電梯起重機(jī)械故障的診斷與治理

張理云ZHANG Li-yun

（宜春市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，宜春 336000）

0 引言

在電梯運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些事故，其中大部分是由于起重機(jī)設(shè)備出現(xiàn)了沖頂、溜梯、鋼絲繩斷裂等問題，不但會(huì)導(dǎo)致總費(fèi)用的上升，而且維護(hù)起來(lái)也會(huì)更加困難，會(huì)對(duì)人們的使用安全構(gòu)成極大的威脅和影響。從結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，目前吊裝設(shè)備大都是鋼制的，要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的管理和監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)安全事故。所以，對(duì)起重機(jī)械的故障進(jìn)行診斷與維修是非常有必要的。

1 電梯起重機(jī)械故障分析

1.1 機(jī)械的過度運(yùn)作導(dǎo)致故障

由于傳統(tǒng)的電梯切換負(fù)荷信號(hào)無(wú)法適應(yīng)不同的用戶需要，負(fù)荷過大時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些機(jī)械故障，為確保電流供電的穩(wěn)定性，一般電梯都會(huì)采取全新的調(diào)度群控系統(tǒng)，這樣有利于外界信號(hào)的傳輸[1]。并且隨著人們的生活節(jié)奏的加快，這種操作造成的故障也變得越來(lái)越難以控制，所以在非高峰時(shí)段，應(yīng)加大對(duì)電梯的保養(yǎng)與保護(hù)，以保障電梯在高峰期運(yùn)行能夠順利且通暢。

1.2 由潤(rùn)滑體系引起的失效

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，由于潤(rùn)滑系統(tǒng)的原因，導(dǎo)致的故障頻率很高。用螺絲固定，在不超過80%的電梯負(fù)荷下，開關(guān)不能響應(yīng)。到達(dá)時(shí)，電梯內(nèi)會(huì)以全負(fù)荷的方式傳送信號(hào)，當(dāng)達(dá)到110%時(shí)，即視為電梯超載。由于潤(rùn)滑系統(tǒng)在運(yùn)行中的損壞，導(dǎo)致其性能不斷下降，一旦出現(xiàn)潤(rùn)滑系統(tǒng)的故障，就會(huì)造成電梯在某種程度上的故障和損壞。

1.3 機(jī)械自然損壞

任何一種機(jī)械在使用了很多年后，都會(huì)產(chǎn)生一定的損耗，從而影響到機(jī)器的工作效率，從而引起一些故障[2]。所以在使用期間，必須定期檢查電梯。另外，這樣的損壞是很難避免的，所以，在設(shè)備的日常維修中，檢查起到了至關(guān)重要的作用。

2 案例分析與探討

2.1 故障數(shù)據(jù)采樣

利用ZigBee組網(wǎng)設(shè)計(jì)方法，以六維力感應(yīng)器對(duì)電梯起重機(jī)械的鋼絲繩斷裂進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)電梯起重機(jī)械的鋼絲拉力數(shù)據(jù)和載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集[3]。結(jié)合所建立的監(jiān)測(cè)模型，對(duì)電梯起重機(jī)械的鋼絲繩絕緣異常進(jìn)行分類，得出了電梯起重機(jī)械的電纜斷裂故障概率的采樣值ck與故障點(diǎn)的相位分布ψ/ω的關(guān)系如下公式所示：

然后我們把這個(gè)故障的特性分配給了一個(gè)樣本集序列{x（n）}為0的平均k階高斯穩(wěn)定過程，構(gòu)造一個(gè)多層次的自適應(yīng)的學(xué)習(xí)模式，在故障監(jiān)控中進(jìn)行了反復(fù)的訓(xùn)練，這時(shí)其產(chǎn)生故障的特性分布如下：

然后采用自由式混合機(jī)構(gòu)測(cè)試，然后對(duì)電梯的鋼絲繩絕緣的初值和欠減振成分進(jìn)行測(cè)試，這時(shí)球形支座的故障斷裂的特征量如下：

通過對(duì)3根均勻分布的連接件的故障實(shí)例進(jìn)行了研究，建立了一種基于分散集成的電梯起重機(jī)鋼絲繩斷裂的故障特性的混合模式，并獲得了一個(gè)故障的融合狀態(tài)向量s（t）=[s1（t），s2（t），…，sq（t）]T和噪聲矢量n（t），這兩個(gè)矢量是相互獨(dú)立的，從而得出了電梯鋼絲繩的故障信號(hào)j和c型故障的跳躍特性，該特征由如下公式表示：

且根據(jù)可控性的故障負(fù)荷特征檢測(cè)手段，對(duì)基于串行構(gòu)成的共軸混聯(lián)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)的大數(shù)據(jù)分析[4]。

2.2 故障特征提取

在這一步驟中，需要建立鉸鏈模式于電梯起重機(jī)械鋼絲繩斷裂故障中的狀態(tài)，見圖1。

圖1 鉸鏈模型圖示

從電梯主軸的旋轉(zhuǎn)特性來(lái)看，電梯吊掛纜索斷裂時(shí)的穩(wěn)定動(dòng)力特性是：{λi:1≤i≤S}，在（R）RRS+PS并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，構(gòu)造出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的故障診斷模型，并將其與螺旋線的相互關(guān)系進(jìn)行了分析，得出了在電梯起重機(jī)械的鋼絲繩過載情況下，其負(fù)載為：

