趙世軍

(山西省檢驗檢測中心 山西太原 030012)

隨著我國經濟社會的高度發(fā)展，電梯作為一種方便、快捷的乘用工具，已廣泛應用于各種建筑、空間等場所，為人們的工作、生活、生產活動提供了非常舒適、便捷的服務，全球電梯專業(yè)技術人員都在倡導安全、節(jié)能、智能化的本質安全理念[1]。截至2021年底，全國電梯總保有量已達879.98 萬臺，如何保障電梯的安全運行和使用，是擺在電梯安全保障部門面前的難題。隨著電梯數(shù)量的大量增多，傳統(tǒng)的電梯載荷試驗手段存在的固有問題越來越凸顯，已經極大地限制了電梯檢驗檢測行業(yè)的發(fā)展，影響了電梯檢驗檢測工作質量。不斷提出并改進檢驗檢測技術方法，是《中華人民共和國特種設備安全法》及其他法律、法規(guī)、安全技術規(guī)范賦予并鼓勵檢驗檢測人員的職責和要求。

原國家質量檢驗檢疫總局辦公廳于2017年6月發(fā)布關于《實施電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則》等6個安全技術規(guī)范第2 號修改單若干問題的通知（質檢辦特函〔2017〕868 號），要求自2017 年10 月1 日起，對安裝監(jiān)督檢驗合格使用5年及以上的曳引與強制式乘客電梯、消防員電梯，按照新版檢規(guī)中“制動試驗”項目的要求進行定期檢驗。《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則—曳引與強制驅動電梯》（TSG T7001-2009）第2 號修改單增加了8.13制動試驗A（B）：“轎廂裝載125%額定載重量，以正常運行速度下行時，切斷電動機和制動器供電，制動器應當能夠使驅動主機停止運轉，試驗后轎廂應無明顯變形和損壞?！睓z驗方法為：監(jiān)督檢驗由施工單位進行試驗，檢驗人員現(xiàn)場觀察、確認；定期檢驗：由維護保養(yǎng)單位每5 年進行一次試驗，檢驗人員現(xiàn)場觀察、確認。

制動試驗的主要目的是檢驗電梯曳引系統(tǒng)的承載能力和安全性、驗證電力拖動系統(tǒng)（曳引機的制動能力、供電、調速）和電氣控制系統(tǒng)（電氣控制能力）可靠性、轎廂（轎廂架、轎廂體）系統(tǒng)和導向系統(tǒng)（導軌、導軌架）的穩(wěn)定性。該試驗是一項非常重要和必要的檢驗項目。

在進行平衡系數(shù)試驗和超載保護裝置試驗時，現(xiàn)在行業(yè)內普遍采用轎廂加載金屬砝碼的檢驗方式。由于砝碼的租賃、搬運費用高，所以對于這些需要搬砝碼檢驗的項目，很少有維保單位會進行試驗，而檢驗單位也基本認可自檢報告的合格結論，這就使這些項目的檢驗結論可能與實際存在較大差異，給電梯的使用埋下了重大的安全隱患[2]。

部分電梯由于在使用、維護保養(yǎng)等過程中，可能產生平衡系數(shù)不符合要求、轎廂架強度下降、制動能力不足、曳引能力下降、導軌支架松動等情況，在進行制動試驗時可能會產生各種不可預測的風險。主要會出現(xiàn)如下幾種情況：曳引鋼絲繩受損、從繩頭組合中脫落；轎廂架變形、附屬零部件損壞；轎廂在逐步加載砝碼過程中，出現(xiàn)溜車、礅底；電梯下行轎廂未制停，減速礅底；電梯溜車轎廂限速器-安全鉗動作，導致導軌磨損或變形；由于試驗載荷產生過大偏載力矩導致轎廂導靴脫軌，甚至轎廂發(fā)生嚴重傾斜等[3]。

測量過程中轎廂分別加載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%進行上、下全程運行。確定電梯平衡系數(shù)在0.40～0.50之間，或者符合制造單位的設計值，并加載至125%額定載荷[4]?，F(xiàn)有技術中，在進行電梯平衡系數(shù)實驗和125%載荷實驗時，要搬運大量的金屬制砝碼，對操作人員來說工作量巨大，會浪費大量的人力。并且在對電梯中裝載砝碼時，因為金屬制的砝碼比較堅硬粗糙，且通常在轎廂內堆疊擺放使用，容易對被測電梯轎廂造成損傷和剮蹭。當一套金屬砝碼長期使用后，因多次搬運的磨損，通常會使砝碼質量減輕，達不到標定的重量，累加后造成電梯平衡系數(shù)實驗與125%載荷實驗結果不準確，造成電梯平衡系數(shù)較低，對電梯的安全構成威脅，甚至發(fā)生電梯蹲底等事故。

