曳引式電梯定期載荷試驗的必要性探討

焦一帆

（深圳市特種設備安全檢驗研究院，廣東深圳 518029）

0 引言

自2017年10月國家質(zhì)檢總局辦公廳發(fā)布的《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》[1]改單執(zhí)行以來，電梯載荷試驗工作已在全國范圍內(nèi)陸續(xù)開展，并發(fā)揮了其防微杜漸的積極作用。同時，電梯監(jiān)管部門也隨之加大監(jiān)管力度和載荷試驗抽查的頻次。但社會上對實施載荷試驗的反對意見及對其必要性的爭論仍時有發(fā)生。2019年5月，國家市場監(jiān)督管理總局的一條公眾留言在業(yè)內(nèi)形成熱議，大致內(nèi)容為：深圳某小區(qū)業(yè)委會對于法定檢驗中125%額定載重量制動試驗項目提出異議，并從試驗目的、試驗風險、費用開支及法律風險等方面否定載荷試驗的必要性，進而建議全面暫緩住宅小區(qū)電梯進行該試驗。作為一個從事電梯檢驗檢測工作超過十年的專業(yè)技術人員，作者將從相關部件失效風險、事故統(tǒng)計分析、各地區(qū)政策對比、載荷試驗中發(fā)現(xiàn)的問題和隱患情況、載荷試驗的可替代性分析及試驗數(shù)據(jù)和制動力矩的分析等方面進行研究和探討，闡述曳引式電梯定期載荷試驗的必要性和其重要作用。

1 概念綜述及政策解析

1.1 載荷試驗的目的

截至2018年底，全國特種設備總量達1 394.35萬臺，其中電梯627.83萬臺。數(shù)量龐大的電梯設備在不斷地改善我們的生活和工作的便利性，提高出行及工作效率的同時，隨著在用電梯使用年限和使用頻次的增加及電梯主要零部件的磨損老化，出現(xiàn)事故的風險也隨之增加。實施載荷試驗可直接和有效地發(fā)現(xiàn)電梯隱患和失效部件，并評估各部件的性能和老化程度，以便及時采取措施消除隱患。

1.2 載荷試驗的概念、分類和作用

載荷試驗在相關標準及檢規(guī)中并沒有明確的概念，可將其理解為需要電梯轎廂負載一定重量的實際載荷進行的一系列試驗的總稱。

按照試驗內(nèi)容可分為：平衡系數(shù)試驗、轎廂超載保護裝置功能試驗、限速器-安全鉗試驗、運行試驗、靜態(tài)曳引檢查、下行制動工況曳引檢查、制動試驗。按試驗的作用又可分為新裝電梯載荷試驗和在用電梯載荷試驗，前者作用主要是考核驗證制造安裝的有關安全性能符合要求；后者的作用主要是發(fā)現(xiàn)電梯在使用過程中發(fā)生變化造成的問題，并驗證在用電梯的有關安全性能是否符合要求。

下行制動工況曳引檢查和制動試驗的試驗方法相似，但試驗目的和側重點不同。前者檢驗的是制動工況下曳引輪與鋼絲繩之間的曳引能力，而后者的主要作用是驗證乘客電梯在載有125%額定載荷狀態(tài)下（來自于GB7588-2003 12.4.2.1要求）的制動性能（極限試驗），其目的是考察驅(qū)動主機在停止運轉(zhuǎn)后，電梯轎廂的減速度超過了安全鉗的減速度而造成限速器-安全鉗的聯(lián)動，或超過了轎廂沖擊到緩沖器所產(chǎn)生的減速度而造成轎廂的變形。

1.3 檢規(guī)2號修改單及載荷試驗的現(xiàn)狀

檢規(guī)2號修改單第34條，增加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(qū)動主機停止運轉(zhuǎn)，試驗后轎廂應無明顯變形和損壞。

在目前的法定檢驗中，限速器-安全鉗試驗只在監(jiān)督檢驗時進行；靜態(tài)曳引能力試驗只在認定曳引輪槽磨損且轎廂面積超標的載貨電梯進行；平衡系數(shù)試驗、轎廂超載保護功能試驗和運行試驗由維護保養(yǎng)單位每5年進行一次試驗并提供試驗報告，監(jiān)管部門不定期進行抽查；制動試驗由維護保養(yǎng)單位每5年進行一次試驗，檢驗人員在定期檢驗時進行現(xiàn)場觀察、確認。

