電梯上行超速保護裝置故障檢驗方法

崔煜平

（陜西省特種設備檢驗檢測研究院，陜西西安 710054）

0 引言

在高層建筑中，電梯是一種重要的機電設備，在長時間運行過程中會出現多種安全問題，影響電梯的安全性與穩定性。電梯各方面的性能穩定是保障電梯安全的重要組成部分，定期檢測電梯故障，及時維修與預防措施是保證電梯運行安全的基礎。電梯的運行方式有垂直運行與傾斜運行兩種，無論哪種運行方式均是剛性導軌運動。電梯運行具有一定的導向性，能夠保證電梯有規律地沿著導軌運動。轎廂是電梯的主要裝置，主要作為承載乘客與貨物的部件。電梯的電力拖動裝置控制著電梯的啟動與關閉，受電機的動力支持。安全保護裝置是電梯出現問題時控制電梯整體運行的保障，監控電梯運行時的速度是否符合安全標準，主要設置在電梯機房、井道、底坑中，通過監控安全保護裝置，獲取電梯的實時運行狀態。電梯上行超速保護裝置是降低電梯危險性的一種裝置，控制電梯上行的速度及運行角度、軌跡。上行超速保護裝置的制動能力較強，能夠在短時間內幫助電梯轎廂制停與減速，具有獨立性能。電梯運行故障造成的危險有很多，如墜落、撞擊等，一旦電梯運行中出現任何故障就對人們的生命安全造成重大威脅，使用電梯時要嚴格按照安全規范標準執行。本文提出了一種電梯上行超速保護裝置故障檢驗方法，降低電梯超速的風險，提高電梯運行的安全性。

1 電梯上行超速保護裝置故障檢驗方法

1.1 電梯上行故障分析

居住位置較高樓層的人們對電梯的使用頻率較高，但是電梯難免會出現故障。一般電梯的故障分為電梯部分機械出現表面故障與電梯的控制保護裝置部件故障兩大類。機械故障在電梯運行時出現的概率較小，一旦出現機械故障就會造成電梯停止運作的時間較長，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。大多數的電梯故障原因是保護裝置出現問題，電梯中各部位的元件較多，元件安裝得較分散，遍布于各個位置，出現故障難以準確找出具體的故障點并維修。人們通常根據電梯故障的表現形式來判斷是內部故障還是外部故障，確認故障點的來源。

電梯運行系統潤滑度較低，導致部件之間的轉動發生摩擦產生高溫，造成部件出現損壞。電梯使用的年限較長，沒有及時檢測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。平衡系統配置不當引發轎廂底部發生位移，造成電路短路燒毀電器元件。電梯出現故障的表現形式包括振動異常、運行中產生噪聲等。

1.2 構建電梯上行加速故障診斷樹

構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化故障形成的原因。根據可能造成故障的因素分析，檢驗故障之間的對應關系。

建立故障樹是深入認識電梯系統的過程，能夠檢查出潛在因素對故障影響的途徑與程度，以顯現故障和電梯的缺陷。假設電梯故障事件是在一定條件下產生的，首先，要全面了解電梯的機械設備，主要了解電梯的運行原理及故障位置點，深入分析設備與子系統，完善電梯資料，為建立故障樹提供基礎。將最嚴重的故障原因作為故障樹的枝干，從故障原因出發找出其他引發的因素，逐級追溯到最后的基本故障原因為止。根據各級故障的邏輯關系，去除其中不可能導致的結果、原因，簡化故障樹。

假設故障是由n 個部件組成，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，將電梯的運行狀態記為失效與成功兩種，底部事件表示為：

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

式（2）中，j=1，2，…，n 表示頂部事件發生數量。故障診斷樹的結構函數表達形式為：

找出電梯上行故障的最小分割集，列出所有導致頂部的故障因素并逐級分析處理，將得到的每個結果事件重復上述步驟，直至找出所有故障。因此，構建電梯故障診斷樹結束后，獲取到所有導致故障發生的因素與故障出現的結果。

