崔煜平

（陜西省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，陜西西安 710054）

0 引言

在高層建筑中，電梯是一種重要的機(jī)電設(shè)備，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)多種安全問題，影響電梯的安全性與穩(wěn)定性。電梯各方面的性能穩(wěn)定是保障電梯安全的重要組成部分，定期檢測(cè)電梯故障，及時(shí)維修與預(yù)防措施是保證電梯運(yùn)行安全的基礎(chǔ)。電梯的運(yùn)行方式有垂直運(yùn)行與傾斜運(yùn)行兩種，無論哪種運(yùn)行方式均是剛性導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。電梯運(yùn)行具有一定的導(dǎo)向性，能夠保證電梯有規(guī)律地沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。轎廂是電梯的主要裝置，主要作為承載乘客與貨物的部件。電梯的電力拖動(dòng)裝置控制著電梯的啟動(dòng)與關(guān)閉，受電機(jī)的動(dòng)力支持。安全保護(hù)裝置是電梯出現(xiàn)問題時(shí)控制電梯整體運(yùn)行的保障，監(jiān)控電梯運(yùn)行時(shí)的速度是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)，主要設(shè)置在電梯機(jī)房、井道、底坑中，通過監(jiān)控安全保護(hù)裝置，獲取電梯的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。電梯上行超速保護(hù)裝置是降低電梯危險(xiǎn)性的一種裝置，控制電梯上行的速度及運(yùn)行角度、軌跡。上行超速保護(hù)裝置的制動(dòng)能力較強(qiáng)，能夠在短時(shí)間內(nèi)幫助電梯轎廂制停與減速，具有獨(dú)立性能。電梯運(yùn)行故障造成的危險(xiǎn)有很多，如墜落、撞擊等，一旦電梯運(yùn)行中出現(xiàn)任何故障就對(duì)人們的生命安全造成重大威脅，使用電梯時(shí)要嚴(yán)格按照安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。本文提出了一種電梯上行超速保護(hù)裝置故障檢驗(yàn)方法，降低電梯超速的風(fēng)險(xiǎn)，提高電梯運(yùn)行的安全性。

1 電梯上行超速保護(hù)裝置故障檢驗(yàn)方法

1.1 電梯上行故障分析

居住位置較高樓層的人們對(duì)電梯的使用頻率較高，但是電梯難免會(huì)出現(xiàn)故障。一般電梯的故障分為電梯部分機(jī)械出現(xiàn)表面故障與電梯的控制保護(hù)裝置部件故障兩大類。機(jī)械故障在電梯運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的概率較小，一旦出現(xiàn)機(jī)械故障就會(huì)造成電梯停止運(yùn)作的時(shí)間較長(zhǎng)，維修也存在一定的困難，除了影響人們正常使用外，還可能造成人員傷亡的情況。大多數(shù)的電梯故障原因是保護(hù)裝置出現(xiàn)問題，電梯中各部位的元件較多，元件安裝得較分散，遍布于各個(gè)位置，出現(xiàn)故障難以準(zhǔn)確找出具體的故障點(diǎn)并維修。人們通常根據(jù)電梯故障的表現(xiàn)形式來判斷是內(nèi)部故障還是外部故障，確認(rèn)故障點(diǎn)的來源。

電梯運(yùn)行系統(tǒng)潤(rùn)滑度較低，導(dǎo)致部件之間的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生摩擦產(chǎn)生高溫，造成部件出現(xiàn)損壞。電梯使用的年限較長(zhǎng)，沒有及時(shí)檢測(cè)與更換部件的易損情況也是造成電梯上行故障的原因之一。平衡系統(tǒng)配置不當(dāng)引發(fā)轎廂底部發(fā)生位移，造成電路短路燒毀電器元件。電梯出現(xiàn)故障的表現(xiàn)形式包括振動(dòng)異常、運(yùn)行中產(chǎn)生噪聲等。

1.2 構(gòu)建電梯上行加速故障診斷樹

構(gòu)建電梯故障樹分析法是電梯安全分析方法中的一種，其本質(zhì)是一種FTA 邏輯形式，采用因果分析方式分析從整體至局部按枝干形式細(xì)化故障形成的原因。根據(jù)可能造成故障的因素分析，檢驗(yàn)故障之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