通過對(duì)所抽取到的電梯起重機(jī)械的鋼絲繩斷裂故障進(jìn)行高維的相位重構(gòu)，利用模糊優(yōu)化算法對(duì)所采集到的電梯起重機(jī)械的鋼絲繩斷裂進(jìn)行優(yōu)化，并利用該算法求解了電梯起重機(jī)械的鋼絲繩和回轉(zhuǎn)圈的斷裂載荷，求出了斷裂載荷條件下的分配結(jié)點(diǎn)Nk（k＞2）的權(quán)重值：

采用貝葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征分析法，對(duì)電梯起重機(jī)械的鋼絲繩斷裂進(jìn)行了特征辨識(shí)，并對(duì)其進(jìn)行載荷平衡，并利用其輸出的電流和載荷的差別對(duì)其進(jìn)行載荷平衡。給出故障的分布特征量為：

公式中u（t）表示為特征的分解系數(shù)，ωc表示線路電阻，采用節(jié)點(diǎn)電壓法進(jìn)行故障數(shù)據(jù)時(shí)域分析，并給出了電梯起重機(jī)械鋼絲繩斷裂故障的振動(dòng)成分表達(dá)式：

根據(jù)電梯起重機(jī)械的斷裂故障特征，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。分別對(duì)各神經(jīng)元模型進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并利用多層隱藏層逐步檢測(cè)法對(duì)其進(jìn)行分析，得到了以下幾個(gè)主要的故障特征分量：

在這種情況下，如果電梯起重機(jī)械的鋼絲繩斷裂故障特性的干擾特性是真實(shí)的，虛的是單獨(dú)的顏色噪音，則可以采用空間融合技術(shù)來(lái)監(jiān)控起重機(jī)的鋼絲繩斷裂，得到樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征分量，隨后引入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之后，以過濾波器輸入統(tǒng)計(jì)的特征分量，提出了一種基于故障穩(wěn)定的輸出特征值maxT，用于對(duì)電梯起重機(jī)械鋼絲繩斷裂故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5]。

2.3 故障屬性判別

結(jié)合上述故障的特征分布情況分析，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的均衡控制，建立了一種基于貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模式，該模型具有抗扭轉(zhuǎn)和球鉸支座的機(jī)械性能：

當(dāng)α=2Dπ時(shí)，Xα（m）-x（m），將所采集的電梯起重機(jī)械的鋼絲繩絕緣件的失效樣品進(jìn)行綜合，利用模糊C平均聚類分析方法，對(duì)其進(jìn)行模糊聚類處理，此時(shí)故障的穩(wěn)定輸出特征量maxT表示為：

此時(shí)可利用ΔM′ij（i=1，D；j=1，N）第n個(gè)樣品代表第m類故障，而電梯起重機(jī)械的鋼絲繩斷裂故障樣品的最佳判別成本函數(shù)表達(dá)如下：

綜上所述，從輸入數(shù)據(jù)中找出特征，基于故障相關(guān)圖的分析，對(duì)故障屬性進(jìn)行識(shí)別與分析。

2.4 鋼絲繩斷裂故障在線監(jiān)控技術(shù)的優(yōu)化

在此基礎(chǔ)上，建立了起重機(jī)鋼絲繩故障的多層次信息監(jiān)控模型，并將其故障的模糊排序集合函數(shù)表達(dá)為：

其中的xj（t）代表在故障特性資料D的總體上，對(duì)第j個(gè)群組中心的電梯鋼索斷裂的故障特性抽樣子集進(jìn)行了全面的說(shuō)明；lj（t）則代表將第一個(gè)階段的錯(cuò)誤特征信息作為第一個(gè)學(xué)習(xí)的采樣集合，構(gòu)造出一個(gè)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的故障檢測(cè)模式，利用下傾斜的磁盤的位置特性和追蹤的方法進(jìn)行了收斂判定，那么在故障關(guān)聯(lián)特征得到后，可對(duì)故障定位的學(xué)習(xí)迭代式表述為：

2.5 仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析

通過模擬試驗(yàn)，采用1024的取樣時(shí)間長(zhǎng)度、200大小的故障特征分部樣本集、12的樣品長(zhǎng)度、E=20個(gè)彈性模量和0.34的起始端狀態(tài)特性分布因子。按照以上的參數(shù)設(shè)置，驗(yàn)證該方法在提升機(jī)鋼絲繩斷裂故障監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果[6]。在此基礎(chǔ)上，利用模擬值設(shè)置電梯的鋼絲繩故障，并對(duì)其進(jìn)行分析，分析了其故障特征的分配。在圖2中可以看到：

圖2 故障特征分布圖示

通過對(duì)這些故障的特點(diǎn)進(jìn)行分析，提取出了具有較高分辨率的相關(guān)特征值，并利用其與電氣設(shè)備的故障相似度來(lái)判別特定的失效，從而得出該故障的應(yīng)力值；如圖3所示。

