電梯限速器的壽命分析及延長其壽命的質量控制方法

摘要：針對某公司2021年限速器的更換記錄進行研究，選取有電梯設備編號的更換記錄作為研究樣本，與限速器發運的時間進行匹配，計算出樣本中各限速器的實際失效年限。運用威布爾概率分布知識，利用Minitab統計分析工具，分析得出2021年限速器的早期失效威布爾分布數據及分布圖，評價限速器在該年度的早期失效表現。對早期失效的原因進行柏拉圖分類，確定出主要失效模式為限速器開關誤動作、限速器及限速繩油污這兩類問題，使用3-Legged 5 Why等工具，深究深層次的根本原因，針對根本原因制定優化設計、資質認證及培訓、作業標準化及預防性維護、OFA審查制度等機制措施。全面實施這些措施后，再次運用威布爾概率分布知識，利用Minitab統計分析工具，分析得出2023年限速器的早期失效威布爾分布數據及分布圖，評價限速器在采取質量改善及控制措施后的早期失效表現。經過對比，50百分位的失效年限由4.389年提升至7.147年，提升了62.8%，限速器的早期失效表現績效有顯著提升，使用壽命有效延長，更換頻率降低。

關鍵詞：限速器；威布爾分析；柏拉圖分析；使用壽命；DFMEA；電子數據庫

中圖分類號：TU857? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）12-0056-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.12.015

0? ? 引言

電梯安全在公共安全中十分重要，最新的可查數據顯示，2022年市場上登記在冊的電梯數量有964.46萬部，共發生事故22起，死亡17人。在已結案明確原因的13起事故中，與限速器相關的有6起[1]，占比為46.2%。限速器是電梯安全保護系統中的安全控制部件之一，其結構包括限速器繩輪、左夾繩臂與夾塊、離心錘聯動拉桿、觸發鎖舌、觸發鎖舌轉軸、離心錘轉軸、離心錘回位接頭、離心錘回位彈簧、右夾繩臂與夾塊、限速器繩輪轉軸、制動塊銷軸、制動塊、制動塊扭簧、制動塊轉軸、觸發鎖舌扭簧、花盤銷軸、夾繩臂轉軸、花盤。限速器用于隨時監測控制轎廂的速度，當出現超速度情況時，即電梯額定速度的115%時，能及時發出信號，繼而產生機械動作切斷供電電路，使曳引機制動。當電梯超速、運行失控或懸掛裝置斷裂甚至轎廂發生墜落時，在所有其他安全保護裝置不起作用的情況下，限速器安全鉗裝置能迅速將電梯轎廂制停在導軌上，并保持靜止狀態，從而避免發生人員傷亡及設備損壞事故[2]。正是因為限速器在電梯安全中至關重要，才需要對限速器的使用壽命進行分析預測。一方面通過設計改進、過程控制可以提升限速器的使用壽命，另一方面通過對維保技師的操作培訓，實施預見性維護，在限速器可能失效的情況下，提前進行干預，也能降低限速器失效引起的安全事故發生頻率。

本文基于對市場上電梯限速器更換記錄的數據，分析限速器的實際使用壽命，結合召修熱線記錄的數據，分析限速器的主要失效問題，根據分析結果、數據分布特點和失效原因，采取有效的質量控制措施，保證限速器的安全有效。

1? ? 限速器的使用壽命分析

限速器使用壽命分析所涉及的數據比較龐大且復雜，需要制定周密的計劃及詳盡的步驟進行收集。經過策劃，采用以下步驟收集并整理匹配數據。

1.1? ? 調取售后更換記錄數據

售后市場上的限速器，均是通過備件中心采購，而備件中心也僅發運售后維保市場上的零部件請求。所以，從備件中心的物料發運系統中調取2011年至2021年期間的限速器發運記錄，即可覆蓋在保電梯中有限速器更換情況的所有設備。

1.2? ? 篩選有設備號記錄的樣本數據

備件中心的物料發運系統并未記錄每一個發運的限速器所對應的電梯設備編號，僅有10%～20%有相應的記錄，因此只能選取樣本進行研究。對調取出來的所有更換記錄進行篩選，僅保留有設備號記錄的數據。

