背包式電梯乘運質量試驗與分析

馮雙昌 沈文浩

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院 上海 200062）

隨著國民經濟的高速發展和現代化進程的不斷加快，人們對電梯這類垂直交通運輸工具的需求日益增加。雖然我國已經成為全球電梯保有量最多的國家，但電梯仍然不能滿足人們的需求。當前人們對電梯的需求主要集中在3 點：1）既有多層住宅加裝電梯的社會需求巨大；2）老舊電梯升級改造的需求巨大；3）原有電梯運送能力不足與當前巨大人流量的矛盾非常突出。近幾年，國務院工作報告和各地方的工作報告中均提到，鼓勵有條件的住宅加裝電梯，提高生活質量，解決老齡化社會的老人出行難題[1]。并且隨著人們生產生活節奏的加快，按照以往垂直交通流量負荷設計的電梯遠遠不能滿足現代化社會的需求，尤其是辦公樓內電梯早晚高峰運送能力不足的問題非常突出。綜上所述，無論是既有建筑內新電梯的加裝，還是既有建筑內原電梯的升級改造都涉及電梯行業內的一個難點——在既有建筑的有限空間內，如何最大限度地提升電梯的運送能力。

在別墅電梯市場已得到廣泛應用的背包式電梯，因其獨特的結構特點和優勢，可以最大限度地利用井道面積，提升電梯轎廂面積和額定載重量。目前國內已有電梯制造單位將背包式電梯技術從別墅電梯市場推廣應用于辦公樓、居民小區等市場，推出了額定速度、額定載重量和提升高度均與傳統電梯對標的新型背包式電梯。

1 背包式電梯研究現狀

目前常見背包式電梯的額定載重量在1 000 kg 以下，額定速度和提升高度也比較低，在別墅電梯市場非常受歡迎。與傳統意義上的電梯相比，背包式電梯的導軌布置方式有很大的不同。傳統電梯的主導軌布置方式是在轎廂左右兩側分別設置，而背包式電梯的結構打破這一常理，把主導軌與副導軌均置于轎廂的同一側[2]。圖1 所示為背包式電梯結構圖。

圖1 背包式電梯結構

由于背包式電梯將轎廂導軌、對重導軌均布置在轎廂的同一側，不需要同時占用不同側的井道空間，因此轎廂面積就可以設計得盡量大，轎廂壁盡量靠近層門側井道壁和左右兩側井道壁，充分有效地利用井道空間。另外，背包式電梯可以采用2：1 的繞繩方式，不但節能，而且大大降低對頂層和底坑尺寸的要求[3]。在既有建筑內井道空間不允許增大的情況下，選擇背包式電梯能夠充分使用原井道面積，提高轎廂面積和額定載重量。

但是，背包式電梯具有上述優勢的同時，也有天然的劣勢。背包式電梯的布局方式從結構上改變了導軌的受力方向，L 型轎廂架在實際應用中受到很大限制，這些可能都會對電梯的乘運質量產生影響。因此，非常有必要對背包式電梯的乘運質量開展相關試驗與分析。

2 乘運質量試驗

上海市楊浦區某辦公樓內原有2 部規格、型號、井道尺寸完全相同的電梯，額定載重量均為1 000 kg。這2 部電梯投入使用已超25 年，額定載重量只有1 000 kg，不能滿足用戶需求，經常出現排隊乘梯的情況，因此急需進行電梯升級。某電梯制造單位選擇該辦公樓開展示范應用，將2 部電梯全部拆除，一個井道安裝了傳統電梯（見圖2），一個井道安裝了背包式電梯（見圖3）。

圖2 傳統電梯驅動主機

圖3 背包式電梯驅動主機

該傳統電梯的額定載重量仍為1 000 kg，而背包式電梯在不改變原井道結構尺寸情況下更改導軌安裝位置，將導軌后置，增大了轎廂面積，電梯額定載重量由原來的1 000 kg 增加至1 350 kg，增容約35%，大大提升了運送能力[4]。

以該背包式電梯和傳統電梯為樣機，開展了乘運質量試驗。圖4 為現場試驗情況。本次試驗主要針對以下3 個問題開展研究：

圖4 現場試驗情況

1）背包式電梯乘運質量情況。按照GB/T 24474.1—2020《乘運質量測量 第1 部分：電梯》中的測量方法，測量儀器需在電梯空載情況下放置在轎廂中心位置。電梯正常上下運行，記錄電梯振動、加速度、位移、噪音等數據，生成乘運質量報告，并將數據與GB/T 10058—2009《電梯技術條件》中的要求進行比較[5]。

2）背包式電梯在不同載荷下的振動變化情況。試驗中，分別在電梯空載、半載、滿載的情況下，將測量儀器放置在轎廂中心位置處，測量背包式電梯上行和下行的振動變化情況，并與傳統電梯進行比較。

