薛濤　彭啟鳳　黃國健　陳敏　劉金

（廣州特種機電設備檢測研究院）

基于故障樹的電梯門系統(tǒng)故障分析*

薛濤彭啟鳳黃國健陳敏劉金

（廣州特種機電設備檢測研究院）

電梯門是保護乘梯人員生命安全至關重要的一道防護屏障，然而因電梯門故障引發(fā)的事故卻一直占電梯事故的較大比例。為更好地分析、歸納電梯門系統(tǒng)故障原因，快速找出薄弱環(huán)節(jié)，高效解除故障，從電梯門系統(tǒng)故障表現(xiàn)形式出發(fā)，建立了門系統(tǒng)故障樹模型，集中從電氣和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2方面對門系統(tǒng)進行安全分析、評價，并提出相應改進策略。實踐證明，本文提出的門系統(tǒng)故障分析改進路線可為建立一個合理有效的電梯門系統(tǒng)故障分析評價系統(tǒng)以及規(guī)劃改進流程提供指導。

電梯；門系統(tǒng)；故障樹；模板匹配；有限元

0　引言

電梯是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊环N出行工具，電梯使用人數(shù)眾多，使用頻率高，隨之而來的電梯安全問題也更加值得關注[1]。廣州市電梯安全運行監(jiān)控中心的監(jiān)控數(shù)據(jù)表明：2014年電梯故障中門系統(tǒng)故障705起，占電梯內(nèi)因故障的32.65%。電梯門系統(tǒng)發(fā)生故障很可能造成人員擠壓、剪切、墜落等危險[2-5]。因此研究合理的門系統(tǒng)故障分析方法可有效指導電梯運行維護工作，從而提高電梯故障處置效率，減少故障的發(fā)生。

故障樹分析技術(shù)是由美國的貝爾電報公司在1961開發(fā)出來的[6]，它可以圍繞某一特定的故障進行逐層深入的分析，通過樹狀的結(jié)構(gòu)形式，表達各事件之間的內(nèi)在聯(lián)系，便于在故障分析過程中快速找出薄弱環(huán)節(jié)，高效地解除故障。

電梯門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式復雜，零部件配合要求多，對電器控制及電器元件的要求較高，因而充分利用故障樹簡單、清晰的結(jié)構(gòu)特點，可有效幫助分析人員快捷方便地找出故障原因。本文從故障的表現(xiàn)出發(fā)建立故障樹，區(qū)分故障類型，對機械故障和電氣故障分別進行分析討論，并建立一套電梯門系統(tǒng)故障分析流程。

1　故障樹的建立

在全面了解電梯門系統(tǒng)工作原理的基礎上，對門系統(tǒng)故障表現(xiàn)形式進行歸類。剖析每一類故障產(chǎn)生的深層原因，從系統(tǒng)層面一直分解到各零部件。利用故障樹模型可以快速地診斷電梯故障原因，方便地對電梯故障維修資料、電梯監(jiān)控數(shù)據(jù)等故障診斷資料進行歸類。

針對電梯門系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障以及使用過程中各類原因的故障統(tǒng)計分類，將故障類型分為電氣故障和機械故障2類。電梯門電氣系統(tǒng)故障樹如圖1所示。

從電梯門系統(tǒng)故障表現(xiàn)形式來看，電梯門電氣系統(tǒng)的故障分為6大類。

1) 到站平層不開門。電梯運行至指定層站不能正常開門，容易造成乘梯人員的恐慌。其原因有：門機故障、由于門控制繼電器不能吸合而導致的開門區(qū)域永磁繼電器損壞、開門電氣回路故障、開門繼電器損壞、二級開門限位器損壞等。

2) 無法正常關門。電梯不能正常關門，導致電梯無法運行。其原因有：關門繼電器損壞、門繼電器損壞、三級關門限位開關損壞等。

3) 關門電梯不能正常起動。其原因有：門鎖嚙合深度不夠、轎門關閉但轎門聯(lián)鎖開關未接通或?qū)娱T關閉但層門聯(lián)鎖開關未接通而導致的門鎖繼電器故障、運行繼電器故障等。

4) 開、關門過程無變速。GB 7588-2003[7]對與層門運動相關的保護作了具體要求。開關門過程無變速有可能導致電梯關門速度過快而夾人，或是關門速度過慢而導致電梯運行效率降低等問題。開關門無變速的原因有：限位開關損壞、分路電阻斷絲不通等。

圖1 電梯門電氣系統(tǒng)故障樹

5) 門未關電梯起動。GB 7588-2003對電梯門鎖機構(gòu)有非常嚴格的要求，當任一層層門處于開啟狀態(tài)時，電梯不能運行。門未關電梯就起動可能會導致嚴重的人員傷亡事故。導致此類故障的原因有：繼電器卡阻觸點常吸不放或微動開關門鎖觸點粘連而導致的安全觸點失效、抱閘力不夠?qū)е碌牧锾莸取?/p>

6) 運行過程中突然停梯。運行中的突然停梯同樣會導致乘梯人員的恐慌，尤其是高速運行的電梯，突然停梯會對電梯轎廂造成一定的沖擊，可能會危及乘梯人員的安全。導致此類故障的原因有：門鎖臂脫開而導致轎廂門刀與門輪相撞、門鎖繼電器失電等。