1.3? ? 匹配各設備的使用年限

對樣本進行進一步研究后發現，雖然有了設備編號，但沒有設備的使用年限記錄。因此，整理出這些樣本中所涉及的設備編號，接著從工廠的JDE系統中調取這些編號的設備發運記錄，綜合備件申請的日期及整梯設備發運的日期，計算出樣本中涉及的所有電梯設備截至備件申請日的使用年限，得出不同設備限速器更換時的使用年限，如表1所示。

1.4? ? 計算威布爾分布

威布爾分布是一種連續性的概率分布，可以應用于壽命預測領域。其概率密度函數如下：

f（t）=·exp-β

式中：β為形狀參數；t為時間參數；δ為位置參數；θ為尺度參數。

其含義為在某一時刻，單位時間內失效出現的概率。對威布爾概率密度函數在時間段[0，t]進行積分，可得威布爾累計分布函數，即指時間從0到t出現失效的概率，積分式為：

F（t）=·exp-βdt=1-exp-β

通常如果希望知道限速器在特定條件下的評價使用壽命，可以通過找到使得累積分布函數等于某個固定值的位置獲得[3]。根據1.3中整理出的各設備使用年限，利用Minitab工具中極大似然估計法去創建威布爾概率分布圖，研究2021年限速器的實際使用壽命的威布爾分布，得出95%置信區間威布爾概率分布如表2和圖1所示。其形狀參數β為1.685，尺度參數θ為5.455，擬合優度AD（Anderson-Darling）為8.889。

2? ? 故障分析

從圖1可知，限速器的50百分位值僅為4.389年，需要深入研究限速器的故障模式，找出問題原因，采取針對性改進措施。

首先，收集2021年市場上發生召修（CBs）的故障和失效模式。然后，分析發生故障的具體零件及其失效模式、所占比重。接著，對發生失效的零部件進行根本原因分析，找到問題發生的最根本的原因，以便能制定具有針對性的改進和控制措施，從根本上提升限速器的使用壽命。

收集2021年所發生的CBs，通過柏拉圖分析，限速器的主要失效模式為限速器開關誤動作、限速器及限速繩油污。限速器開關誤動作的失效模式占比為36.7%，限速器及限速繩污物清潔占比分別為35.5%和18.7%，三者總占比達90.9%。具體占比如圖2所示。

通過Pro/E 3D數模演示研究發現，限速器開關誤動作的原因是下立柱上的螺栓銷與上立柱端部的筋干涉（圖3），該處的距離為（14±5.5）mm，設計時間隙不足，驗證不夠充分造成了該失效。

限速器及限速繩污物清潔則主要是保養不充分，未定期清理造成的。運用3-Legged 5 Why的工具進一步分析（圖4），造成該失效的個案原因是保養時遺漏；未發現該失效的根本原因是沒有針對高故障梯保養質量的檢查要求；從系統層面未能預防該類問題的原因是缺少自動清潔工具，沒有針對高故障梯保養的工藝方法。

3? ? 質量改進及控制

針對不同的失效原因，分別采取針對性措施進行改進。

3.1? ? 優化設計

下立柱上的螺栓銷與上立柱端部的筋之間距離過小是造成干涉的主要原因，通過Pro/E模擬演示驗證，將該處的距離由目前的（14±5.5）mm更改為（36±5.5）mm，經3D數據及實驗室驗證，修改后的樣本未再發生干涉的情況。

3.2? ? 資質認證及培訓

積極推動維保工不同技能等級認證，根據維保技能的差異，將維保工人由低到高分為綠帶、藍帶、黑帶三個等級。針對高頻發生以上問題的電梯，要求須由藍帶以上的維保工人對其進行維保作業，可一定程度上減少以上問題的發生頻次。與此同時，培訓具有綠帶資質的維保工人，充分認知到以上問題的維保要求，半月維保時須及時清理油污。

3.3? ? 作業標準化及預防性維護

制定針對限速器開關誤動作、限速器及限速繩油污的標準化維保作業指導書，明確檢查內容和操作步驟，規范維保工人的操作內容，強化操作流程，讓每一位維保工人都能掌握正確的維保方法。特別是針對高頻發生限速器故障的電梯，在半月度維保時實施預防性維護，及時清理油污，預防問題的發生。

