基于电梯乘运质量标准的要点探析*

石 乐 姚国龙 尹 鹏 王路遥 李梦云

1宁夏特种设备检验检测院 银川 750000 2宁夏医科大学 银川 750000

0 引言

作为电梯安全舒适性的评价标准，电梯乘运质量是电梯内部的各种故障及不安全因素的综合表征，许多电梯故障都能够对电梯乘运质量的数据测量造成明显影响，例如导轨的局部不平整影响X、Y轴的振动加速度、钢丝绳张力不均或制动器的间隙调整不合理影响全程Z轴的振动数据等等。相反，通过傅里叶变换等数据处理方式，分析乘运质量数据，结合相关标准规定，也能判断出电梯故障或推断出大致的故障类型，对于故障的快速识别及排除具有重要的意义。2020年7月21日，国家推出新的电梯乘运质量标准GB/T 24474.1—2020《乘运质量测量 第1部分 电梯》（以下简称新标准），并于2021年2月1日实施。新标准更改了部分定义，替换了部分引用标准，标准更加适应国内需求，使得相关行业对于乘运质量的认识和研究有了统一、明确的标准，具有重要的推动作用。

1 电梯乘运质量概述

电梯乘运质量是乘客乘梯舒适度的综合评判，是轿厢内乘客对轿厢内声音和振动的整体体验感，乘客乘坐电梯感觉越舒适，说明电梯乘运质量越好。本文研究的乘运质量概念在新标准的概念上有所扩展，即除标准中所涉及的能够影响乘客安全舒适性的因素之外，还讨论了温湿度、光照度对乘运质量的影响，更加全面具体客观的描述乘运质量。

2 新旧标准的主要变化差异

2.1 删除术语中的声音的定义

旧版的标准中规定声音为A计权声压级，单位为dB，关于声音计权方式有多种，出于严谨考虑，新标准中删除了该定义[1]。

2.2 更新规范性引用文件

新标准为了适应我国当前特种设备相关技术条件，根据技术性差异对部分引用文件做出了调整，包括用符合相关国际标准规范的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 别 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 修改了测量仪器特性引用的标准

在频率计权、带限、时间计权等性能参数的测量上，旧标准依据ISO 8041—2005和GB/T 3785—1983，而新标准改为依据GB/T 23716—2009和GB/T 3785.1—2010[1]。

2.4 替换了参考文献标准

新标准将国际标准替换为我国符合相应国际标准的国家标准，使得标准更适应中国国情，更有利于在国内快速推广应用[1]。

3 影响电梯乘运质量的相关因素及标准要求

根据电梯乘运质量定义可知，影响乘运质量的因素首先应包括轿厢声级和地板的振动，考虑到电梯运行速度也会影响乘运质量，国内南北方气候、温湿度巨大的差异性以及轿厢内光照度对人体感知的影响，为了更加全面准确的描述电梯乘运质量，本节将结合其他相关标准综合分析轿厢声级、地板的振动、速度、温湿度及照度等因素对乘运质量的影响及测量注意事项。

3.1 轿厢声级因素

3.1.1 轿厢声级相关规定

GB/T 10058—2009《电梯技术条件》中规定，电梯在正常运行时不应有异常振动或响声。电梯声压值应符合规定，如表1所示[2]。

3.1.2 轿厢声级测量

轿厢的声源主要来自2个方面，一个是启制动时的开关门过程，另一个是电梯运行过程中轿厢里的噪声，测量电梯噪声时，这2个方面都要进行测量，以及相应背景噪声值。测量过程中应关闭警报、广播等附属设施，应按照标准规定在指定位置测量2种状态下最大噪声值。测量运行中轿厢内的噪声时，应在额定速度区间取值，而不是启制动时的加速度区间，这对于后续根据新标准研制的电梯乘运质量测试仪而言，要通过数据分析精准区分电梯的运行状态，建立噪声、运行状态的时域对应图，从而得出所求噪声值。当背景噪声值与运行时测量噪声值相差小于等于10dB(A)时，应对所测噪声值进行修正，具体方法参考相关标准。

3.1.3 轿厢声级测量注意事项

许多情况下，噪声值大小相同的声音传导到人耳时，人的感受是不相同的，这是因为这些声源的频率和声压波动快慢不同。因此对于测量到的声压值，需要赋值权重进行修正，即所谓的声音计权（包括频率计权和时间计权）。频率计权和时间计权都有多种方式，GB/T 24474.1—2020《乘运质量测量 第1部分:电梯》规定，所测乘运质量原始数据的处理应采用A计权和快速时间计权。对修正后的噪声值进行声音计权等处理后，就可以与标准对照判断是否符合要求。

