曳引式电梯定期载荷试验的必要性探讨

焦一帆

（深圳市特种设备安全检验研究院，广东深圳 518029）

0 引言

自2017年10月国家质检总局办公厅发布的《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》[1]改单执行以来，电梯载荷试验工作已在全国范围内陆续开展，并发挥了其防微杜渐的积极作用。同时，电梯监管部门也随之加大监管力度和载荷试验抽查的频次。但社会上对实施载荷试验的反对意见及对其必要性的争论仍时有发生。2019年5月，国家市场监督管理总局的一条公众留言在业内形成热议，大致内容为：深圳某小区业委会对于法定检验中125%额定载重量制动试验项目提出异议，并从试验目的、试验风险、费用开支及法律风险等方面否定载荷试验的必要性，进而建议全面暂缓住宅小区电梯进行该试验。作为一个从事电梯检验检测工作超过十年的专业技术人员，作者将从相关部件失效风险、事故统计分析、各地区政策对比、载荷试验中发现的问题和隐患情况、载荷试验的可替代性分析及试验数据和制动力矩的分析等方面进行研究和探讨，阐述曳引式电梯定期载荷试验的必要性和其重要作用。

1 概念综述及政策解析

1.1 载荷试验的目的

截至2018年底，全国特种设备总量达1 394.35万台，其中电梯627.83万台。数量庞大的电梯设备在不断地改善我们的生活和工作的便利性，提高出行及工作效率的同时，随着在用电梯使用年限和使用频次的增加及电梯主要零部件的磨损老化，出现事故的风险也随之增加。实施载荷试验可直接和有效地发现电梯隐患和失效部件，并评估各部件的性能和老化程度，以便及时采取措施消除隐患。

1.2 载荷试验的概念、分类和作用

载荷试验在相关标准及检规中并没有明确的概念，可将其理解为需要电梯轿厢负载一定重量的实际载荷进行的一系列试验的总称。

按照试验内容可分为：平衡系数试验、轿厢超载保护装置功能试验、限速器-安全钳试验、运行试验、静态曳引检查、下行制动工况曳引检查、制动试验。按试验的作用又可分为新装电梯载荷试验和在用电梯载荷试验，前者作用主要是考核验证制造安装的有关安全性能符合要求；后者的作用主要是发现电梯在使用过程中发生变化造成的问题，并验证在用电梯的有关安全性能是否符合要求。

下行制动工况曳引检查和制动试验的试验方法相似，但试验目的和侧重点不同。前者检验的是制动工况下曳引轮与钢丝绳之间的曳引能力，而后者的主要作用是验证乘客电梯在载有125%额定载荷状态下（来自于GB7588-2003 12.4.2.1要求）的制动性能（极限试验），其目的是考察驱动主机在停止运转后，电梯轿厢的减速度超过了安全钳的减速度而造成限速器-安全钳的联动，或超过了轿厢冲击到缓冲器所产生的减速度而造成轿厢的变形。

1.3 检规2号修改单及载荷试验的现状

检规2号修改单第34条，增加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。

在目前的法定检验中，限速器-安全钳试验只在监督检验时进行；静态曳引能力试验只在认定曳引轮槽磨损且轿厢面积超标的载货电梯进行；平衡系数试验、轿厢超载保护功能试验和运行试验由维护保养单位每5年进行一次试验并提供试验报告，监管部门不定期进行抽查；制动试验由维护保养单位每5年进行一次试验，检验人员在定期检验时进行现场观察、确认。

其中，需定期进行的载荷试验项目为：平衡系数试验、超载保护功能试验、运行试验及制动试验。制动试验的重要程度、试验成本、安全性要求、现场实施难度和社会争议度都较高，定期进行该试验的必要性是本文探讨的重点。

2 网络热议话题解析

在国家质检总局公众留言中，用户建议全面暂缓住宅小区电梯制动试验，并列出3条意见。

（1）住宅用电梯不太可能出现轿厢负载125%额定载荷并且同时断电的极端情形。首先，轿厢超载保护装置在国标GB7588-2003和检规中的要求均为：轿厢载荷达到额定载荷的110%以内动作。此装置在使用过程中，会由于震动、电路故障、机械卡阻或轿厢内载荷分布均匀程度的变化等原因导致其动作载荷出现偏差，极有可能出现达到125%额定载荷运行的情形。在这种工况下运行的电梯，由于门锁、安全回路、电路过载等原因出现意外制停的情况也极有可能发生。