建立故障樹是深入認(rèn)識(shí)電梯系統(tǒng)的過程，能夠檢查出潛在因素對(duì)故障影響的途徑與程度，以顯現(xiàn)故障和電梯的缺陷。假設(shè)電梯故障事件是在一定條件下產(chǎn)生的，首先，要全面了解電梯的機(jī)械設(shè)備，主要了解電梯的運(yùn)行原理及故障位置點(diǎn)，深入分析設(shè)備與子系統(tǒng)，完善電梯資料，為建立故障樹提供基礎(chǔ)。將最嚴(yán)重的故障原因作為故障樹的枝干，從故障原因出發(fā)找出其他引發(fā)的因素，逐級(jí)追溯到最后的基本故障原因?yàn)橹?。根?jù)各級(jí)故障的邏輯關(guān)系，去除其中不可能導(dǎo)致的結(jié)果、原因，簡(jiǎn)化故障樹。

假設(shè)故障是由n 個(gè)部件組成，將電梯失效作為故障樹的枝干部分記為T，將部件的失效記為故障樹底部事件，將電梯的運(yùn)行狀態(tài)記為失效與成功兩種，底部事件表示為：

式（1）中，i=1，2，…，n 表示底部事件發(fā)生數(shù)量，故障診斷樹頂部事件包括兩種：

式（2）中，j=1，2，…，n 表示頂部事件發(fā)生數(shù)量。故障診斷樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)表達(dá)形式為：

找出電梯上行故障的最小分割集，列出所有導(dǎo)致頂部的故障因素并逐級(jí)分析處理，將得到的每個(gè)結(jié)果事件重復(fù)上述步驟，直至找出所有故障。因此，構(gòu)建電梯故障診斷樹結(jié)束后，獲取到所有導(dǎo)致故障發(fā)生的因素與故障出現(xiàn)的結(jié)果。

1.3 降噪處理故障特征參數(shù)

基于上述電梯上行加速故障診斷樹可知電梯故障的主要原因，根據(jù)故障點(diǎn)的位置信息獲取故障特征參數(shù)，將故障特征參數(shù)降噪優(yōu)化處理是檢驗(yàn)電梯上行加速故障的重要組成部分。電梯的上行超速故障診斷值通過特征參數(shù)的變化具體判斷。電梯在運(yùn)行中出現(xiàn)任何故障，其特征參數(shù)值均會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。將故障特征參數(shù)與電梯正常運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)數(shù)據(jù)相減，得到新的特征矢量。新的特征矢量是以特征參數(shù)差值重新構(gòu)建的故障特征矢量，在故障分類中提供的信息較多。故障特征矢量中的特征值存在聚類現(xiàn)象，說明電梯在正常和故障狀態(tài)時(shí)，特征值具有不同的聚類中心。為了保證獲取的故障狀態(tài)更加準(zhǔn)確，將電梯上行中的10 組故障狀態(tài)的故障特征矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表1）。

表1 電梯上行特征矢量值統(tǒng)計(jì)特性

由表1 可知，前4 個(gè)特征參數(shù)的特征值之間的標(biāo)準(zhǔn)差趨近于0，表明電梯正常運(yùn)行狀態(tài)特征參數(shù)變化的大小相當(dāng)。第5 個(gè)特征參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差較大，說明電梯出現(xiàn)故障的時(shí)候第5 個(gè)特征參數(shù)的變化較明顯，提供的故障診斷信息較多。根據(jù)特征參數(shù)聚類分析的變化，獲取電梯在加速上行與急停故障的數(shù)據(jù)變化情況，判別電梯的具體故障因素與影響。

1.4 上行超速保護(hù)裝置故障類型分類

上行超速保護(hù)裝置包括限速器、安全鉗及其他保護(hù)裝置，保護(hù)裝置中發(fā)生的任何故障都會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患。劃分上行超速保護(hù)裝置的故障類型能有效檢驗(yàn)出故障原因與位置。