测量开关门的噪声时，应该对每一层站都要进行测量，其中开门和关门噪声也要分别测量。

3.2 轿厢振动因素

3.2.1 轿厢振动相关规定

通常用振动峰峰值来表征轿厢内的振动情况，GB/T 10058—2009《电梯技术条件》中规定，在恒加速度区域，乘客电梯Z轴方向上最大振动峰峰值不应大于0.30 m/s2，A95振动峰峰值不应大于0.20 m/s2；乘客电梯运行时，X、Y轴方向上最大振动峰峰值不应大于0.20 m/s2，A95峰峰值不应大于0.15 m/s2。需要注意的是，此处要求的峰峰值是计权的时域振动曲线上取的值而不是频域曲线图。

3.2.2 轿厢振动值测量原理

振动峰峰值是由时域内的计权加速度信号来确定的，首先通过加速度传感器采集X、Y、Z 3轴振动加速度原始信号，经角度修正后，保存至加速度原始链表中，根据GB/T 24474.1—2020《乘运质量测量 第1部分:电梯》对原始振动数据进行计权处理后得到振动加速度。分析3轴振动时域数据，因为振动在每个轴上有方向，依次找出相邻3个零点之间的最大正、负信号值，将其绝对值依次相加，便得到各个时段的峰峰值。找出其中最大值为最大峰峰值，进而可以依据标准定义找到A95峰峰值。

3.2.3 轿厢振动值测量注意事项

对于Z轴，在乘客电梯恒加速、变加速运行时，振动测量值计算有所不同，恒加速区域多了一个A95振动峰峰值。关于恒加速度和变加速度区域的定义，GB/T 24474.1—2020《乘运质量测量 第1部分:电梯》附录B有详细的规定。

振动加速度要在轿厢轻载和额载及全程上下行4种状态下都要进行测量，这几种状态下所测结果均应符合标准要求。

3.3 轿厢速度及加速度因素

3.3.1 轿厢速度及加速度相关规定

GB/T 10058—2009《电梯技术条件》中规定，电梯载荷为0.50v额时，轿厢下行至行程中段时的速度应满足：0.92v额≤v≤1.05v额。电梯启动和制停时加速度不宜过大，至少不应大于1.5 m/s2。电梯额定速度在不同范围区间时，A95加减速度有最低要求。当速度在区间[1.0 m/s2，2.0 m/s2]上时，为0.50 m/s2；当速度在区间[2.0 m/s2，6.0 m/s2]上时为 0.7 m/s2。

3.3.2 轿厢速度及加速度测量原理

乘运质量测试装置内置振动加速度传感器，其只能采集原始振动加速度信号，速度及加速度需要通过数据处理计算得到。振动信号传感器采集到原始振动信号后，先对修正后的原始Z轴加速度信号进行二阶10 Hz巴特沃斯低通滤波器滤波处理，去除掉高频信号后，根据乘运质量标准计算方法就可以计算出Z轴最大加减速度及A95加减速度。

根据物理公式对加速度积分可以得到速度，据此，因已经测得了振动加速度，进而可以得到Z轴方向上轿厢运行速度、最大速度及V95速度。

3.3.3 轿厢速度及加速度测量注意事项

任何物体都有固有的振动频率，人体也一样，当在特定方向上的振动频率和人体组织相同时，人就会感到不舒服。一般而言，在Z轴方向上，人体对10 Hz及以下的振动较为敏感，存在2个典型的共振频率。因此，在测量得到原始振动加速度后需要进行10 Hz低通滤波，保留有效信号数据。对于振动加速度的测量，因为其与乘客的感受相关，故需对原始信号进行低通滤波和计权处理。但是，对于Z轴加减速度和速度的测量，因为其表征轿厢客观运行参数，故只需要对原始数据进行低通滤波后计算。

另外，标准还给出了垂直方向上加加速度的计算方式，用于确认与乘运质量结果对应的运行控制设置，但相关标准并没有给出其具体的量化要求。加加速度在工业上被用来评价人体的舒适度，其值越小，人体感觉越舒适。对于乘客电梯而言，水平方向的急动度可以忽略不计，故主要考虑垂直方向。在评价乘客电梯的乘运质量时，可以把急动度作为一项参考，当该值过大时，可以认为电梯乘运质量不佳。

