电梯载荷试验水砝码组原理与运用研究探讨

赵世军

(山西省检验检测中心 山西太原 030012)

随着我国经济社会的高度发展，电梯作为一种方便、快捷的乘用工具，已广泛应用于各种建筑、空间等场所，为人们的工作、生活、生产活动提供了非常舒适、便捷的服务，全球电梯专业技术人员都在倡导安全、节能、智能化的本质安全理念[1]。截至2021年底，全国电梯总保有量已达879.98 万台，如何保障电梯的安全运行和使用，是摆在电梯安全保障部门面前的难题。随着电梯数量的大量增多，传统的电梯载荷试验手段存在的固有问题越来越凸显，已经极大地限制了电梯检验检测行业的发展，影响了电梯检验检测工作质量。不断提出并改进检验检测技术方法，是《中华人民共和国特种设备安全法》及其他法律、法规、安全技术规范赋予并鼓励检验检测人员的职责和要求。

原国家质量检验检疫总局办公厅于2017年6月发布关于《实施电梯监督检验和定期检验规则》等6个安全技术规范第2 号修改单若干问题的通知（质检办特函〔2017〕868 号），要求自2017 年10 月1 日起，对安装监督检验合格使用5年及以上的曳引与强制式乘客电梯、消防员电梯，按照新版检规中“制动试验”项目的要求进行定期检验。《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》（TSG T7001-2009）第2 号修改单增加了8.13制动试验A（B）：“轿厢装载125%额定载重量，以正常运行速度下行时，切断电动机和制动器供电，制动器应当能够使驱动主机停止运转，试验后轿厢应无明显变形和损坏。”检验方法为：监督检验由施工单位进行试验，检验人员现场观察、确认；定期检验：由维护保养单位每5 年进行一次试验，检验人员现场观察、确认。

制动试验的主要目的是检验电梯曳引系统的承载能力和安全性、验证电力拖动系统（曳引机的制动能力、供电、调速）和电气控制系统（电气控制能力）可靠性、轿厢（轿厢架、轿厢体）系统和导向系统（导轨、导轨架）的稳定性。该试验是一项非常重要和必要的检验项目。

在进行平衡系数试验和超载保护装置试验时，现在行业内普遍采用轿厢加载金属砝码的检验方式。由于砝码的租赁、搬运费用高，所以对于这些需要搬砝码检验的项目，很少有维保单位会进行试验，而检验单位也基本认可自检报告的合格结论，这就使这些项目的检验结论可能与实际存在较大差异，给电梯的使用埋下了重大的安全隐患[2]。

部分电梯由于在使用、维护保养等过程中，可能产生平衡系数不符合要求、轿厢架强度下降、制动能力不足、曳引能力下降、导轨支架松动等情况，在进行制动试验时可能会产生各种不可预测的风险。主要会出现如下几种情况：曳引钢丝绳受损、从绳头组合中脱落；轿厢架变形、附属零部件损坏；轿厢在逐步加载砝码过程中，出现溜车、礅底；电梯下行轿厢未制停，减速礅底；电梯溜车轿厢限速器-安全钳动作，导致导轨磨损或变形；由于试验载荷产生过大偏载力矩导致轿厢导靴脱轨，甚至轿厢发生严重倾斜等[3]。

测量过程中轿厢分别加载额定载重量的30%、40%、45%、50%、60%进行上、下全程运行。确定电梯平衡系数在0.40～0.50之间，或者符合制造单位的设计值，并加载至125%额定载荷[4]。现有技术中，在进行电梯平衡系数实验和125%载荷实验时，要搬运大量的金属制砝码，对操作人员来说工作量巨大，会浪费大量的人力。并且在对电梯中装载砝码时，因为金属制的砝码比较坚硬粗糙，且通常在轿厢内堆叠摆放使用，容易对被测电梯轿厢造成损伤和剐蹭。当一套金属砝码长期使用后，因多次搬运的磨损，通常会使砝码质量减轻，达不到标定的重量，累加后造成电梯平衡系数实验与125%载荷实验结果不准确，造成电梯平衡系数较低，对电梯的安全构成威胁，甚至发生电梯蹲底等事故。

因此，选用水的重量作为砝码进行电梯载荷试验，通过注水、排水的过程调整砝码的重量，操作人员仅需搬运空的储水测量装置进出电梯轿厢即可，在一定程度上减小了劳动强度并且避免使用金属砝码因磨损而影响精度的问题。

有的方案使用传统的软质水袋，在注水后水袋容易变形，整体在底部堆积，水袋本身承受着较大的水压并且不规则的形状对轿厢底部也存在挤压，影响轿厢本身的安全性能。例如：有一种电梯水模拟载荷装置，包括由柔性防水材料制成的外壳体和填充在外壳体内的水，外壳体内设有调节重量用填充物，便于收纳和搬运，能更加灵活地进行电梯载荷试验[5]；但是测试时需要多个水袋堆叠，挤压容易造成其本身损坏；壳体较厚不易折叠，劳动强度并没有减少；在低温环境下，水袋的材料状态发生变化，不易折叠而导致搬运不方便；另外，柔性材料作为水袋，注水后形状会发生变化使水在底部堆积，下部的水压较大，对相邻的轿壁造成挤压，轿厢侧壁因此容易发生变形。