一般情況下限速器的故障主要是由自身機(jī)械部件出現(xiàn)缺失以及電氣控制開關(guān)異常引起的。機(jī)械部件的缺失大多數(shù)是缺少潤(rùn)滑，導(dǎo)致上行下落的過程中摩擦運(yùn)動(dòng)過大致使部件損壞缺失。另一方面是鉗塊的固定與擺動(dòng)之間間隙較大，使鋼絲繩的加緊作用下降，不能在控制范圍內(nèi)提拉安全鉗。電氣控制開關(guān)異常多數(shù)是由于電梯在安裝過程中，開關(guān)位置設(shè)置不當(dāng)，不能及時(shí)觸發(fā)導(dǎo)致的。

電梯中的限速裝置能夠快速調(diào)節(jié)由于故障導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)速度過快的情況，在一定程度上降低電梯的上行超速。以電梯安全運(yùn)行速度標(biāo)準(zhǔn)值為依據(jù)，電梯的轎廂上行速度過快超過標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，需要結(jié)合對(duì)應(yīng)的實(shí)際情況以及電梯?？康臉菍?，采取對(duì)應(yīng)的降速措施。電梯的超速保護(hù)裝置是保障電梯安全運(yùn)行最重要的環(huán)節(jié)，應(yīng)按照國(guó)家的要求配備科學(xué)的保護(hù)裝置并定期排查故障。

通過上述方法構(gòu)建的電梯上行加速故障診斷樹，找出上行超速保護(hù)裝置中存在的危險(xiǎn)因素，根據(jù)電梯的使用頻率對(duì)裝置內(nèi)的部件定期清理檢驗(yàn)，保證電梯上行超速裝置的穩(wěn)定。監(jiān)控制動(dòng)器的雙向超速狀況，通過調(diào)整安全鉗控制電梯轎廂上行的速度。多數(shù)超速保護(hù)裝置失效的主要原因是自身質(zhì)量及內(nèi)部部件出現(xiàn)異常，在安裝上行超速保護(hù)裝置時(shí)應(yīng)當(dāng)全方面考慮電梯的工作狀態(tài)以及是否與曳引裝置吻合，避免電梯安全隱患，實(shí)現(xiàn)電梯上行超速保護(hù)裝置故障檢驗(yàn)。

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文提出的電梯上行超速保護(hù)裝置故障檢驗(yàn)方法的可行性，將本文提出的方法的均方根值與傳統(tǒng)的BP 網(wǎng)絡(luò)故障檢驗(yàn)方法的均方根值對(duì)比。實(shí)驗(yàn)選取轎廂故障、上行保護(hù)裝置限速器故障以及其他故障3 種電梯故障類型。

測(cè)試過程中，采集電梯故障的樣本總數(shù)，通過預(yù)測(cè)值與真實(shí)值計(jì)算MSE 均方根：

式（4）中，zi表示電梯故障的真實(shí)值；fi表示電梯故障的預(yù)測(cè)值。均方根值MSE 能夠反映出兩種檢驗(yàn)方法與真實(shí)值之間的實(shí)際差異，均方根值越小，則電梯故障檢驗(yàn)方法檢測(cè)的誤差越小。將兩種電梯故障檢驗(yàn)方法的檢測(cè)結(jié)果繪制成表2。

表2 兩種故障檢驗(yàn)方法檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

根據(jù)表2 可知，本文提出的電梯上行超速保護(hù)裝置故障檢驗(yàn)方法，故障檢驗(yàn)時(shí)間較短，計(jì)算出的MSE 均方根值與傳統(tǒng)方法存在較大差異，檢驗(yàn)結(jié)果的誤差率較小，對(duì)于電梯的故障檢驗(yàn)更加有效。

3 結(jié)束語

在高層建筑中，電梯是不可缺少的交通工具，電梯運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此，本文設(shè)計(jì)了電梯的上行超速保護(hù)裝置故障檢驗(yàn)方法，并通過分析電梯上行故障的類型與原因，設(shè)計(jì)了具體的故障檢驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的電梯故障檢驗(yàn)方法較傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法相比，檢測(cè)故障的時(shí)間更快，均方根值更小，檢驗(yàn)結(jié)果的誤差率更低，對(duì)電梯的故障檢測(cè)更加有效。在未來的研究中，可以進(jìn)一步深入研究電梯上行中的其他機(jī)械故障。