背包式电梯乘运质量试验与分析

冯双昌 沈文浩

（上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062）

随着国民经济的高速发展和现代化进程的不断加快，人们对电梯这类垂直交通运输工具的需求日益增加。虽然我国已经成为全球电梯保有量最多的国家，但电梯仍然不能满足人们的需求。当前人们对电梯的需求主要集中在3 点：1）既有多层住宅加装电梯的社会需求巨大；2）老旧电梯升级改造的需求巨大；3）原有电梯运送能力不足与当前巨大人流量的矛盾非常突出。近几年，国务院工作报告和各地方的工作报告中均提到，鼓励有条件的住宅加装电梯，提高生活质量，解决老龄化社会的老人出行难题[1]。并且随着人们生产生活节奏的加快，按照以往垂直交通流量负荷设计的电梯远远不能满足现代化社会的需求，尤其是办公楼内电梯早晚高峰运送能力不足的问题非常突出。综上所述，无论是既有建筑内新电梯的加装，还是既有建筑内原电梯的升级改造都涉及电梯行业内的一个难点——在既有建筑的有限空间内，如何最大限度地提升电梯的运送能力。

在别墅电梯市场已得到广泛应用的背包式电梯，因其独特的结构特点和优势，可以最大限度地利用井道面积，提升电梯轿厢面积和额定载重量。目前国内已有电梯制造单位将背包式电梯技术从别墅电梯市场推广应用于办公楼、居民小区等市场，推出了额定速度、额定载重量和提升高度均与传统电梯对标的新型背包式电梯。

1 背包式电梯研究现状

目前常见背包式电梯的额定载重量在1 000 kg 以下，额定速度和提升高度也比较低，在别墅电梯市场非常受欢迎。与传统意义上的电梯相比，背包式电梯的导轨布置方式有很大的不同。传统电梯的主导轨布置方式是在轿厢左右两侧分别设置，而背包式电梯的结构打破这一常理，把主导轨与副导轨均置于轿厢的同一侧[2]。图1 所示为背包式电梯结构图。

图1 背包式电梯结构

由于背包式电梯将轿厢导轨、对重导轨均布置在轿厢的同一侧，不需要同时占用不同侧的井道空间，因此轿厢面积就可以设计得尽量大，轿厢壁尽量靠近层门侧井道壁和左右两侧井道壁，充分有效地利用井道空间。另外，背包式电梯可以采用2：1 的绕绳方式，不但节能，而且大大降低对顶层和底坑尺寸的要求[3]。在既有建筑内井道空间不允许增大的情况下，选择背包式电梯能够充分使用原井道面积，提高轿厢面积和额定载重量。

但是，背包式电梯具有上述优势的同时，也有天然的劣势。背包式电梯的布局方式从结构上改变了导轨的受力方向，L 型轿厢架在实际应用中受到很大限制，这些可能都会对电梯的乘运质量产生影响。因此，非常有必要对背包式电梯的乘运质量开展相关试验与分析。

2 乘运质量试验

上海市杨浦区某办公楼内原有2 部规格、型号、井道尺寸完全相同的电梯，额定载重量均为1 000 kg。这2 部电梯投入使用已超25 年，额定载重量只有1 000 kg，不能满足用户需求，经常出现排队乘梯的情况，因此急需进行电梯升级。某电梯制造单位选择该办公楼开展示范应用，将2 部电梯全部拆除，一个井道安装了传统电梯（见图2），一个井道安装了背包式电梯（见图3）。

图2 传统电梯驱动主机

图3 背包式电梯驱动主机

该传统电梯的额定载重量仍为1 000 kg，而背包式电梯在不改变原井道结构尺寸情况下更改导轨安装位置，将导轨后置，增大了轿厢面积，电梯额定载重量由原来的1 000 kg 增加至1 350 kg，增容约35%，大大提升了运送能力[4]。

以该背包式电梯和传统电梯为样机，开展了乘运质量试验。图4 为现场试验情况。本次试验主要针对以下3 个问题开展研究：

图4 现场试验情况

1）背包式电梯乘运质量情况。按照GB/T 24474.1—2020《乘运质量测量 第1 部分：电梯》中的测量方法，测量仪器需在电梯空载情况下放置在轿厢中心位置。电梯正常上下运行，记录电梯振动、加速度、位移、噪音等数据，生成乘运质量报告，并将数据与GB/T 10058—2009《电梯技术条件》中的要求进行比较[5]。

2）背包式电梯在不同载荷下的振动变化情况。试验中，分别在电梯空载、半载、满载的情况下，将测量仪器放置在轿厢中心位置处，测量背包式电梯上行和下行的振动变化情况，并与传统电梯进行比较。