因此，選用水的重量作為砝碼進行電梯載荷試驗，通過注水、排水的過程調整砝碼的重量，操作人員僅需搬運空的儲水測量裝置進出電梯轎廂即可，在一定程度上減小了勞動強度并且避免使用金屬砝碼因磨損而影響精度的問題。

有的方案使用傳統(tǒng)的軟質水袋，在注水后水袋容易變形，整體在底部堆積，水袋本身承受著較大的水壓并且不規(guī)則的形狀對轎廂底部也存在擠壓，影響轎廂本身的安全性能。例如：有一種電梯水模擬載荷裝置，包括由柔性防水材料制成的外殼體和填充在外殼體內的水，外殼體內設有調節(jié)重量用填充物，便于收納和搬運，能更加靈活地進行電梯載荷試驗[5]；但是測試時需要多個水袋堆疊，擠壓容易造成其本身損壞；殼體較厚不易折疊，勞動強度并沒有減少；在低溫環(huán)境下，水袋的材料狀態(tài)發(fā)生變化，不易折疊而導致搬運不方便；另外，柔性材料作為水袋，注水后形狀會發(fā)生變化使水在底部堆積，下部的水壓較大，對相鄰的轎壁造成擠壓，轎廂側壁因此容易發(fā)生變形。

普通的硬質水砝碼結構較為簡單，整體形狀多為圓柱體，移動性較差，雖然可以一定程度上緩解底部的水壓，但是與轎廂的內部空間不匹配，電梯載荷試驗的使用中操作人員不容易擺放和移動此類水砝碼。

該方案設計了一種電梯載荷試驗用砝碼組，包括若干個硬質棱柱型水砝碼、與水砝碼配合的搬運工具，可以有效提高搬運砝碼的效率，節(jié)省試驗時間。

1 砝碼組的設計原理

1.1 水砝碼

根據(jù)圖1 可知[6]，水砝碼包括若干個硬質的水箱，所述水箱上方開有排氣孔，水箱的下方開有水口，所述水口通過預埋件連接水口閥門和快速接頭；所述硬質的水箱為棱柱型，側壁設有若干個環(huán)繞水箱的凹槽，用于增加水箱強度；還包括均勻地固連在水箱底部的若干個腳輪[7]。水砝碼1的水口位于底部的前側，水口處通過預埋件安裝有水口閥門3和快速接頭2；水砝碼1底面的后部開有拱形凹槽4。當多個水砝碼在電梯內緊湊布置時，操作人員將快速接頭2和水口閥門3置于相鄰的另一個水砝碼1的拱形凹槽4內部，既可以節(jié)省空間，又保護了快速接頭2和水口閥門3。水砝碼1的側面設置有凹槽，還安裝有扶手5。側面還設置有液位標線，對應標線上標注有注水后水砝碼1的總重量。總重量的刻度線與水砝碼1 頂面存在較大距離，這樣設計可以在水砝碼1 內預留出足夠的調整空間，防止內部水平面距離水砝碼1的上表面較近而在晃動時灑出，保證了該砝碼組在測量過程中的重量穩(wěn)定。

圖1 水砝碼主視圖

根據(jù)圖2 可知，水砝碼1 的底部還固定有支撐架7，使上方的水砝碼1遠離地面，既起到了支撐作用，又保證了位于底部的快速接頭2、水口閥門3等部件不易因為剮蹭而損壞。

圖2 水砝碼側視圖

根據(jù)圖3、圖4 可知，水砝碼1 底部的外圍設置有與棱邊的尺寸相適應的加固框架，加固框架包括若干根鋼條，彼此固定連接。水砝碼1 的底面固定有加強筋，加強筋包括連接拱形凹槽4 兩側的橫板和分設在橫板兩側的加強筋。橫板設置在拱形凹槽4 的中部，增強了水砝碼1底部的強度，使水砝碼1在測量過程中更加穩(wěn)定。

