石 樂 姚國龍 尹 鵬 王路遙 李夢云

1寧夏特種設(shè)備檢驗檢測院 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價標(biāo)準(zhǔn)，電梯乘運質(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\質(zhì)量的數(shù)據(jù)測量造成明顯影響，例如導(dǎo)軌的局部不平整影響X、Y軸的振動加速度、鋼絲繩張力不均或制動器的間隙調(diào)整不合理影響全程Z軸的振動數(shù)據(jù)等等。相反，通過傅里葉變換等數(shù)據(jù)處理方式，分析乘運質(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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24474.1—2020《乘運質(zhì)量測量 第1部分 電梯》（以下簡稱新標(biāo)準(zhǔn)），并于2021年2月1日實施。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)國內(nèi)需求，使得相關(guān)行業(yè)對于乘運質(zhì)量的認(rèn)識和研究有了統(tǒng)一、明確的標(biāo)準(zhǔn)，具有重要的推動作用。

1 電梯乘運質(zhì)量概述

電梯乘運質(zhì)量是乘客乘梯舒適度的綜合評判，是轎廂內(nèi)乘客對轎廂內(nèi)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(zhì)量越好。本文研究的乘運質(zhì)量概念在新標(biāo)準(zhǔn)的概念上有所擴展，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、光照度對乘運質(zhì)量的影響，更加全面具體客觀的描述乘運質(zhì)量。

2 新舊標(biāo)準(zhǔn)的主要變化差異

2.1 刪除術(shù)語中的聲音的定義

舊版的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定聲音為A計權(quán)聲壓級，單位為dB，關(guān)于聲音計權(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)性差異對部分引用文件做出了調(diào)整，包括用符合相關(guān)國際標(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 修改了測量儀器特性引用的標(biāo)準(zhǔn)

在頻率計權(quán)、帶限、時間計權(quán)等性能參數(shù)的測量上，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)將國際標(biāo)準(zhǔn)替換為我國符合相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)的國家標(biāo)準(zhǔn)，使得標(biāo)準(zhǔn)更適應(yīng)中國國情，更有利于在國內(nèi)快速推廣應(yīng)用[1]。

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

根據(jù)電梯乘運質(zhì)量定義可知，影響乘運質(zhì)量的因素首先應(yīng)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(zhì)量，國內(nèi)南北方氣候、溫濕度巨大的差異性以及轎廂內(nèi)光照度對人體感知的影響，為了更加全面準(zhǔn)確的描述電梯乘運質(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、地板的振動、速度、溫濕度及照度等因素對乘運質(zhì)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(guān)規(guī)定

GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》中規(guī)定，電梯在正常運行時不應(yīng)有異常振動或響聲。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(guān)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(jìn)行測量，以及相應(yīng)背景噪聲值。測量過程中應(yīng)關(guān)閉警報、廣播等附屬設(shè)施，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在指定位置測量2種狀態(tài)下最大噪聲值。測量運行中轎廂內(nèi)的噪聲時，應(yīng)在額定速度區(qū)間取值，而不是啟制動時的加速度區(qū)間，這對于后續(xù)根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)研制的電梯乘運質(zhì)量測試儀而言，要通過數(shù)據(jù)分析精準(zhǔn)區(qū)分電梯的運行狀態(tài)，建立噪聲、運行狀態(tài)的時域?qū)?yīng)圖，從而得出所求噪聲值。當(dāng)背景噪聲值與運行時測量噪聲值相差小于等于10dB(A)時，應(yīng)對所測噪聲值進(jìn)行修正，具體方法參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.3 轎廂聲級測量注意事項

許多情況下，噪聲值大小相同的聲音傳導(dǎo)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(quán)重進(jìn)行修正，即所謂的聲音計權(quán)（包括頻率計權(quán)和時間計權(quán)）。頻率計權(quán)和時間計權(quán)都有多種方式，GB/T 24474.1—2020《乘運質(zhì)量測量 第1部分:電梯》規(guī)定，所測乘運質(zhì)量原始數(shù)據(jù)的處理應(yīng)采用A計權(quán)和快速時間計權(quán)。對修正后的噪聲值進(jìn)行聲音計權(quán)等處理后，就可以與標(biāo)準(zhǔn)對照判斷是否符合要求。

測量開關(guān)門的噪聲時，應(yīng)該對每一層站都要進(jìn)行測量，其中開門和關(guān)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(guān)規(guī)定

