馮雙昌 沈文浩

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 上海 200062）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，人們對電梯這類垂直交通運(yùn)輸工具的需求日益增加。雖然我國已經(jīng)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(dāng)前人們對電梯的需求主要集中在3 點(diǎn)：1）既有多層住宅加裝電梯的社會(huì)需求巨大；2）老舊電梯升級改造的需求巨大；3）原有電梯運(yùn)送能力不足與當(dāng)前巨大人流量的矛盾非常突出。近幾年，國務(wù)院工作報(bào)告和各地方的工作報(bào)告中均提到，鼓勵(lì)有條件的住宅加裝電梯，提高生活質(zhì)量，解決老齡化社會(huì)的老人出行難題[1]。并且隨著人們生產(chǎn)生活節(jié)奏的加快，按照以往垂直交通流量負(fù)荷設(shè)計(jì)的電梯遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化社會(huì)的需求，尤其是辦公樓內(nèi)電梯早晚高峰運(yùn)送能力不足的問題非常突出。綜上所述，無論是既有建筑內(nèi)新電梯的加裝，還是既有建筑內(nèi)原電梯的升級改造都涉及電梯行業(yè)內(nèi)的一個(gè)難點(diǎn)——在既有建筑的有限空間內(nèi)，如何最大限度地提升電梯的運(yùn)送能力。

在別墅電梯市場已得到廣泛應(yīng)用的背包式電梯，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)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(nèi)已有電梯制造單位將背包式電梯技術(shù)從別墅電梯市場推廣應(yīng)用于辦公樓、居民小區(qū)等市場，推出了額定速度、額定載重量和提升高度均與傳統(tǒng)電梯對標(biāo)的新型背包式電梯。

1 背包式電梯研究現(xiàn)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(tǒng)意義上的電梯相比，背包式電梯的導(dǎo)軌布置方式有很大的不同。傳統(tǒng)電梯的主導(dǎo)軌布置方式是在轎廂左右兩側(cè)分別設(shè)置，而背包式電梯的結(jié)構(gòu)打破這一常理，把主導(dǎo)軌與副導(dǎo)軌均置于轎廂的同一側(cè)[2]。圖1 所示為背包式電梯結(jié)構(gòu)圖。

圖1 背包式電梯結(jié)構(gòu)

由于背包式電梯將轎廂導(dǎo)軌、對重導(dǎo)軌均布置在轎廂的同一側(cè)，不需要同時(shí)占用不同側(cè)的井道空間，因此轎廂面積就可以設(shè)計(jì)得盡量大，轎廂壁盡量靠近層門側(cè)井道壁和左右兩側(cè)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(jié)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(nèi)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(yōu)勢的同時(shí)，也有天然的劣勢。背包式電梯的布局方式從結(jié)構(gòu)上改變了導(dǎo)軌的受力方向，L 型轎廂架在實(shí)際應(yīng)用中受到很大限制，這些可能都會(huì)對電梯的乘運(yùn)質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，非常有必要對背包式電梯的乘運(yùn)質(zhì)量開展相關(guān)試驗(yàn)與分析。

2 乘運(yùn)質(zhì)量試驗(yàn)

上海市楊浦區(qū)某辦公樓內(nèi)原有2 部規(guī)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(jīng)常出現(xiàn)排隊(duì)乘梯的情況，因此急需進(jìn)行電梯升級。某電梯制造單位選擇該辦公樓開展示范應(yīng)用，將2 部電梯全部拆除，一個(gè)井道安裝了傳統(tǒng)電梯（見圖2），一個(gè)井道安裝了背包式電梯（見圖3）。

圖2 傳統(tǒng)電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)

圖3 背包式電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)

該傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)尺寸情況下更改導(dǎo)軌安裝位置，將導(dǎo)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(yùn)送能力[4]。

以該背包式電梯和傳統(tǒng)電梯為樣機(jī)，開展了乘運(yùn)質(zhì)量試驗(yàn)。圖4 為現(xiàn)場試驗(yàn)情況。本次試驗(yàn)主要針對以下3 個(gè)問題開展研究：

圖4 現(xiàn)場試驗(yàn)情況

1）背包式電梯乘運(yùn)質(zhì)量情況。按照GB/T 24474.1—2020《乘運(yùn)質(zhì)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(yùn)行，記錄電梯振動(dòng)、加速度、位移、噪音等數(shù)據(jù)，生成乘運(yùn)質(zhì)量報(bào)告，并將數(shù)據(jù)與GB/T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》中的要求進(jìn)行比較[5]。

2）背包式電梯在不同載荷下的振動(dòng)變化情況。試驗(yàn)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(dòng)變化情況，并與傳統(tǒng)電梯進(jìn)行比較。