（2）该试验存在一定风险，可能对老旧设备及试验人员造成伤害，从而造成责任归属的争议。制动试验所验证的是电梯制动系统是否能继续达到原设计生产的能力，电梯的大多数安全保护装置都依赖于制动系统的最终执行来保障电梯安全。在TSG T5002 A4年度维保项目中包含了这个试验要求。所以，不论电梯的新旧程度和使用环境如何，其对制动性能的要求是相同并且是苛刻的。对于试验中若不是按照试验步骤进行，有可能对轿厢、导轨等造成变形损坏的情况，要做的是严格按照试验程序和使用单位的安全规章制度操作，能够避免不必要的损坏或将风险控制在最低程度。从深圳特检院实施制动试验以来的情况来看，共进行该试验3万余台次，仅在初始阶段出现1次设备损坏现象，其余试验现场均未出现问题。可见，该试验的风险在很大程度上是可控的。

（3）该试验所需的成本较高，给小区及物业带来巨大的经济压力。住宅小区电梯的所有权虽然是全体业主，但电梯作为公共交通工具，使用者不但有业主，还有家属、访客、工作人员等。为了节省小区物业及业委会的运营开支，而让所有电梯使用者承担安全风险，这是否为该业委会提出上述问题的初衷，需要业委会和全体业主认真的斟酌和思考。

3 必要性研究

3.1 须通过载荷试验发现的失效风险

电梯在使用过程中由于电气和机械部件的老化、磨损、工作环境变化、外力作用、人为损坏等原因，会造成部件失效或参数性能变化等问题，致电梯故障或形成隐患。其中一部分问题为电梯“显疾”，可在使用或定期维护保养过程中发现，如钢丝绳断丝断股、钢丝绳脱槽、防夹人装置失效等。另一部分问题为电梯“隐疾”，则需要通过载荷试验才可发现。以下归纳出通过载荷试验才可以发现的几类失效风险[2]：（1）工作制动器制动力不足；（2）曳引能力变化；（3）平衡系数不符合制造（改造）单位设计；（4）安全钳在重载状况下失效；（5）超载保护装置动作载荷出现偏差或失效；（6）主机或轿厢固定不牢，连接件强度和刚性降低（图1）；（7）悬挂装置抗拉能力降低（图2）；（8）减速箱齿轮疲劳或断裂。

图2 钢丝绳绳头在制动试验中断裂

图1 支撑主机槽钢变形

3.2 相关事故统计

2005年至2013年全国典型事故案例共86例（非总事故数）[3]，包括了曳引式电梯、自动扶梯和自动人行道、简易电梯、杂物电梯、液压电梯等设备在施工、使用、改造修理过程中发生事故。其中，曳引式电梯在使用过程中发生的事故共计40起，伤亡人数共计58人。事故原因及伤亡人数分布如表1所示。

表1 事故伤亡情况分布

事故原因中，制动力不足、钢丝绳断裂、平衡系数不合格、减速箱齿轮断裂等原因均可通过载荷试验提前发现事故隐患，避免事故发生。其中，制动力不足造成人员伤亡的事故共计11起，人员伤亡27人次，占所有事故伤亡人数的46.5%。由典型事故的原因分类分析可见，通过载荷试验，可提前发现绝大多数机械部件失效引起的事故隐患，并避免半数的人员伤亡。

3.3 载荷试验中发现的问题和隐患

深圳市目前拥有在用电梯数量14.6万台，其中乘客电梯9.8万台，几乎涵盖了所有品牌、类型的电梯，具有重要的参考价值。从近两年载荷试验抽查和制动试验现场观察情况（表2）来看，抽查中发现的主要问题为，平衡系数不符合要求及轿厢超载保护装置失效。制动试验中发现的问题有：在加载试验砝码时溜梯；制动时不能有效制停轿厢等，上述问题所占比例较小，但危险性及可能造成的后果非常严重，通过制动试验及时发现并消除隐患势在必行。

表2 载荷试验数据

3.4 国内外相关政策对比

各个国家和地区针对电梯的法律法规和标准各不相同，制造、安装、监管、检验的方式和要求也各不相同，但对于电梯主要部件安全的重视程度却是相同的。作者对比美国标准ASME A17.1、英国在用电梯补充试验指引以及中国香港的《升降机及自动梯条例》中关于125%额定载荷制动试验的相关要求。

3.4.1 美国标准ASME A17.1a-2008

由美国机械工程师学会（ASME）制定的A17系列标准是美国最具主导型和最重要的电梯标准，同时也是美国国家标准（ANSI标准）[4]。在ASME A17.1a-2008电梯和自动扶梯安全规范8.6.4.20中规定，对于允许运载乘客的客梯和货梯，每5年使用125%额定载重量进行一次制动试验测试。其5年周期的测试除了制动系统外，还包括了轿厢和对重安全钳、限速器校验、液压缓冲器、应急和备用电源操作、端站紧急停止装置和限速装置、门的自动开启、平层区域和平层速度、内部的平层区域、紧急停止距离、紧急制动器。这些测试从项目数量、操作难度和要求都高于国内检规。