3.4? ? 建立FA審查制度

推進FA（Field Audit）審查制度，組建專業的工地審查小組，隨機性抽查以上制定的維保作業執行情況，將檢查結果與分公司總經理的年度績效掛鉤，從管理上推動各分公司落實以上措施，切實改善限速器高故障率的問題。

3.5? ? 完善開發流程

從系統層面完善新產品開發流程，建立DFMEA電子數據庫及實驗驗證標準電子數據庫，建立新產品及產品變更的評審流程，由管理層及專業小組組成聯合評審委員會，在流程中的關鍵節點進行評審，并對實驗標準及DFMEA具體內容進行專業審查，充分評估過去曾經發生過的失效模式及可能發生的失效模式，將這些失效模式納入3D數模驗證計劃和試驗驗證計劃，從設計之初就能充分保證產品的質量。

4? ? 效果驗證

從2022年第一季度開始逐步實施以上所述設計、維保、審查等多層次的改善措施，至2022年第三季度全面落實到位。截取2023年全年的限速器更換記錄，再次運用威布爾概率分析方法評測限速器的使用壽命。依次調取售后更換記錄數據、篩選有設備號記錄的樣本數據、匹配各設備的使用年限、計算威布爾分布及威布爾95%置信區間，如表3和圖5所示。

從圖5可知，2023年度更換的限速器使用年限50百分位值為7.147年，相較圖1的2021年限速器更換50百分位值4.389年，已有62.8%的顯著提升。

5? ? 討論

驗證結果表明，優化設計、資質認證及培訓、作業標準化及預防性維護、OFA審查制度等質量改進及控制措施是有效的。限速器的質量關乎電梯的安全運行，研究表明，不完善的設計、不充分的維護保養都會造成限速器的早期失效，不但影響了公司維保業務的運營成本，更關鍵的是會對乘客乘坐電梯的安全性造成隱患。

要改善限速器的產品質量，首先要從設計著手，產品設計階段對限速器的失效有著重要影響，根據圖2所示數據，由于設計不夠完善造成的限速器早期失效達36.7%，在限速器部件的設計之初，要充分運用3D數模、DFMEA、試驗驗證等工具，完善新產品開發及現有產品變更的項目管理流程，從根本上設計出質量優良的產品。其次，后期的維護保養也對限速器的使用壽命有著較大影響，根據圖2所示數據，由于維保不充分帶來限速器早期失效達54.1%，容易看出，維保質量對限速器失效有著尤為重要的影響。對此，采取對維保人員進行分級認證的措施，針對諸如限速器之類的重要安全部件，必須由達到一定資質的人員進行正確維護，并需要將維護的作業步驟及作業流程進行標準化，全面貫徹預防性維護，才能防患于未然。與此同時，應建立獨立的監督審查機制，抓落實，促成效，通過對分公司管理人員的考評，推進基層落實維保要求，從制度上保證維保效果。

6? ? 結論

本研究通過對限速器的更換數據選取適當樣本，對限速器的早期失效進行威布爾分析。針對早期失效的原因進行分析、分類并研究，運用柏拉圖及3-Legged 5 Why等工具，深究限速器失效的根本原因，針對不同的失效原因，分別采取針對性措施進行改進。通過優化設計、資質認證及培訓、作業標準化及預防性維護、OFA審查制度等機制措施，有效改進了限速器的早期失效問題，50百分位的失效年限由4.389年提升至7.147年，提升了62.8%。本研究采取的威布爾分析、質量改進及控制措施也適用于其他大多數電梯部件的分析、改進和效果驗證。

[參考文獻]

[1] 國家市場監督管理總局.市場監管總局關于2022年全國特種設備安全狀況的通告[Z/OL].（2023-03-21）[2024-

02-26].https：//www.samr.gov.cn/tzsbj/qktb/tb/art/

2023/art_67857a52cc3b41bd9cff0560e6b9b503.html.

[2] 李萬莉，卞開特.電梯雙向限速器觸發理論與實驗研究[J].中國工程機械學報，2017，15（5）：377-382.

[3] 王松.威布爾分布在壽命分析中的應用[C]//2005年全國機械可靠性學術交流會暨“車輛與工程裝備質量與可靠性論壇”論文集，2005：29-35.

收稿日期：2024-02-28

作者簡介：韓振紅（1980—），男，河南輝縣人，注冊中級質量工程師，高級質量經理，從事質量大數據分析、質量問題分析工具研究等工作。