3）背包式電梯在轎廂內(nèi)不同位置的振動(dòng)情況。該背包式電梯轎廂導(dǎo)軌安置在后側(cè)，采用L 型轎廂架，因此本次試驗(yàn)選擇了距離轎廂導(dǎo)軌較遠(yuǎn)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(dòng)情況進(jìn)行比較。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 背包式電梯乘運(yùn)質(zhì)量分析

根據(jù)GB/T 24474.1—2020 的要求，振動(dòng)信號應(yīng)采用峰峰值評價(jià)。電梯行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)也表明，峰峰值的振動(dòng)評估與乘客的舒適感有特定的關(guān)聯(lián)。峰峰值是指加速度曲線與零線連續(xù)有3 個(gè)交點(diǎn)，它們之間的正負(fù)極值之差，即為峰峰值。最大振動(dòng)峰峰值是指在所定義的界限內(nèi)所有峰峰值的最大值。A95 振動(dòng)峰峰值是指在所定義界限內(nèi)95%的峰峰值小于或等于的值。

本次試驗(yàn)中，使用電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量儀ATL-370對背包式電梯的乘運(yùn)質(zhì)量進(jìn)行測量，得到振動(dòng)曲線圖（見圖5）和電梯運(yùn)行性能檢測報(bào)告（見圖6）。分析可知，該背包式電梯的最大水平振動(dòng)峰峰值為0.084 m/s2，最大垂直振動(dòng)峰峰值為0.162 m/s2。

圖5 背包式電梯運(yùn)行振動(dòng)曲線

圖6 背包式電梯運(yùn)行性能檢測報(bào)告

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

分析可知，該背包式電梯的最大水平振動(dòng)峰峰值為國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定數(shù)值的42%，最大垂直振動(dòng)峰峰值為國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定數(shù)值的54%，均遠(yuǎn)小于上限值?？梢姡摫嘲诫娞莸恼駝?dòng)情況符合國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。

3.2 背包式電梯在不同載荷下的振動(dòng)分析

在空載、半載、滿載情況下，分別對背包式電梯的轎廂進(jìn)行振動(dòng)測試。背包式電梯不同載荷下的振動(dòng)數(shù)據(jù)見表1。為便于分析，將表1 中的數(shù)據(jù)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(dòng)數(shù)據(jù) m/s2

圖7 背包式電梯不同載荷下的振動(dòng)柱狀圖

由圖7 可知，背包式電梯y 軸和z 軸最大振動(dòng)隨著載荷提升而減少，x 軸最大振動(dòng)隨著載荷增加反而增大。z 軸振動(dòng)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(dǎo)致鋼絲繩處于更加繃緊的狀態(tài)，從而使z 軸的振動(dòng)減小[6]。y 軸振動(dòng)減小可能與轎廂內(nèi)質(zhì)量增加有關(guān)，質(zhì)量增加導(dǎo)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(dòng)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(tǒng)電梯的轎廂進(jìn)行振動(dòng)測試。傳統(tǒng)電梯不同載荷下的振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。

表2 傳統(tǒng)電梯不同載荷下的振動(dòng)數(shù)據(jù) m/s2

對表2 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)電梯y軸最大振動(dòng)隨著載荷提升而略微提高，x 軸和z 軸最大振動(dòng)隨著載荷增加反而減小。z 軸最大振動(dòng)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(dòng)情況與背包式電梯正好相反。分析認(rèn)為，出現(xiàn)這種情況可能與導(dǎo)軌安裝的方向有關(guān)。電梯在有導(dǎo)軌的方向上，振動(dòng)會(huì)隨著載荷的增大而增大；在與導(dǎo)軌垂直的方向上，振動(dòng)會(huì)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(dòng)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(dòng)測試，并將所得結(jié)果進(jìn)行比較分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(dòng)情況

背包式電梯的導(dǎo)軌設(shè)置于轎廂后側(cè)，轎廂門口位置和轎廂中心位置相比，轎廂門口位置距離導(dǎo)軌較遠(yuǎn)，感覺該處的振動(dòng)會(huì)更大。但是，對表3 進(jìn)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(dòng)值沒有明顯差異。試驗(yàn)結(jié)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(yùn)行過程中，導(dǎo)軌并未對轎廂產(chǎn)生z 軸方向上的卡阻。

4 結(jié)論

背包式電梯作為一種逐漸在辦公樓、居民小區(qū)推廣應(yīng)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(yùn)送能力。針對背包式電梯的乘運(yùn)質(zhì)量開展系列試驗(yàn)，分析了背包式電梯在不同工況下運(yùn)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(yùn)行距離等，結(jié)果表明背包式電梯的乘運(yùn)質(zhì)量完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，對其推廣應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。