3.4.2 英国在用电梯补充试验指引

英国在用电梯补充试验指引（UK Guidelines on the supplementary tests of in service lifts 2006）条款中规定了终端强制减速装置、安全齿轮系统、上行超速保护装置、耗能型缓冲器、牵引、制动和校平装置，平衡系数等项目的试验要求。其中对于制动系统的要求为：当无法用其他方式确认制动系统工作状况时，应由电梯主管人员确定时间间隔进行载荷测试。

3.4.3 中国香港《升降机及自动梯条例》

中国香港的《升降机及自动梯条例》是由中国香港特别行政区立法会颁布的法律[6]。其中关于电梯载荷试验的条目为23条、24条、附表5和附表6。该条例要求电梯的负责人须安排电梯注册工程师在不超过5年的间隔内，对该电梯进行载荷试验。试验方法在附表6中作出了详细要求，与检规基本一致。值得注意的是，该条例为中国香港立法会通过的法律，违反该条例要求即属犯罪，电梯负责人可能会被判刑并罚款。

可见，定期进行载荷试验是经过对电梯部件和整机综合安全考量而制定的试验规则。我国的检规也沿用了此规则。

3.5 载荷试验是否可被替代

为了节省载荷试验所造成的经济、时间上的损耗，以及减少设备损坏的风险，国内外的电梯从业人员和科研人员一直在不遗余力地寻找替代或部分替代载荷试验的方法，常见如下：

（1）电梯空载平衡系数检测装置。通过安装在选取曳引绳段的上夹具、液压缸组件、下夹具和拉力传感器等部件实现平衡系数的空载测量[7]；

（2）无载荷的电梯称重超载保护装置检验。通过向橡胶垫、弹簧施加力，模拟轿厢载荷进行超载保护装置的有效性验证[8]。

类似于上述使用无载荷方式测量测试的专利和方法，在实际应用中，其只能替代载荷试验的部分项目，无法替代制动试验、曳引能力试验、运行试验等项目。其次，现场操作时会受到电梯部件规格、部件安装位置、部件磨损程度、测量工具安装位置等因素的影响和制约，可能导致测量难度增加或测量精准度不受控等情况。最后，无载荷方式的测量需要进行前期安装和调试等准备工作，其便利性是否优于传统的载荷试验方式还值得商榷。

实践是检验真理的唯一标准，上述专利和方法并未在国内外广泛应用，大多数仅停留在理论阶段。目前多数国家和地区仍然保留载荷试验，并还在不断改进载荷试验方法的准确性和便利性。

3.6 现场试验数据分析

作者在试验过程中使用电梯/扶梯综合品质分析仪（EVA-625）记录其运行数据。试验内容为125%额定载荷的制动试验以及100%额定载荷的单边制动器制动试验。通过对现场试验数据的分析，可发现更多问题和隐患，以下为单边制动测试中发现的制动器卡阻现象。

试验电梯为一台沃克斯电梯（中国）有限公司2014年生产的曳引式乘客电梯，额定载重量1 350 kg，额定速度2.5 m/s，20层12站。在进行额定载荷单边制动试验时，速度和加速度波形如图3所示。图中的速度和加速度波形为轿厢载有额定载重量的砝码从顶楼以额定速度向下（Z轴方向）运行至32 s左右开始紧急制停，直至55 s制停结束轿厢完全静止。其中，①阶段为电梯下行启动加速阶段；②、③阶段为电梯紧急制停阶段。

图3 速度和加速度波形图

在制动②阶段，平均减速度为0.259 m/s2，而制动③阶段，平均减速度为1.260 m/s2。从波形图中可以直观地看到，加速度在前后两个阶段的值发生明显变化，可见制动系统提供的制动力矩也发生了突然变化。通过对比其他电梯制动波形可以确定此次制停为非正常制停，造成这种现象的原因可能为制动器发生阶段性卡阻所致，该卡阻现象虽然未造成严重后果，但如未能及时处理，将可能导致制动器进一步卡阻或失效。所以，通过在载荷试验过程中增加加速度测试等附加项目并进行必要的分析，可以发现更多类似问题和隐患。

4 结束语

电梯是生活工作中必不可少的交通工具，合格的安全性能是电梯正常使用的必要条件，也是所有电梯使用者最为关注和担忧的指标。载荷试验作为检验电梯制动性能、曳引性能的重要方式，在各个国家和地区都备受重视并被强制执行。在载荷试验中，可以发现并及时排除不易发现的电梯部件故障和多项安全隐患，能够有效避免相关安全事故发生并减少近半数的人员伤亡。电梯检验部门也会继续不遗余力地研发和改进载荷试验的方法和内容。