1.3 降噪處理故障特征參數

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，根據故障點的位置信息獲取故障特征參數，將故障特征參數降噪優化處理是檢驗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的變化具體判斷。電梯在運行中出現任何故障，其特征參數值均會發生相應的變化。將故障特征參數與電梯正常運行狀態的參數數據相減，得到新的特征矢量。新的特征矢量是以特征參數差值重新構建的故障特征矢量，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象，說明電梯在正常和故障狀態時，特征值具有不同的聚類中心。為了保證獲取的故障狀態更加準確，將電梯上行中的10 組故障狀態的故障特征矢量數據進行統計（表1）。

表1 電梯上行特征矢量值統計特性

由表1 可知，前4 個特征參數的特征值之間的標準差趨近于0，表明電梯正常運行狀態特征參數變化的大小相當。第5 個特征參數的標準差較大，說明電梯出現故障的時候第5 個特征參數的變化較明顯，提供的故障診斷信息較多。根據特征參數聚類分析的變化，獲取電梯在加速上行與急停故障的數據變化情況，判別電梯的具體故障因素與影響。

1.4 上行超速保護裝置故障類型分類

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

一般情況下限速器的故障主要是由自身機械部件出現缺失以及電氣控制開關異常引起的。機械部件的缺失大多數是缺少潤滑，導致上行下落的過程中摩擦運動過大致使部件損壞缺失。另一方面是鉗塊的固定與擺動之間間隙較大，使鋼絲繩的加緊作用下降，不能在控制范圍內提拉安全鉗。電氣控制開關異常多數是由于電梯在安裝過程中，開關位置設置不當，不能及時觸發導致的。

電梯中的限速裝置能夠快速調節由于故障導致的運動速度過快的情況，在一定程度上降低電梯的上行超速。以電梯安全運行速度標準值為依據，電梯的轎廂上行速度過快超過標準值時，需要結合對應的實際情況以及電梯停靠的樓層，采取對應的降速措施。電梯的超速保護裝置是保障電梯安全運行最重要的環節，應按照國家的要求配備科學的保護裝置并定期排查故障。

通過上述方法構建的電梯上行加速故障診斷樹，找出上行超速保護裝置中存在的危險因素，根據電梯的使用頻率對裝置內的部件定期清理檢驗，保證電梯上行超速裝置的穩定。監控制動器的雙向超速狀況，通過調整安全鉗控制電梯轎廂上行的速度。多數超速保護裝置失效的主要原因是自身質量及內部部件出現異常，在安裝上行超速保護裝置時應當全方面考慮電梯的工作狀態以及是否與曳引裝置吻合，避免電梯安全隱患，實現電梯上行超速保護裝置故障檢驗。

2 對比實驗

為了驗證本文提出的電梯上行超速保護裝置故障檢驗方法的可行性，將本文提出的方法的均方根值與傳統的BP 網絡故障檢驗方法的均方根值對比。實驗選取轎廂故障、上行保護裝置限速器故障以及其他故障3 種電梯故障類型。

測試過程中，采集電梯故障的樣本總數，通過預測值與真實值計算MSE 均方根：

式（4）中，zi表示電梯故障的真實值；fi表示電梯故障的預測值。均方根值MSE 能夠反映出兩種檢驗方法與真實值之間的實際差異，均方根值越小，則電梯故障檢驗方法檢測的誤差越小。將兩種電梯故障檢驗方法的檢測結果繪制成表2。

表2 兩種故障檢驗方法檢測結果對比

根據表2 可知，本文提出的電梯上行超速保護裝置故障檢驗方法，故障檢驗時間較短，計算出的MSE 均方根值與傳統方法存在較大差異，檢驗結果的誤差率較小，對于電梯的故障檢驗更加有效。

3 結束語

在高層建筑中，電梯是不可缺少的交通工具，電梯運行的安全性與穩定性至關重要。因此，本文設計了電梯的上行超速保護裝置故障檢驗方法，并通過分析電梯上行故障的類型與原因，設計了具體的故障檢驗方法。實驗證明，本文提出的電梯故障檢驗方法較傳統檢驗方法相比，檢測故障的時間更快，均方根值更小，檢驗結果的誤差率更低，對電梯的故障檢測更加有效。在未來的研究中，可以進一步深入研究電梯上行中的其他機械故障。