圖3 鋼絲繩斷裂的載荷大小

由圖3可以明確的是，本方法可有效提升故障在線監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度與效率。隨后結(jié)合不同方法精度對(duì)比（如表1），得出本文所提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的在線監(jiān)測(cè)方法精準(zhǔn)度要更高。

表1 監(jiān)測(cè)性能對(duì)比

3 電梯起重機(jī)械故障的治理方法

結(jié)合上述電梯起重機(jī)械故障的分析和鋼絲繩斷裂這種典型機(jī)械故障分析方法的探討，本文提出對(duì)于多數(shù)電梯發(fā)生起重機(jī)械故障的處理方法和措施：

3.1 優(yōu)化目前的生產(chǎn)組織與管理機(jī)構(gòu)

電梯故障的排除和優(yōu)化依賴于關(guān)鍵環(huán)節(jié)的保證，特別是電梯的設(shè)計(jì)、制造和選擇。具體來(lái)說(shuō)有三個(gè)方面。

第一，要有賴于相關(guān)的法律、法規(guī)和規(guī)范。為了達(dá)到最佳的效益，保障電梯的運(yùn)行，必須按照國(guó)家有關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)范，并采取更為合理的措施來(lái)配合日常的管理，在降低成本的前提下，盡量保證電梯的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

第二，每個(gè)零件都要遵守有關(guān)的安全規(guī)程。各部分的功能都是提升電梯功能的關(guān)鍵，各部分的功能必須要滿足相應(yīng)的安全要求，才能確保各部分的正常工作，確保電梯的安全和使用[7]。因此相關(guān)單位要充分考慮各種影響，采取最優(yōu)的構(gòu)造方案和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保施工的安全，保證電梯運(yùn)行在最基礎(chǔ)的位置。比如，制定一個(gè)適當(dāng)?shù)馁?gòu)買計(jì)劃，儲(chǔ)存優(yōu)質(zhì)的備用部件，做好全面的倉(cāng)儲(chǔ)和技術(shù)監(jiān)控。這樣，當(dāng)電梯出現(xiàn)了問題，能夠快速地找到故障的根源，并對(duì)其進(jìn)行替換，從而使電梯的故障診斷和檢查效率得到最大程度的改善。

第三，使用經(jīng)國(guó)家批準(zhǔn)的電梯產(chǎn)品。沒有經(jīng)過國(guó)家批準(zhǔn)的電梯，可靠度是無(wú)法保障的，最好是采用具有技術(shù)和高可靠性的合格電梯，不會(huì)留下任何隱患。

3.2 強(qiáng)化電梯維修保養(yǎng)的相關(guān)管理

電梯起重機(jī)械本身的故障檢修和后續(xù)維護(hù)工作十分關(guān)鍵，沒有經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的維修人員無(wú)法對(duì)電梯的工作狀況進(jìn)行及時(shí)的調(diào)節(jié)，如果發(fā)生故障很容易對(duì)電梯使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。尤其是對(duì)電梯的維護(hù)，應(yīng)從下列方面著手：

第一，對(duì)起重機(jī)發(fā)生的問題進(jìn)行預(yù)判，并提出了預(yù)防和控制的對(duì)策；降低故障發(fā)生率，保證安全性。第二，在做好預(yù)判和防范的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的工作條件，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，使部件的損耗降到最低。第三，小規(guī)模的維修很關(guān)鍵。小型維護(hù)可以減少大規(guī)模的維護(hù)。第四，強(qiáng)化管理隊(duì)伍的組織。為了確保電梯的正常運(yùn)行，就必須成立一支與質(zhì)量監(jiān)督協(xié)調(diào)的管理團(tuán)隊(duì)，推動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié)的建設(shè)，并且在細(xì)節(jié)上強(qiáng)化和維持，形成了一套經(jīng)過實(shí)踐證明的方法[8]。第五，在電梯維修過程中，要根據(jù)實(shí)際情況，正確預(yù)測(cè)和改進(jìn)電梯的檢修周期，對(duì)電梯的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化，既能最大限度地保障安全，同時(shí)也能為人們的工作帶來(lái)更多的方便。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)電梯起重機(jī)械進(jìn)行故障診斷和治理，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和改造，可以降低電梯起重機(jī)械的觸電、沖頂、高空墜落等事故，特別是在減少某些重大安全事故中，如滑梯、擠傷、吊物（具）掉落等，有重要作用。所以在實(shí)際使用電梯時(shí)，必須要及時(shí)進(jìn)行維修，從故障的特點(diǎn)和表現(xiàn)入手，深入挖掘其深層問題的根本原因，采用多種高效的管理方式，改進(jìn)運(yùn)行條件，進(jìn)行組織和經(jīng)營(yíng)，維護(hù)保養(yǎng)。通過對(duì)各種工序的優(yōu)化，并將現(xiàn)有的最佳方案作詳盡的記錄和保存，方便日后查閱、使用，促進(jìn)電梯行業(yè)的平穩(wěn)、安全發(fā)展，從根源上消除安全隱患，讓電梯真正成為用戶信賴的操作工具。