普通的硬质水砝码结构较为简单，整体形状多为圆柱体，移动性较差，虽然可以一定程度上缓解底部的水压，但是与轿厢的内部空间不匹配，电梯载荷试验的使用中操作人员不容易摆放和移动此类水砝码。

该方案设计了一种电梯载荷试验用砝码组，包括若干个硬质棱柱型水砝码、与水砝码配合的搬运工具，可以有效提高搬运砝码的效率，节省试验时间。

1 砝码组的设计原理

1.1 水砝码

根据图1 可知[6]，水砝码包括若干个硬质的水箱，所述水箱上方开有排气孔，水箱的下方开有水口，所述水口通过预埋件连接水口阀门和快速接头；所述硬质的水箱为棱柱型，侧壁设有若干个环绕水箱的凹槽，用于增加水箱强度；还包括均匀地固连在水箱底部的若干个脚轮[7]。水砝码1的水口位于底部的前侧，水口处通过预埋件安装有水口阀门3和快速接头2；水砝码1底面的后部开有拱形凹槽4。当多个水砝码在电梯内紧凑布置时，操作人员将快速接头2和水口阀门3置于相邻的另一个水砝码1的拱形凹槽4内部，既可以节省空间，又保护了快速接头2和水口阀门3。水砝码1的侧面设置有凹槽，还安装有扶手5。侧面还设置有液位标线，对应标线上标注有注水后水砝码1的总重量。总重量的刻度线与水砝码1 顶面存在较大距离，这样设计可以在水砝码1 内预留出足够的调整空间，防止内部水平面距离水砝码1的上表面较近而在晃动时洒出，保证了该砝码组在测量过程中的重量稳定。

图1 水砝码主视图

根据图2 可知，水砝码1 的底部还固定有支撑架7，使上方的水砝码1远离地面，既起到了支撑作用，又保证了位于底部的快速接头2、水口阀门3等部件不易因为剐蹭而损坏。

图2 水砝码侧视图

根据图3、图4 可知，水砝码1 底部的外围设置有与棱边的尺寸相适应的加固框架，加固框架包括若干根钢条，彼此固定连接。水砝码1 的底面固定有加强筋，加强筋包括连接拱形凹槽4 两侧的横板和分设在横板两侧的加强筋。横板设置在拱形凹槽4 的中部，增强了水砝码1底部的强度，使水砝码1在测量过程中更加稳定。

图3 水砝码拱形凹槽

图4 水砝码底试图槽

1.2 搬运工具

根据图5可知，与水砝码1配合的搬运工具包括起重装置和安装在起重装置上的行走轮9，起重装置与水砝码底部配合，起重装置的中部设有液压升降平台8；初始状态时，搬运工具的总高度小于支撑架的高度。操作人员将搬运工具放入满载水砝码的支撑架之下，控制液压升降平台8起升将水砝码抬起，借助行走轮9移动至另一个轿厢内，这样明显减小了测量过程中操作人员的劳动强度，缩短了在同一建筑物内检测多个电梯的时间，提高了检测效率。

图5 水砝码搬运工具

1.3 注水方式及系统

根据图6 可知，注水系统包括蓄水罐、水砝码，以及连接两者的注水管道、排水管道和共用管道。注水管道和排水管道内包括若干个阀门组，用于控制管路的通断，共用管道中设置有一个定量泵和一个流量计。管道中的各个元件与控制柜连接，定量泵将水输送进水砝码中，待流量计测得输入水量到达指定数时，关闭水路，与水砝码分离；测量完成后再接通水路，水砝码中的水从排水管道中输出，经过阀门组和流量计送回蓄水罐。这样结构简单便于组装的水路解决了用水箱装置检测电梯载荷时的供水不便，成本较高且稳定性较差的问题，降低成本而且能更准确地供水、排水，提高了水箱供水的机械化程度。

图6 水砝码供水系统图

整个硬件控制系统主要由PLC主机、电机、变频器以及相应的信号采集电路和显示设备组成。信号采集电路利用相应的传感器，实时监控电梯的环境参数和工作条件，如电梯的承载信号和调平信号，并通过必要的转换将数据传输给PLC 主机进行信息分析和处理。通过对电梯运行数据的分析和计算，及时向电梯发送合理的控制指令，确保电梯的正常、稳定运行。利用电机实现电梯轿厢的牵引力，实现电梯的上下升降，利用电梯分频PG卡连接电机编码器，实现反馈电机的转速和位置的确定。该逆变器用于提高电梯在启动和停止时的电流影响，使电梯系统运行更加平稳，也提高了电梯运行的经济效益[8]。

注水系统包括蓄水罐1和水砝码2，两者通过连接水管连接，连接水管与水砝码2 之间还安装有同心异径管，同心异径管后方依次布置有电动球阀、快速接头、液位计和压力继电器。连接水管包括注水管道3、排水管道4 和共用管道，共用管道上串联有一个定量泵9，注水管道3和排水管道4并联设置。

