于故障情況下能夠保證使用人員能夠看清轎廂內區域的考慮，GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規范》規定，層門附近地面上的照度不應小于50 lx，同時也對轎廂內控制裝置和地板上光照度做出規定規定，其值宜不小于50 lx。

3.5.2 轎廂照度測量及注意事項

同轎廂噪聲測量一樣，轎廂內照度也應在轎廂全程上下運行時測量，并且每一層層站入口處也應測量，最后綜合分析。

50 lx只是出于安全考慮的最低標準，本文探討乘客舒適度，在滿足國標要求的條件下，照度適度增加，乘客觀感更好，乘運質量則更好。

4 電梯乘運質量的評價體系

4.1 評價前提

評價乘運質量，所測得指標首先應滿足乘運質量新國標GB/T 24474.1—2020及其他相應標準規范關于指標測量方法及量化的要求。

4.2 評價方法

建立所有乘運測量指標關于轎廂全程上下行的統一時域關系，這些乘運質量指標至少應包括GB/T 24474.1—2020《乘運質量測量 第1部分:電梯》乘運質量的評價中所要求的6個方面。將這些指標與時間、轎廂位移、樓層一一對應，便于快速故障定位和分析。原始測量時域振動信號看起來很復雜，很難最大程度提取其有效信息，據此，需要通過傅里葉變換將其轉化為頻域關系，找出其主要振動頻率和相應振幅。為了更加直觀、形象觀察并判斷乘運質量，應該作出這些關系的圖形曲線界面，標注出信號量的4個計算界限、最值、峰峰值、位移等典型指標，并在曲線圖上作出標準界定范圍，便于判斷是否滿足標準。

對于本文討論的某些指標，如溫濕度及光照度對乘運質量的影響，GB/T 24474.1—2020《乘運質量測量 第1部分:電梯》并沒有涉及，參考其他相關標準及研究，本文認為有必要在做乘運質量的評價時作為參考，更有利于得到客觀的評價結果。

關于乘運質量的頻域分析，國內相關研究并沒有形成一套具體的關于頻譜分析與轎廂故障相對應量化關系。目前只是可以做定性方面的分析和推測，大致判斷故障類型。例如，導軌安裝時與導靴間隙調整不合理會引發轎廂水平方向的振動；制動器的制動間隙調整不合理會引起轎廂垂直方向上的振動。通過振動頻譜分析X、Y、Z軸的振動形式，就可推斷出大致故障類型，相關研究有比較詳細的論述。

5 總結

隨著國家對特種設備安全重視程度的不斷提高及人們對電梯安全性、舒適性的不斷關注，電梯乘運質量的評價無疑將會變得愈發重要，并且隨著老舊電梯的日益增多，乘運質量的評價也必將成為電梯評估的重要方法。本文探討了乘運質量新舊標準的變化差異，基于新標準探討了電梯乘運質量標準要求、測量相關要點及評價指標，最后分析并總結電梯乘運質量的評價體系。電梯乘運質量的評價還有待進一步研究、總結和完善，需要行業的共同努力。