通常用振動峰峰值來表征轎廂內(nèi)的振動情況，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軸方向上最大振動峰峰值不應(yīng)大于0.30 m/s2，A95振動峰峰值不應(yīng)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(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權(quán)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(nèi)的計權(quán)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(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《乘運質(zhì)量測量 第1部分:電梯》對原始振動數(shù)據(jù)進(jìn)行計權(quán)處理后得到振動加速度。分析3軸振動時域數(shù)據(jù)，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(fù)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(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(qū)域多了一個A95振動峰峰值。關(guān)于恒加速度和變加速度區(qū)域的定義，GB/T 24474.1—2020《乘運質(zhì)量測量 第1部分:電梯》附錄B有詳細(xì)的規(guī)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(tài)下都要進(jìn)行測量，這幾種狀態(tài)下所測結(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，轎廂下行至行程中段時的速度應(yīng)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(yīng)大于1.5 m/s2。電梯額定速度在不同范圍區(qū)間時，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，為0.50 m/s2；當(dāng)速度在區(qū)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(zhì)量測試裝置內(nèi)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(shù)據(jù)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(jìn)行二階10 Hz巴特沃斯低通濾波器濾波處理，去除掉高頻信號后，根據(jù)乘運質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(jù)物理公式對加速度積分可以得到速度，據(jù)此，因已經(jīng)測得了振動加速度，進(jìn)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(dāng)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(jìn)行10 Hz低通濾波，保留有效信號數(shù)據(jù)。對于振動加速度的測量，因為其與乘客的感受相關(guān)，故需對原始信號進(jìn)行低通濾波和計權(quán)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(shù)，故只需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波后計算。

另外，標(biāo)準(zhǔn)還給出了垂直方向上加加速度的計算方式，用于確認(rèn)與乘運質(zhì)量結(jié)果對應(yīng)的運行控制設(shè)置，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并沒有給出其具體的量化要求。加加速度在工業(yè)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(zhì)量時，可以把急動度作為一項參考，當(dāng)該值過大時，可以認(rèn)為電梯乘運質(zhì)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(tài)下都要進(jìn)行測量，幾種狀態(tài)下所測結(jié)果也均應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 轎廂溫濕度因素

機械電氣設(shè)備自身發(fā)熱會影響設(shè)備性能，這就對電梯所在環(huán)境有一定的要求，GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》對電梯運行地點的溫濕度做出了明確的規(guī)定，這是從保護(hù)機器設(shè)備的角度而言，參考環(huán)境條件中規(guī)定，確定轎廂振動計性能的參考環(huán)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(biāo)準(zhǔn)，比起保障機器設(shè)備的安全運行則更加嚴(yán)格，因此轎廂內(nèi)溫濕度至少應(yīng)滿足國標(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℃ ，此時濕度應(yīng)為30%～40%之間；若溫度為 25℃ 時，濕度應(yīng)維持在40%～50%最合適。因為國內(nèi)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(nèi)指標(biāo)作為參考，可以通過測量轎廂全程運行時溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，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，同時也對轎廂內(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 轎廂照度測量及注意事項

同轎廂噪聲測量一樣，轎廂內(nèi)照度也應(yīng)在轎廂全程上下運行時測量，并且每一層層站入口處也應(yīng)測量，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，在滿足國標(biāo)要求的條件下，照度適度增加，乘客觀感更好，乘運質(zhì)量則更好。

4 電梯乘運質(zhì)量的評價體系

4.1 評價前提

評價乘運質(zhì)量，所測得指標(biāo)首先應(yīng)滿足乘運質(zhì)量新國標(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(biāo)關(guān)于轎廂全程上下行的統(tǒng)一時域關(guān)系，這些乘運質(zhì)量指標(biāo)至少應(yīng)包括GB/T 24474.1—2020《乘運質(zhì)量測量 第1部分:電梯》乘運質(zhì)量的評價中所要求的6個方面。將這些指標(biāo)與時間、轎廂位移、樓層一一對應(yīng)，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(fù)雜，很難最大程度提取其有效信息，據(jù)此，需要通過傅里葉變換將其轉(zhuǎn)化為頻域關(guān)系，找出其主要振動頻率和相應(yīng)振幅。為了更加直觀、形象觀察并判斷乘運質(zhì)量，應(yīng)該作出這些關(guān)系的圖形曲線界面，標(biāo)注出信號量的4個計算界限、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)。

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

關(guān)于乘運質(zhì)量的頻域分析，國內(nèi)相關(guān)研究并沒有形成一套具體的關(guān)于頻譜分析與轎廂故障相對應(yīng)量化關(guān)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(dǎo)軌安裝時與導(dǎo)靴間隙調(diào)整不合理會引發(fā)轎廂水平方向的振動；制動器的制動間隙調(diào)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(guān)研究有比較詳細(xì)的論述。

5 總結(jié)

隨著國家對特種設(shè)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(guān)注，電梯乘運質(zhì)量的評價無疑將會變得愈發(fā)重要，并且隨著老舊電梯的日益增多，乘運質(zhì)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(zhì)量新舊標(biāo)準(zhǔn)的變化差異，基于新標(biāo)準(zhǔn)探討了電梯乘運質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求、測量相關(guān)要點及評價指標(biāo)，最后分析并總結(jié)電梯乘運質(zhì)量的評價體系。電梯乘運質(zhì)量的評價還有待進(jìn)一步研究、總結(jié)和完善，需要行業(yè)的共同努力。