3）背包式電梯在轎廂內不同位置的振動情況。該背包式電梯轎廂導軌安置在后側，采用L 型轎廂架，因此本次試驗選擇了距離轎廂導軌較遠的轎廂門口位置開展空載和滿載情況下的測試，并與轎廂中心位置的振動情況進行比較。

3 試驗結果分析

3.1 背包式電梯乘運質量分析

根據GB/T 24474.1—2020 的要求，振動信號應采用峰峰值評價。電梯行業的經驗也表明，峰峰值的振動評估與乘客的舒適感有特定的關聯。峰峰值是指加速度曲線與零線連續有3 個交點，它們之間的正負極值之差，即為峰峰值。最大振動峰峰值是指在所定義的界限內所有峰峰值的最大值。A95 振動峰峰值是指在所定義界限內95%的峰峰值小于或等于的值。

本次試驗中，使用電梯乘運質量測量儀ATL-370對背包式電梯的乘運質量進行測量，得到振動曲線圖（見圖5）和電梯運行性能檢測報告（見圖6）。分析可知，該背包式電梯的最大水平振動峰峰值為0.084 m/s2，最大垂直振動峰峰值為0.162 m/s2。

圖5 背包式電梯運行振動曲線

圖6 背包式電梯運行性能檢測報告

GB/T 10058—2009 中3.3.5 條也明確了乘客電梯峰峰值的標準：“乘客電梯轎廂運行在恒加速區域內的垂直（z 軸）振動的最大峰峰值不應大于0.30 m/s2，A95 峰峰值不應大于0.20 m/s2；乘客電梯轎廂運行期間水平（x 軸和y 軸）振動的最大峰峰值不應大于0.20 m/s2，A95 峰峰值不應大于0.15 m/s2”。

分析可知，該背包式電梯的最大水平振動峰峰值為國家標準中規定數值的42%，最大垂直振動峰峰值為國家標準中規定數值的54%，均遠小于上限值。可見，該背包式電梯的振動情況符合國家標準的相關要求。

3.2 背包式電梯在不同載荷下的振動分析

在空載、半載、滿載情況下，分別對背包式電梯的轎廂進行振動測試。背包式電梯不同載荷下的振動數據見表1。為便于分析，將表1 中的數據繪制成柱狀圖，如圖7 所示。

表1 背包式電梯不同載荷下的振動數據 m/s2

圖7 背包式電梯不同載荷下的振動柱狀圖

由圖7 可知，背包式電梯y 軸和z 軸最大振動隨著載荷提升而減少，x 軸最大振動隨著載荷增加反而增大。z 軸振動減小的主要原因可能是載荷增大，鋼絲繩受到的拉力也增大，導致鋼絲繩處于更加繃緊的狀態，從而使z 軸的振動減小[6]。y 軸振動減小可能與轎廂內質量增加有關，質量增加導致同樣的力造成的影響變小，從而使y 軸振幅減小。但是，x 軸的振動隨著載荷的增加反而增加。

在空載、半載、滿載情況下，分別對傳統電梯的轎廂進行振動測試。傳統電梯不同載荷下的振動數據見表2。

表2 傳統電梯不同載荷下的振動數據 m/s2

對表2 中的數據進行分析可以發現，傳統電梯y軸最大振動隨著載荷提升而略微提高，x 軸和z 軸最大振動隨著載荷增加反而減小。z 軸最大振動同樣是減小的，與背包式電梯情況一致。但是x 軸和y 軸的振動情況與背包式電梯正好相反。分析認為，出現這種情況可能與導軌安裝的方向有關。電梯在有導軌的方向上，振動會隨著載荷的增大而增大；在與導軌垂直的方向上，振動會隨著載荷的增大而減小。

3.3 各載荷下背包式電梯轎廂門口位置與轎廂中心位置的振動分析

在空載和滿載情況下，分別在背包式電梯轎廂門口位置和轎廂中心位置開展振動測試，并將所得結果進行比較分析。試驗數據見表3。

表3 背包式電梯轎廂門口位置和轎廂中心位置在不同載荷下的振動情況

背包式電梯的導軌設置于轎廂后側，轎廂門口位置和轎廂中心位置相比，轎廂門口位置距離導軌較遠，感覺該處的振動會更大。但是，對表3 進行分析可知，無論是空載情況還是滿載情況，轎廂門口位置和轎廂中心位置的最大垂直振動值沒有明顯差異。試驗結果與我們的直覺并不一致。究其原因可能是背包式電梯在上下運行過程中，導軌并未對轎廂產生z 軸方向上的卡阻。

4 結論

背包式電梯作為一種逐漸在辦公樓、居民小區推廣應用的新型電梯，在既有建筑不變的情況下能夠大大提升電梯的運送能力。針對背包式電梯的乘運質量開展系列試驗，分析了背包式電梯在不同工況下運行的最大加減速度、A95 加減速度、最大速度、V95 速度、最大加加速度、運行距離等，結果表明背包式電梯的乘運質量完全符合國家標準的相關要求，對其推廣應用具有指導意義。