圖3 水砝碼拱形凹槽

圖4 水砝碼底試圖槽

1.2 搬運工具

根據(jù)圖5可知，與水砝碼1配合的搬運工具包括起重裝置和安裝在起重裝置上的行走輪9，起重裝置與水砝碼底部配合，起重裝置的中部設有液壓升降平臺8；初始狀態(tài)時，搬運工具的總高度小于支撐架的高度。操作人員將搬運工具放入滿載水砝碼的支撐架之下，控制液壓升降平臺8起升將水砝碼抬起，借助行走輪9移動至另一個轎廂內，這樣明顯減小了測量過程中操作人員的勞動強度，縮短了在同一建筑物內檢測多個電梯的時間，提高了檢測效率。

圖5 水砝碼搬運工具

1.3 注水方式及系統(tǒng)

根據(jù)圖6 可知，注水系統(tǒng)包括蓄水罐、水砝碼，以及連接兩者的注水管道、排水管道和共用管道。注水管道和排水管道內包括若干個閥門組，用于控制管路的通斷，共用管道中設置有一個定量泵和一個流量計。管道中的各個元件與控制柜連接，定量泵將水輸送進水砝碼中，待流量計測得輸入水量到達指定數(shù)時，關閉水路，與水砝碼分離；測量完成后再接通水路，水砝碼中的水從排水管道中輸出，經過閥門組和流量計送回蓄水罐。這樣結構簡單便于組裝的水路解決了用水箱裝置檢測電梯載荷時的供水不便，成本較高且穩(wěn)定性較差的問題，降低成本而且能更準確地供水、排水，提高了水箱供水的機械化程度。

圖6 水砝碼供水系統(tǒng)圖

整個硬件控制系統(tǒng)主要由PLC主機、電機、變頻器以及相應的信號采集電路和顯示設備組成。信號采集電路利用相應的傳感器，實時監(jiān)控電梯的環(huán)境參數(shù)和工作條件，如電梯的承載信號和調平信號，并通過必要的轉換將數(shù)據(jù)傳輸給PLC 主機進行信息分析和處理。通過對電梯運行數(shù)據(jù)的分析和計算，及時向電梯發(fā)送合理的控制指令，確保電梯的正常、穩(wěn)定運行。利用電機實現(xiàn)電梯轎廂的牽引力，實現(xiàn)電梯的上下升降，利用電梯分頻PG卡連接電機編碼器，實現(xiàn)反饋電機的轉速和位置的確定。該逆變器用于提高電梯在啟動和停止時的電流影響，使電梯系統(tǒng)運行更加平穩(wěn)，也提高了電梯運行的經濟效益[8]。

注水系統(tǒng)包括蓄水罐1和水砝碼2，兩者通過連接水管連接，連接水管與水砝碼2 之間還安裝有同心異徑管，同心異徑管后方依次布置有電動球閥、快速接頭、液位計和壓力繼電器。連接水管包括注水管道3、排水管道4 和共用管道，共用管道上串聯(lián)有一個定量泵9，注水管道3和排水管道4并聯(lián)設置。

其中，注水管道3包括第一閥門組5和第二閥門組6，排水管道4包括第三閥門組7和第四閥門組8，每個閥門組包括一個電磁控制閥，電磁控制閥后方安裝一個單向閥。注水管道3和排水管道4交叉分布，共用管道13為重合段，管道中的閥門組分別設置在共用管道13 的兩端。在注水管道3 中，第一閥門組5 之前設有一個單向閥。共用管道13中定量泵9的入口處設有過濾器，出口處設有一個流量計10；還包括一個溢流閥，并聯(lián)在定量泵9 的出口處，作為安全閥。管路外部接有控制柜，控制柜連接定量泵9、電磁控制閥、電動球閥、快速接頭、流量計和壓力繼電器。對于進入水砝碼2的或者是返回蓄水罐1的水先通過過濾器進行過濾，而后定量泵9進一步工作，通過流量計10的檢測，精準控制電磁控制閥的開關，進而控制管道內注水和排水過程中的水流量。注水時，操作人員通過控制柜設置好水砝碼2的用水量，連接管路，啟動該單泵供水系統(tǒng)。