其中，需定期進行的載荷試驗項目為：平衡系數(shù)試驗、超載保護功能試驗、運行試驗及制動試驗。制動試驗的重要程度、試驗成本、安全性要求、現(xiàn)場實施難度和社會爭議度都較高，定期進行該試驗的必要性是本文探討的重點。

2 網(wǎng)絡熱議話題解析

在國家質(zhì)檢總局公眾留言中，用戶建議全面暫緩住宅小區(qū)電梯制動試驗，并列出3條意見。

（1）住宅用電梯不太可能出現(xiàn)轎廂負載125%額定載荷并且同時斷電的極端情形。首先，轎廂超載保護裝置在國標GB7588-2003和檢規(guī)中的要求均為：轎廂載荷達到額定載荷的110%以內(nèi)動作。此裝置在使用過程中，會由于震動、電路故障、機械卡阻或轎廂內(nèi)載荷分布均勻程度的變化等原因?qū)е缕鋭幼鬏d荷出現(xiàn)偏差，極有可能出現(xiàn)達到125%額定載荷運行的情形。在這種工況下運行的電梯，由于門鎖、安全回路、電路過載等原因出現(xiàn)意外制停的情況也極有可能發(fā)生。

（2）該試驗存在一定風險，可能對老舊設備及試驗人員造成傷害，從而造成責任歸屬的爭議。制動試驗所驗證的是電梯制動系統(tǒng)是否能繼續(xù)達到原設計生產(chǎn)的能力，電梯的大多數(shù)安全保護裝置都依賴于制動系統(tǒng)的最終執(zhí)行來保障電梯安全。在TSG T5002 A4年度維保項目中包含了這個試驗要求。所以，不論電梯的新舊程度和使用環(huán)境如何，其對制動性能的要求是相同并且是苛刻的。對于試驗中若不是按照試驗步驟進行，有可能對轎廂、導軌等造成變形損壞的情況，要做的是嚴格按照試驗程序和使用單位的安全規(guī)章制度操作，能夠避免不必要的損壞或?qū)L險控制在最低程度。從深圳特檢院實施制動試驗以來的情況來看，共進行該試驗3萬余臺次，僅在初始階段出現(xiàn)1次設備損壞現(xiàn)象，其余試驗現(xiàn)場均未出現(xiàn)問題?？梢?，該試驗的風險在很大程度上是可控的。

（3）該試驗所需的成本較高，給小區(qū)及物業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟壓力。住宅小區(qū)電梯的所有權雖然是全體業(yè)主，但電梯作為公共交通工具，使用者不但有業(yè)主，還有家屬、訪客、工作人員等。為了節(jié)省小區(qū)物業(yè)及業(yè)委會的運營開支，而讓所有電梯使用者承擔安全風險，這是否為該業(yè)委會提出上述問題的初衷，需要業(yè)委會和全體業(yè)主認真的斟酌和思考。

3 必要性研究

3.1 須通過載荷試驗發(fā)現(xiàn)的失效風險

電梯在使用過程中由于電氣和機械部件的老化、磨損、工作環(huán)境變化、外力作用、人為損壞等原因，會造成部件失效或參數(shù)性能變化等問題，致電梯故障或形成隱患。其中一部分問題為電梯“顯疾”，可在使用或定期維護保養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，如鋼絲繩斷絲斷股、鋼絲繩脫槽、防夾人裝置失效等。另一部分問題為電梯“隱疾”，則需要通過載荷試驗才可發(fā)現(xiàn)。以下歸納出通過載荷試驗才可以發(fā)現(xiàn)的幾類失效風險[2]：（1）工作制動器制動力不足；（2）曳引能力變化；（3）平衡系數(shù)不符合制造（改造）單位設計；（4）安全鉗在重載狀況下失效；（5）超載保護裝置動作載荷出現(xiàn)偏差或失效；（6）主機或轎廂固定不牢，連接件強度和剛性降低（圖1）；（7）懸掛裝置抗拉能力降低（圖2）；（8）減速箱齒輪疲勞或斷裂。

