薛濤　彭啟鳳　黃國(guó)健　陳敏　劉金

（廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院）

基于故障樹(shù)的電梯門(mén)系統(tǒng)故障分析*

薛濤彭啟鳳黃國(guó)健陳敏劉金

（廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院）

電梯門(mén)是保護(hù)乘梯人員生命安全至關(guān)重要的一道防護(hù)屏障，然而因電梯門(mén)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(mén)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(mén)系統(tǒng)故障表現(xiàn)形式出發(fā)，建立了門(mén)系統(tǒng)故障樹(shù)模型，集中從電氣和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2方面對(duì)門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行安全分析、評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)改進(jìn)策略。實(shí)踐證明，本文提出的門(mén)系統(tǒng)故障分析改進(jìn)路線(xiàn)可為建立一個(gè)合理有效的電梯門(mén)系統(tǒng)故障分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)以及規(guī)劃改進(jìn)流程提供指導(dǎo)。

電梯；門(mén)系統(tǒng)；故障樹(shù)；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(lái)的電梯安全問(wèn)題也更加值得關(guān)注[1]。廣州市電梯安全運(yùn)行監(jiān)控中心的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表明：2014年電梯故障中門(mén)系統(tǒng)故障705起，占電梯內(nèi)因故障的32.65%。電梯門(mén)系統(tǒng)發(fā)生故障很可能造成人員擠壓、剪切、墜落等危險(xiǎn)[2-5]。因此研究合理的門(mén)系統(tǒng)故障分析方法可有效指導(dǎo)電梯運(yùn)行維護(hù)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(shù)分析技術(shù)是由美國(guó)的貝爾電報(bào)公司在1961開(kāi)發(fā)出來(lái)的[6]，它可以圍繞某一特定的故障進(jìn)行逐層深入的分析，通過(guò)樹(shù)狀的結(jié)構(gòu)形式，表達(dá)各事件之間的內(nèi)在聯(lián)系，便于在故障分析過(guò)程中快速找出薄弱環(huán)節(jié)，高效地解除故障。

電梯門(mén)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，零部件配合要求多，對(duì)電器控制及電器元件的要求較高，因而充分利用故障樹(shù)簡(jiǎn)單、清晰的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(shù)，區(qū)分故障類(lèi)型，對(duì)機(jī)械故障和電氣故障分別進(jìn)行分析討論，并建立一套電梯門(mén)系統(tǒng)故障分析流程。

1　故障樹(shù)的建立

在全面了解電梯門(mén)系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)門(mén)系統(tǒng)故障表現(xiàn)形式進(jìn)行歸類(lèi)。剖析每一類(lèi)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(shù)模型可以快速地診斷電梯故障原因，方便地對(duì)電梯故障維修資料、電梯監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等故障診斷資料進(jìn)行歸類(lèi)。

針對(duì)電梯門(mén)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障以及使用過(guò)程中各類(lèi)原因的故障統(tǒng)計(jì)分類(lèi)，將故障類(lèi)型分為電氣故障和機(jī)械故障2類(lèi)。電梯門(mén)電氣系統(tǒng)故障樹(shù)如圖1所示。

從電梯門(mén)系統(tǒng)故障表現(xiàn)形式來(lái)看，電梯門(mén)電氣系統(tǒng)的故障分為6大類(lèi)。

1) 到站平層不開(kāi)門(mén)。電梯運(yùn)行至指定層站不能正常開(kāi)門(mén)，容易造成乘梯人員的恐慌。其原因有：門(mén)機(jī)故障、由于門(mén)控制繼電器不能吸合而導(dǎo)致的開(kāi)門(mén)區(qū)域永磁繼電器損壞、開(kāi)門(mén)電氣回路故障、開(kāi)門(mén)繼電器損壞、二級(jí)開(kāi)門(mén)限位器損壞等。

2) 無(wú)法正常關(guān)門(mén)。電梯不能正常關(guān)門(mén)，導(dǎo)致電梯無(wú)法運(yùn)行。其原因有：關(guān)門(mén)繼電器損壞、門(mén)繼電器損壞、三級(jí)關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)損壞等。

3) 關(guān)門(mén)電梯不能正常起動(dòng)。其原因有：門(mén)鎖嚙合深度不夠、轎門(mén)關(guān)閉但轎門(mén)聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)未接通或?qū)娱T(mén)關(guān)閉但層門(mén)聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)未接通而導(dǎo)致的門(mén)鎖繼電器故障、運(yùn)行繼電器故障等。

4) 開(kāi)、關(guān)門(mén)過(guò)程無(wú)變速。GB 7588-2003[7]對(duì)與層門(mén)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的保護(hù)作了具體要求。開(kāi)關(guān)門(mén)過(guò)程無(wú)變速有可能導(dǎo)致電梯關(guān)門(mén)速度過(guò)快而夾人，或是關(guān)門(mén)速度過(guò)慢而導(dǎo)致電梯運(yùn)行效率降低等問(wèn)題。開(kāi)關(guān)門(mén)無(wú)變速的原因有：限位開(kāi)關(guān)損壞、分路電阻斷絲不通等。

圖1 電梯門(mén)電氣系統(tǒng)故障樹(shù)