3）背包式电梯在轿厢内不同位置的振动情况。该背包式电梯轿厢导轨安置在后侧，采用L 型轿厢架，因此本次试验选择了距离轿厢导轨较远的轿厢门口位置开展空载和满载情况下的测试，并与轿厢中心位置的振动情况进行比较。

3 试验结果分析

3.1 背包式电梯乘运质量分析

根据GB/T 24474.1—2020 的要求，振动信号应采用峰峰值评价。电梯行业的经验也表明，峰峰值的振动评估与乘客的舒适感有特定的关联。峰峰值是指加速度曲线与零线连续有3 个交点，它们之间的正负极值之差，即为峰峰值。最大振动峰峰值是指在所定义的界限内所有峰峰值的最大值。A95 振动峰峰值是指在所定义界限内95%的峰峰值小于或等于的值。

本次试验中，使用电梯乘运质量测量仪ATL-370对背包式电梯的乘运质量进行测量，得到振动曲线图（见图5）和电梯运行性能检测报告（见图6）。分析可知，该背包式电梯的最大水平振动峰峰值为0.084 m/s2，最大垂直振动峰峰值为0.162 m/s2。

图5 背包式电梯运行振动曲线

图6 背包式电梯运行性能检测报告

GB/T 10058—2009 中3.3.5 条也明确了乘客电梯峰峰值的标准：“乘客电梯轿厢运行在恒加速区域内的垂直（z 轴）振动的最大峰峰值不应大于0.30 m/s2，A95 峰峰值不应大于0.20 m/s2；乘客电梯轿厢运行期间水平（x 轴和y 轴）振动的最大峰峰值不应大于0.20 m/s2，A95 峰峰值不应大于0.15 m/s2”。

分析可知，该背包式电梯的最大水平振动峰峰值为国家标准中规定数值的42%，最大垂直振动峰峰值为国家标准中规定数值的54%，均远小于上限值。可见，该背包式电梯的振动情况符合国家标准的相关要求。

3.2 背包式电梯在不同载荷下的振动分析

在空载、半载、满载情况下，分别对背包式电梯的轿厢进行振动测试。背包式电梯不同载荷下的振动数据见表1。为便于分析，将表1 中的数据绘制成柱状图，如图7 所示。

表1 背包式电梯不同载荷下的振动数据 m/s2

图7 背包式电梯不同载荷下的振动柱状图

由图7 可知，背包式电梯y 轴和z 轴最大振动随着载荷提升而减少，x 轴最大振动随着载荷增加反而增大。z 轴振动减小的主要原因可能是载荷增大，钢丝绳受到的拉力也增大，导致钢丝绳处于更加绷紧的状态，从而使z 轴的振动减小[6]。y 轴振动减小可能与轿厢内质量增加有关，质量增加导致同样的力造成的影响变小，从而使y 轴振幅减小。但是，x 轴的振动随着载荷的增加反而增加。

在空载、半载、满载情况下，分别对传统电梯的轿厢进行振动测试。传统电梯不同载荷下的振动数据见表2。

表2 传统电梯不同载荷下的振动数据 m/s2

对表2 中的数据进行分析可以发现，传统电梯y轴最大振动随着载荷提升而略微提高，x 轴和z 轴最大振动随着载荷增加反而减小。z 轴最大振动同样是减小的，与背包式电梯情况一致。但是x 轴和y 轴的振动情况与背包式电梯正好相反。分析认为，出现这种情况可能与导轨安装的方向有关。电梯在有导轨的方向上，振动会随着载荷的增大而增大；在与导轨垂直的方向上，振动会随着载荷的增大而减小。

3.3 各载荷下背包式电梯轿厢门口位置与轿厢中心位置的振动分析

在空载和满载情况下，分别在背包式电梯轿厢门口位置和轿厢中心位置开展振动测试，并将所得结果进行比较分析。试验数据见表3。

表3 背包式电梯轿厢门口位置和轿厢中心位置在不同载荷下的振动情况

背包式电梯的导轨设置于轿厢后侧，轿厢门口位置和轿厢中心位置相比，轿厢门口位置距离导轨较远，感觉该处的振动会更大。但是，对表3 进行分析可知，无论是空载情况还是满载情况，轿厢门口位置和轿厢中心位置的最大垂直振动值没有明显差异。试验结果与我们的直觉并不一致。究其原因可能是背包式电梯在上下运行过程中，导轨并未对轿厢产生z 轴方向上的卡阻。

4 结论

背包式电梯作为一种逐渐在办公楼、居民小区推广应用的新型电梯，在既有建筑不变的情况下能够大大提升电梯的运送能力。针对背包式电梯的乘运质量开展系列试验，分析了背包式电梯在不同工况下运行的最大加减速度、A95 加减速度、最大速度、V95 速度、最大加加速度、运行距离等，结果表明背包式电梯的乘运质量完全符合国家标准的相关要求，对其推广应用具有指导意义。