其中，注水管道3包括第一阀门组5和第二阀门组6，排水管道4包括第三阀门组7和第四阀门组8，每个阀门组包括一个电磁控制阀，电磁控制阀后方安装一个单向阀。注水管道3和排水管道4交叉分布，共用管道13为重合段，管道中的阀门组分别设置在共用管道13 的两端。在注水管道3 中，第一阀门组5 之前设有一个单向阀。共用管道13中定量泵9的入口处设有过滤器，出口处设有一个流量计10；还包括一个溢流阀，并联在定量泵9 的出口处，作为安全阀。管路外部接有控制柜，控制柜连接定量泵9、电磁控制阀、电动球阀、快速接头、流量计和压力继电器。对于进入水砝码2的或者是返回蓄水罐1的水先通过过滤器进行过滤，而后定量泵9进一步工作，通过流量计10的检测，精准控制电磁控制阀的开关，进而控制管道内注水和排水过程中的水流量。注水时，操作人员通过控制柜设置好水砝码2的用水量，连接管路，启动该单泵供水系统。

此时，注水管道3 畅通，水流从蓄水罐1 流向注水管道3，依次经过单向阀、第一阀门组5、过滤器、定量泵9、流量计10 和第二阀门组6，然后再经同心异径管后方的电动球阀、快速接头、液位计和压力继电器后输送进水砝码2。持续注水直到设定的水砝码2 用水量后，流量计10 和液位计指向相应的刻度，流量计10 把信号发送给控制柜使快速接头12 关闭，停止注水流程，切断管路与水砝码2 的连接，使水砝码2 正常完成测量工作。测量结束后，将水砝码2 移动至该供水系统附近，连接好管路，打开快速接头和排水管道4中的电磁控制阀，使排水管道4 贯通。这样一来，水砝码2中的水会顺着管路经过第三阀门组7、流量计10、第四阀门组8回到蓄水罐1中，重新储存起来等待下一次测量时使用。

每组电磁控制阀与单向阀一侧并联有一条旁路，旁路设有备用闸阀，在电磁控制阀或者单向阀出现故障使管路发生阻断时启用备用闸阀，启动旁路使得管路畅通，保证注水和排水工作的顺利进行。这样的供水系统保证了用水砝码检测电梯时，可以准确、快速地得到测量数据，避免了人工搬运注水的情况，提高了生产效率；用于测量的水可以重复利用，节省资源，降低了生产成本；管路内部的结构较为简单，便于制作和搬运[9]。

2 砝码组的运用与优势

2.1 砝码组的运用

使用该套电梯载荷试验用砝码组进行电梯载荷试验，检查水砝码1的零部件后将水砝码1的快速接头2与外置的供水系统连接，用搬运工具将空的水砝码1运送至待检测电梯附近，开启供水系统、打开阀门，开始向水砝码1 内部注水。水砝码1 中注满测量所需的水量后，再搬运至轿厢内进行检测。检测结束后，若还有其他电梯需要检测，则用搬运工具将装满水的水砝码1 直接移动至待测电梯中；若所有的电梯都测量结束，将快速接头2 与外置的供水系统连接，将水砝码1中的水再输送回供水系统中，将空的水砝码1 搬运回输送装置上。

2.2 砝码组的优势

（1）该电梯载荷试验用砝码组本身的结构简单，制作成本较低、稳定性较强，相较于之前延长了砝码的使用寿命。

（2）水口设置在整个水砝码的底部，并安装水口阀门和快速接头，可以与外置的供水系统配合，通过机械控制连接供水系统与水砝码，这样能更方便、精准地实现给水砝码注水、排水，既可以提高检测的效率，又节省了水资源，降低检测成本。

（3）用可以调整重量的硬质棱柱型的水砝码作为电梯载荷试验中的检测工具，通过向内部注入定量的水确定载荷重量，提高了电梯载荷试验的准确度。表面相对平整的棱柱型与内部空间呈长方体或正方体的电梯轿厢相适应，便于使用或储存时集中放置多个水砝码。

（4）水砝码的底部加装有加固框架，进一步提高了水砝码的结构强度，避免水砝码装满水后底部的水压对水砝码本身和轿厢造成损坏；底面与搬运坦克或起重撬棍配合，操作人员借用搬运工具可以轻松地将装满水的砝码组移动到其他轿厢，大大降低了连续检测过程中操作人员的劳动强度，提高了整体的检测效率。

3 结语

该电梯载荷试验用砝码组本身的结构简单，制作成本较低且稳定性较强，相较于之前延长了砝码的使用寿命。用可以调整重量的硬质棱柱型的水砝码作为电梯载荷试验中的检测工具，通过向内部注入定量的水以确定载荷重量，提高了电梯载荷试验的准确度；表面平整的棱柱型与内部空间呈长方体或正方体的电梯轿厢相适应，便于使用或储存时集中放置多个水砝码；操作人员用搬运工具移动该砝码组，大大降低了连续的电梯检测过程中操作人员的劳动强度，提高了整体的检测效率。