圖2 鋼絲繩繩頭在制動試驗中斷裂

圖1 支撐主機槽鋼變形

3.2 相關事故統(tǒng)計

2005年至2013年全國典型事故案例共86例（非總事故數(shù)）[3]，包括了曳引式電梯、自動扶梯和自動人行道、簡易電梯、雜物電梯、液壓電梯等設備在施工、使用、改造修理過程中發(fā)生事故。其中，曳引式電梯在使用過程中發(fā)生的事故共計40起，傷亡人數(shù)共計58人。事故原因及傷亡人數(shù)分布如表1所示。

表1 事故傷亡情況分布

事故原因中，制動力不足、鋼絲繩斷裂、平衡系數(shù)不合格、減速箱齒輪斷裂等原因均可通過載荷試驗提前發(fā)現(xiàn)事故隱患，避免事故發(fā)生。其中，制動力不足造成人員傷亡的事故共計11起，人員傷亡27人次，占所有事故傷亡人數(shù)的46.5%。由典型事故的原因分類分析可見，通過載荷試驗，可提前發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)機械部件失效引起的事故隱患，并避免半數(shù)的人員傷亡。

3.3 載荷試驗中發(fā)現(xiàn)的問題和隱患

深圳市目前擁有在用電梯數(shù)量14.6萬臺，其中乘客電梯9.8萬臺，幾乎涵蓋了所有品牌、類型的電梯，具有重要的參考價值。從近兩年載荷試驗抽查和制動試驗現(xiàn)場觀察情況（表2）來看，抽查中發(fā)現(xiàn)的主要問題為，平衡系數(shù)不符合要求及轎廂超載保護裝置失效。制動試驗中發(fā)現(xiàn)的問題有：在加載試驗砝碼時溜梯；制動時不能有效制停轎廂等，上述問題所占比例較小，但危險性及可能造成的后果非常嚴重，通過制動試驗及時發(fā)現(xiàn)并消除隱患勢在必行。

表2 載荷試驗數(shù)據(jù)

3.4 國內(nèi)外相關政策對比

各個國家和地區(qū)針對電梯的法律法規(guī)和標準各不相同，制造、安裝、監(jiān)管、檢驗的方式和要求也各不相同，但對于電梯主要部件安全的重視程度卻是相同的。作者對比美國標準ASME A17.1、英國在用電梯補充試驗指引以及中國香港的《升降機及自動梯條例》中關于125%額定載荷制動試驗的相關要求。

3.4.1 美國標準ASME A17.1a-2008

由美國機械工程師學會（ASME）制定的A17系列標準是美國最具主導型和最重要的電梯標準，同時也是美國國家標準（ANSI標準）[4]。在ASME A17.1a-2008電梯和自動扶梯安全規(guī)范8.6.4.20中規(guī)定，對于允許運載乘客的客梯和貨梯，每5年使用125%額定載重量進行一次制動試驗測試。其5年周期的測試除了制動系統(tǒng)外，還包括了轎廂和對重安全鉗、限速器校驗、液壓緩沖器、應急和備用電源操作、端站緊急停止裝置和限速裝置、門的自動開啟、平層區(qū)域和平層速度、內(nèi)部的平層區(qū)域、緊急停止距離、緊急制動器。這些測試從項目數(shù)量、操作難度和要求都高于國內(nèi)檢規(guī)。

3.4.2 英國在用電梯補充試驗指引

英國在用電梯補充試驗指引（UK Guidelines on the supplementary tests of in service lifts 2006）條款中規(guī)定了終端強制減速裝置、安全齒輪系統(tǒng)、上行超速保護裝置、耗能型緩沖器、牽引、制動和校平裝置，平衡系數(shù)等項目的試驗要求。其中對于制動系統(tǒng)的要求為：當無法用其他方式確認制動系統(tǒng)工作狀況時，應由電梯主管人員確定時間間隔進行載荷測試。

3.4.3 中國香港《升降機及自動梯條例》

中國香港的《升降機及自動梯條例》是由中國香港特別行政區(qū)立法會頒布的法律[6]。其中關于電梯載荷試驗的條目為23條、24條、附表5和附表6。該條例要求電梯的負責人須安排電梯注冊工程師在不超過5年的間隔內(nèi)，對該電梯進行載荷試驗。試驗方法在附表6中作出了詳細要求，與檢規(guī)基本一致。值得注意的是，該條例為中國香港立法會通過的法律，違反該條例要求即屬犯罪，電梯負責人可能會被判刑并罰款。