此時，注水管道3 暢通，水流從蓄水罐1 流向注水管道3，依次經過單向閥、第一閥門組5、過濾器、定量泵9、流量計10 和第二閥門組6，然后再經同心異徑管后方的電動球閥、快速接頭、液位計和壓力繼電器后輸送進水砝碼2。持續(xù)注水直到設定的水砝碼2 用水量后，流量計10 和液位計指向相應的刻度，流量計10 把信號發(fā)送給控制柜使快速接頭12 關閉，停止注水流程，切斷管路與水砝碼2 的連接，使水砝碼2 正常完成測量工作。測量結束后，將水砝碼2 移動至該供水系統(tǒng)附近，連接好管路，打開快速接頭和排水管道4中的電磁控制閥，使排水管道4 貫通。這樣一來，水砝碼2中的水會順著管路經過第三閥門組7、流量計10、第四閥門組8回到蓄水罐1中，重新儲存起來等待下一次測量時使用。

每組電磁控制閥與單向閥一側并聯(lián)有一條旁路，旁路設有備用閘閥，在電磁控制閥或者單向閥出現(xiàn)故障使管路發(fā)生阻斷時啟用備用閘閥，啟動旁路使得管路暢通，保證注水和排水工作的順利進行。這樣的供水系統(tǒng)保證了用水砝碼檢測電梯時，可以準確、快速地得到測量數(shù)據(jù)，避免了人工搬運注水的情況，提高了生產效率；用于測量的水可以重復利用，節(jié)省資源，降低了生產成本；管路內部的結構較為簡單，便于制作和搬運[9]。

2 砝碼組的運用與優(yōu)勢

2.1 砝碼組的運用

使用該套電梯載荷試驗用砝碼組進行電梯載荷試驗，檢查水砝碼1的零部件后將水砝碼1的快速接頭2與外置的供水系統(tǒng)連接，用搬運工具將空的水砝碼1運送至待檢測電梯附近，開啟供水系統(tǒng)、打開閥門，開始向水砝碼1 內部注水。水砝碼1 中注滿測量所需的水量后，再搬運至轎廂內進行檢測。檢測結束后，若還有其他電梯需要檢測，則用搬運工具將裝滿水的水砝碼1 直接移動至待測電梯中；若所有的電梯都測量結束，將快速接頭2 與外置的供水系統(tǒng)連接，將水砝碼1中的水再輸送回供水系統(tǒng)中，將空的水砝碼1 搬運回輸送裝置上。

2.2 砝碼組的優(yōu)勢

（1）該電梯載荷試驗用砝碼組本身的結構簡單，制作成本較低、穩(wěn)定性較強，相較于之前延長了砝碼的使用壽命。

（2）水口設置在整個水砝碼的底部，并安裝水口閥門和快速接頭，可以與外置的供水系統(tǒng)配合，通過機械控制連接供水系統(tǒng)與水砝碼，這樣能更方便、精準地實現(xiàn)給水砝碼注水、排水，既可以提高檢測的效率，又節(jié)省了水資源，降低檢測成本。

（3）用可以調整重量的硬質棱柱型的水砝碼作為電梯載荷試驗中的檢測工具，通過向內部注入定量的水確定載荷重量，提高了電梯載荷試驗的準確度。表面相對平整的棱柱型與內部空間呈長方體或正方體的電梯轎廂相適應，便于使用或儲存時集中放置多個水砝碼。

（4）水砝碼的底部加裝有加固框架，進一步提高了水砝碼的結構強度，避免水砝碼裝滿水后底部的水壓對水砝碼本身和轎廂造成損壞；底面與搬運坦克或起重撬棍配合，操作人員借用搬運工具可以輕松地將裝滿水的砝碼組移動到其他轎廂，大大降低了連續(xù)檢測過程中操作人員的勞動強度，提高了整體的檢測效率。

3 結語

該電梯載荷試驗用砝碼組本身的結構簡單，制作成本較低且穩(wěn)定性較強，相較于之前延長了砝碼的使用壽命。用可以調整重量的硬質棱柱型的水砝碼作為電梯載荷試驗中的檢測工具，通過向內部注入定量的水以確定載荷重量，提高了電梯載荷試驗的準確度；表面平整的棱柱型與內部空間呈長方體或正方體的電梯轎廂相適應，便于使用或儲存時集中放置多個水砝碼；操作人員用搬運工具移動該砝碼組，大大降低了連續(xù)的電梯檢測過程中操作人員的勞動強度，提高了整體的檢測效率。