同振动加速度一样，速度及加速度也要在轿厢轻载和额载及全程上下行4种状态下都要进行测量，几种状态下所测结果也均应符合标准要求。

3.4 轿厢温湿度因素

机械电气设备自身发热会影响设备性能，这就对电梯所在环境有一定的要求，GB/T 10058—2009《电梯技术条件》对电梯运行地点的温湿度做出了明确的规定，这是从保护机器设备的角度而言，参考环境条件中规定，确定轿厢振动计性能的参考环境条件为空气温度为23℃，相对湿度为50%。对于轿厢，以人体舒适度为评价标准，比起保障机器设备的安全运行则更加严格，因此轿厢内温湿度至少应满足国标要求。相关研究也指出，适宜人体最合适的室内温度为 18℃ ，此时湿度应为30%～40%之间；若温度为 25℃ 时，湿度应维持在40%～50%最合适。因为国内南北方温度差异较大，北方干燥，温度较低，而南方湿润且温度高，对于轿厢的舒适度可以室内指标作为参考，可以通过测量轿厢全程运行时温湿度数据进行对比分析，偏差较大则不适宜。

另外，轿厢通风情况影响轿厢内空气质量，进而影响乘客感受，但GB 7588—2003《电梯制造与安装安全规范》规定了轿厢必须设置通风孔，并且对其有效面积作出了明确规定。一般而言，满足这样条件的轿厢通风质量良好，故本文不再探讨轿厢通风的影响。

3.5 轿厢照度因素

3.5.1 轿厢照度相关规定

基于故障情况下能够保证使用人员能够看清轿厢内区域的考虑，GB 7588—2003《电梯制造与安装安全规范》规定，层门附近地面上的照度不应小于50 lx，同时也对轿厢内控制装置和地板上光照度做出规定规定，其值宜不小于50 lx。

3.5.2 轿厢照度测量及注意事项

同轿厢噪声测量一样，轿厢内照度也应在轿厢全程上下运行时测量，并且每一层层站入口处也应测量，最后综合分析。

50 lx只是出于安全考虑的最低标准，本文探讨乘客舒适度，在满足国标要求的条件下，照度适度增加，乘客观感更好，乘运质量则更好。

4 电梯乘运质量的评价体系

4.1 评价前提

评价乘运质量，所测得指标首先应满足乘运质量新国标GB/T 24474.1—2020及其他相应标准规范关于指标测量方法及量化的要求。

4.2 评价方法

建立所有乘运测量指标关于轿厢全程上下行的统一时域关系，这些乘运质量指标至少应包括GB/T 24474.1—2020《乘运质量测量 第1部分:电梯》乘运质量的评价中所要求的6个方面。将这些指标与时间、轿厢位移、楼层一一对应，便于快速故障定位和分析。原始测量时域振动信号看起来很复杂，很难最大程度提取其有效信息，据此，需要通过傅里叶变换将其转化为频域关系，找出其主要振动频率和相应振幅。为了更加直观、形象观察并判断乘运质量，应该作出这些关系的图形曲线界面，标注出信号量的4个计算界限、最值、峰峰值、位移等典型指标，并在曲线图上作出标准界定范围，便于判断是否满足标准。

对于本文讨论的某些指标，如温湿度及光照度对乘运质量的影响，GB/T 24474.1—2020《乘运质量测量 第1部分:电梯》并没有涉及，参考其他相关标准及研究，本文认为有必要在做乘运质量的评价时作为参考，更有利于得到客观的评价结果。

关于乘运质量的频域分析，国内相关研究并没有形成一套具体的关于频谱分析与轿厢故障相对应量化关系。目前只是可以做定性方面的分析和推测，大致判断故障类型。例如，导轨安装时与导靴间隙调整不合理会引发轿厢水平方向的振动；制动器的制动间隙调整不合理会引起轿厢垂直方向上的振动。通过振动频谱分析X、Y、Z轴的振动形式，就可推断出大致故障类型，相关研究有比较详细的论述。

5 总结

随着国家对特种设备安全重视程度的不断提高及人们对电梯安全性、舒适性的不断关注，电梯乘运质量的评价无疑将会变得愈发重要，并且随着老旧电梯的日益增多，乘运质量的评价也必将成为电梯评估的重要方法。本文探讨了乘运质量新旧标准的变化差异，基于新标准探讨了电梯乘运质量标准要求、测量相关要点及评价指标，最后分析并总结电梯乘运质量的评价体系。电梯乘运质量的评价还有待进一步研究、总结和完善，需要行业的共同努力。