5) 門(mén)未關(guān)電梯起動(dòng)。GB 7588-2003對(duì)電梯門(mén)鎖機(jī)構(gòu)有非常嚴(yán)格的要求，當(dāng)任一層層門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，電梯不能運(yùn)行。門(mén)未關(guān)電梯就起動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡事故。導(dǎo)致此類(lèi)故障的原因有：繼電器卡阻觸點(diǎn)常吸不放或微動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)鎖觸點(diǎn)粘連而導(dǎo)致的安全觸點(diǎn)失效、抱閘力不夠?qū)е碌牧锾莸取?/p>

6) 運(yùn)行過(guò)程中突然停梯。運(yùn)行中的突然停梯同樣會(huì)導(dǎo)致乘梯人員的恐慌，尤其是高速運(yùn)行的電梯，突然停梯會(huì)對(duì)電梯轎廂造成一定的沖擊，可能會(huì)危及乘梯人員的安全。導(dǎo)致此類(lèi)故障的原因有：門(mén)鎖臂脫開(kāi)而導(dǎo)致轎廂門(mén)刀與門(mén)輪相撞、門(mén)鎖繼電器失電等。

2　故障分析改進(jìn)路線(xiàn)

電梯門(mén)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致故障的發(fā)生[8]。對(duì)于原因明確的故障，如設(shè)計(jì)缺陷、操作模式不當(dāng)、操作手冊(cè)有誤等，可以通過(guò)采取適當(dāng)措施加以避免和控制。但對(duì)于原因不明確、隨機(jī)發(fā)生的故障，需要通過(guò)系統(tǒng)分析，找出故障根源，合理指導(dǎo)各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)工作，才能保證電梯不僅能夠輸送乘客，而且達(dá)到以安全舒適的方式實(shí)現(xiàn)搭載要求。合理的設(shè)計(jì)、正確的生產(chǎn)、安裝、維護(hù)；完善的設(shè)備管理等方式方法可為產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)的安全可靠運(yùn)行提供保障。電梯門(mén)系統(tǒng)故障分析改進(jìn)路線(xiàn)圖如圖2所示。

圖2 電梯門(mén)系統(tǒng)故障分析改進(jìn)路線(xiàn)圖

對(duì)于電氣故障，可以采用基于模板匹配的故障識(shí)別方法進(jìn)行診斷及評(píng)價(jià)。在檢驗(yàn)評(píng)價(jià)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)電梯門(mén)運(yùn)行故障的試驗(yàn)分析，可以找到門(mén)運(yùn)行故障時(shí)反映在電梯門(mén)機(jī)的電壓、電流變化特征。在故障特征基礎(chǔ)上研究基于模板匹配的電梯門(mén)運(yùn)行故障識(shí)別方法，迅速找到故障源，對(duì)門(mén)運(yùn)行故障進(jìn)行有效識(shí)別。同時(shí)對(duì)實(shí)物電梯進(jìn)行評(píng)價(jià)，以驗(yàn)證模板匹配度及準(zhǔn)確性。

機(jī)械故障表現(xiàn)為門(mén)板發(fā)生嚴(yán)重變形，相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件磨損嚴(yán)重等[9]。對(duì)于機(jī)械故障，可采用基于有限元的強(qiáng)度分析方法，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬仿真。分析各類(lèi)邊界條件下，各受力構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，分別確定各部件在承受靜態(tài)及動(dòng)態(tài)外力載荷作用下的應(yīng)力及變形，確定可能產(chǎn)生應(yīng)力集中的點(diǎn)，根據(jù)GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》及1號(hào)修改單[10]中關(guān)于層門(mén)強(qiáng)度的要求，確定層門(mén)結(jié)構(gòu)的性能要求。從承載能力方面對(duì)層門(mén)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于門(mén)靴、門(mén)板、門(mén)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(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。

3　結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)電梯門(mén)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行分類(lèi)匯總，建立了電梯門(mén)機(jī)械電氣故障的故障樹(shù)，并分析各種故障產(chǎn)生的原因。通過(guò)對(duì)電氣及機(jī)械故障的分析，基于安全分析評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、質(zhì)量管理、售后服務(wù)、檢驗(yàn)檢測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)由使用操作環(huán)節(jié)反饋回設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，并最終指導(dǎo)電梯門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，做到理論和實(shí)踐相結(jié)合，先理論后實(shí)踐再由實(shí)踐調(diào)整理論的良性循環(huán)。為建立一個(gè)合理有效的電梯門(mén)系統(tǒng)故障分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)以及規(guī)劃改進(jìn)流程提供指導(dǎo)。

[1] 王耿芳.電梯門(mén)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(mén)系統(tǒng)主要事故的分析與預(yù)防[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2006,22(1):13-14.

[3] 顧徐毅.基于風(fēng)險(xiǎn)的電梯安全評(píng)價(jià)方法研究[D].上海:上海交通大學(xué),2009.

[4] 徐金海.在用電梯安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的研究[D].杭州:浙江大學(xué),2012.

[5] 宗群,李光宇,郭萌.基于故障樹(shù)的電梯故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)[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(shù)分析電梯門(mén)系統(tǒng)故障[J].設(shè)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(guó)華,李剛,王新華,等.基于故障率修正的電梯系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2014,24(2):59-64.

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

[10] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第1號(hào)修改單[S]. 2015年第23號(hào),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(xué)碩士，機(jī)械工程師，電梯檢驗(yàn)員，主要研究方向：電梯安全檢測(cè)技術(shù)等。E-mail: 154881942@qq.com

廣州市創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)與共享專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（201509010008）；中國(guó)特種設(shè)備科技協(xié)作平臺(tái)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014SEK003、2014SEK002、2014SEK001）。