2　故障分析改進路線

電梯門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復雜，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會導致故障的發(fā)生[8]。對于原因明確的故障，如設計缺陷、操作模式不當、操作手冊有誤等，可以通過采取適當措施加以避免和控制。但對于原因不明確、隨機發(fā)生的故障，需要通過系統(tǒng)分析，找出故障根源，合理指導各個環(huán)節(jié)的相關工作，才能保證電梯不僅能夠輸送乘客，而且達到以安全舒適的方式實現(xiàn)搭載要求。合理的設計、正確的生產(chǎn)、安裝、維護；完善的設備管理等方式方法可為產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)的安全可靠運行提供保障。電梯門系統(tǒng)故障分析改進路線圖如圖2所示。

圖2 電梯門系統(tǒng)故障分析改進路線圖

對于電氣故障，可以采用基于模板匹配的故障識別方法進行診斷及評價。在檢驗評價過程中，通過對電梯門運行故障的試驗分析，可以找到門運行故障時反映在電梯門機的電壓、電流變化特征。在故障特征基礎上研究基于模板匹配的電梯門運行故障識別方法，迅速找到故障源，對門運行故障進行有效識別。同時對實物電梯進行評價，以驗證模板匹配度及準確性。

機械故障表現(xiàn)為門板發(fā)生嚴重變形，相關結(jié)構(gòu)構(gòu)件磨損嚴重等[9]。對于機械故障，可采用基于有限元的強度分析方法，對結(jié)構(gòu)進行模擬仿真。分析各類邊界條件下，各受力構(gòu)件的強度、剛度及穩(wěn)定性，分別確定各部件在承受靜態(tài)及動態(tài)外力載荷作用下的應力及變形，確定可能產(chǎn)生應力集中的點，根據(jù)GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》及1號修改單[10]中關于層門強度的要求，確定層門結(jié)構(gòu)的性能要求。從承載能力方面對層門機械結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計。對于門靴、門板、門掛輪、鎖鉤等主要受力構(gòu)件，還需分析其抗沖擊性能，判斷結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力是否能夠達到設計及規(guī)范的要求。

3　結(jié)語

本文對電梯門系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種故障進行分類匯總，建立了電梯門機械電氣故障的故障樹，并分析各種故障產(chǎn)生的原因。通過對電氣及機械故障的分析，基于安全分析評價指標，對研發(fā)、設計、生產(chǎn)、質(zhì)量管理、售后服務、檢驗檢測各個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題進行分析，從而實現(xiàn)由使用操作環(huán)節(jié)反饋回設計環(huán)節(jié)，并最終指導電梯門系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)，做到理論和實踐相結(jié)合，先理論后實踐再由實踐調(diào)整理論的良性循環(huán)。為建立一個合理有效的電梯門系統(tǒng)故障分析評價系統(tǒng)以及規(guī)劃改進流程提供指導。

[1] 王耿芳.電梯門系統(tǒng)故障的診斷和處理[J].江蘇電器,2005(3):29-31.

[2] 劉秀華,張興法.電梯門系統(tǒng)主要事故的分析與預防[J].中國特種設備安全,2006,22(1):13-14.

[3] 顧徐毅.基于風險的電梯安全評價方法研究[D].上海:上海交通大學,2009.

[4] 徐金海.在用電梯安全風險評價體系的研究[D].杭州:浙江大學,2012.

[5] 宗群,李光宇,郭萌.基于故障樹的電梯故障診斷專家系統(tǒng)設計[J].控制工程,2013,20(2):305-308.

[6] 杜碧華,張思宇,楊順坤,等.基于故障樹分析電梯門系統(tǒng)故障[J].設備管理與維修,2015(3):27-28.

[7] GB 7588-2003.電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].2003.

[8] 陳國華,李剛,王新華,等.基于故障率修正的電梯系統(tǒng)風險模糊綜合評價研究[J].中國安全科學學報,2014,24(2):59-64.

[9] 劉鑫培,芮延年,劉開強.一種超大噸位電梯轎廂架有限元分析[J].機械工程師,2008(4):90-92.

[10] 國家標準化管理委員會. GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》國家標準第1號修改單[S]. 2015年第23號,2015年7月16日.

Fault Analysis and Evaluation Method of Elevator Door System Based on Fault Tree

Xue TaoPeng QifengHuang GuojianChen MinLiu Jin
(Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing)

Elevator door is a vital security barrier in protecting the safety of persons boarding. In order to analyze and summarize the reasons of the elevator door system failure, quickly identify weaknesses and failure, the paper establishes a door system fault tree model. From analysis of electrical and structural systems, the door system fault analysis and improvement course can be established as process improvement guidance.

Elevator; Door Systems; Fault Tree; Template Matching; Finite Element Method

薛濤，男，1983年生，工學碩士，機械工程師，電梯檢驗員，主要研究方向：電梯安全檢測技術(shù)等。E-mail: 154881942@qq.com

廣州市創(chuàng)新平臺建設與共享專項項目（201509010008）；中國特種設備科技協(xié)作平臺科技計劃項目（2014SEK003、2014SEK002、2014SEK001）。