可見，定期進行載荷試驗是經(jīng)過對電梯部件和整機綜合安全考量而制定的試驗規(guī)則。我國的檢規(guī)也沿用了此規(guī)則。

3.5 載荷試驗是否可被替代

為了節(jié)省載荷試驗所造成的經(jīng)濟、時間上的損耗，以及減少設備損壞的風險，國內(nèi)外的電梯從業(yè)人員和科研人員一直在不遺余力地尋找替代或部分替代載荷試驗的方法，常見如下：

（1）電梯空載平衡系數(shù)檢測裝置。通過安裝在選取曳引繩段的上夾具、液壓缸組件、下夾具和拉力傳感器等部件實現(xiàn)平衡系數(shù)的空載測量[7]；

（2）無載荷的電梯稱重超載保護裝置檢驗。通過向橡膠墊、彈簧施加力，模擬轎廂載荷進行超載保護裝置的有效性驗證[8]。

類似于上述使用無載荷方式測量測試的專利和方法，在實際應用中，其只能替代載荷試驗的部分項目，無法替代制動試驗、曳引能力試驗、運行試驗等項目。其次，現(xiàn)場操作時會受到電梯部件規(guī)格、部件安裝位置、部件磨損程度、測量工具安裝位置等因素的影響和制約，可能導致測量難度增加或測量精準度不受控等情況。最后，無載荷方式的測量需要進行前期安裝和調(diào)試等準備工作，其便利性是否優(yōu)于傳統(tǒng)的載荷試驗方式還值得商榷。

實踐是檢驗真理的唯一標準，上述專利和方法并未在國內(nèi)外廣泛應用，大多數(shù)僅停留在理論階段。目前多數(shù)國家和地區(qū)仍然保留載荷試驗，并還在不斷改進載荷試驗方法的準確性和便利性。

3.6 現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)分析

作者在試驗過程中使用電梯/扶梯綜合品質(zhì)分析儀（EVA-625）記錄其運行數(shù)據(jù)。試驗內(nèi)容為125%額定載荷的制動試驗以及100%額定載荷的單邊制動器制動試驗。通過對現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)的分析，可發(fā)現(xiàn)更多問題和隱患，以下為單邊制動測試中發(fā)現(xiàn)的制動器卡阻現(xiàn)象。

試驗電梯為一臺沃克斯電梯（中國）有限公司2014年生產(chǎn)的曳引式乘客電梯，額定載重量1 350 kg，額定速度2.5 m/s，20層12站。在進行額定載荷單邊制動試驗時，速度和加速度波形如圖3所示。圖中的速度和加速度波形為轎廂載有額定載重量的砝碼從頂樓以額定速度向下（Z軸方向）運行至32 s左右開始緊急制停，直至55 s制停結束轎廂完全靜止。其中，①階段為電梯下行啟動加速階段；②、③階段為電梯緊急制停階段。

圖3 速度和加速度波形圖

在制動②階段，平均減速度為0.259 m/s2，而制動③階段，平均減速度為1.260 m/s2。從波形圖中可以直觀地看到，加速度在前后兩個階段的值發(fā)生明顯變化，可見制動系統(tǒng)提供的制動力矩也發(fā)生了突然變化。通過對比其他電梯制動波形可以確定此次制停為非正常制停，造成這種現(xiàn)象的原因可能為制動器發(fā)生階段性卡阻所致，該卡阻現(xiàn)象雖然未造成嚴重后果，但如未能及時處理，將可能導致制動器進一步卡阻或失效。所以，通過在載荷試驗過程中增加加速度測試等附加項目并進行必要的分析，可以發(fā)現(xiàn)更多類似問題和隱患。

4 結束語

電梯是生活工作中必不可少的交通工具，合格的安全性能是電梯正常使用的必要條件，也是所有電梯使用者最為關注和擔憂的指標。載荷試驗作為檢驗電梯制動性能、曳引性能的重要方式，在各個國家和地區(qū)都備受重視并被強制執(zhí)行。在載荷試驗中，可以發(fā)現(xiàn)并及時排除不易發(fā)現(xiàn)的電梯部件故障和多項安全隱患，能夠有效避免相關安全事故發(fā)生并減少近半數(shù)的人員傷亡。電梯檢驗部門也會繼續(xù)不遺余力地研發(fā)和改進載荷試驗的方法和內(nèi)容。