基于故障树的电梯门系统故障分析*

薛涛　彭启凤　黄国健　陈敏　刘金

（广州特种机电设备检测研究院）

基于故障树的电梯门系统故障分析*

薛涛彭启凤黄国健陈敏刘金

（广州特种机电设备检测研究院）

电梯门是保护乘梯人员生命安全至关重要的一道防护屏障，然而因电梯门故障引发的事故却一直占电梯事故的较大比例。为更好地分析、归纳电梯门系统故障原因，快速找出薄弱环节，高效解除故障，从电梯门系统故障表现形式出发，建立了门系统故障树模型，集中从电气和结构系统2方面对门系统进行安全分析、评价，并提出相应改进策略。实践证明，本文提出的门系统故障分析改进路线可为建立一个合理有效的电梯门系统故障分析评价系统以及规划改进流程提供指导。

电梯；门系统；故障树；模板匹配；有限元

0　引言

电梯是人们日常生活中不可或缺的一种出行工具，电梯使用人数众多，使用频率高，随之而来的电梯安全问题也更加值得关注[1]。广州市电梯安全运行监控中心的监控数据表明：2014年电梯故障中门系统故障705起，占电梯内因故障的32.65%。电梯门系统发生故障很可能造成人员挤压、剪切、坠落等危险[2-5]。因此研究合理的门系统故障分析方法可有效指导电梯运行维护工作，从而提高电梯故障处置效率，减少故障的发生。

故障树分析技术是由美国的贝尔电报公司在1961开发出来的[6]，它可以围绕某一特定的故障进行逐层深入的分析，通过树状的结构形式，表达各事件之间的内在联系，便于在故障分析过程中快速找出薄弱环节，高效地解除故障。

电梯门系统结构形式复杂，零部件配合要求多，对电器控制及电器元件的要求较高，因而充分利用故障树简单、清晰的结构特点，可有效帮助分析人员快捷方便地找出故障原因。本文从故障的表现出发建立故障树，区分故障类型，对机械故障和电气故障分别进行分析讨论，并建立一套电梯门系统故障分析流程。

1　故障树的建立

在全面了解电梯门系统工作原理的基础上，对门系统故障表现形式进行归类。剖析每一类故障产生的深层原因，从系统层面一直分解到各零部件。利用故障树模型可以快速地诊断电梯故障原因，方便地对电梯故障维修资料、电梯监控数据等故障诊断资料进行归类。

针对电梯门系统可能出现的故障以及使用过程中各类原因的故障统计分类，将故障类型分为电气故障和机械故障2类。电梯门电气系统故障树如图1所示。

从电梯门系统故障表现形式来看，电梯门电气系统的故障分为6大类。

1) 到站平层不开门。电梯运行至指定层站不能正常开门，容易造成乘梯人员的恐慌。其原因有：门机故障、由于门控制继电器不能吸合而导致的开门区域永磁继电器损坏、开门电气回路故障、开门继电器损坏、二级开门限位器损坏等。

2) 无法正常关门。电梯不能正常关门，导致电梯无法运行。其原因有：关门继电器损坏、门继电器损坏、三级关门限位开关损坏等。

3) 关门电梯不能正常起动。其原因有：门锁啮合深度不够、轿门关闭但轿门联锁开关未接通或层门关闭但层门联锁开关未接通而导致的门锁继电器故障、运行继电器故障等。

4) 开、关门过程无变速。GB 7588-2003[7]对与层门运动相关的保护作了具体要求。开关门过程无变速有可能导致电梯关门速度过快而夹人，或是关门速度过慢而导致电梯运行效率降低等问题。开关门无变速的原因有：限位开关损坏、分路电阻断丝不通等。

图1 电梯门电气系统故障树

5) 门未关电梯起动。GB 7588-2003对电梯门锁机构有非常严格的要求，当任一层层门处于开启状态时，电梯不能运行。门未关电梯就起动可能会导致严重的人员伤亡事故。导致此类故障的原因有：继电器卡阻触点常吸不放或微动开关门锁触点粘连而导致的安全触点失效、抱闸力不够导致的溜梯等。

6) 运行过程中突然停梯。运行中的突然停梯同样会导致乘梯人员的恐慌，尤其是高速运行的电梯，突然停梯会对电梯轿厢造成一定的冲击，可能会危及乘梯人员的安全。导致此类故障的原因有：门锁臂脱开而导致轿厢门刀与门轮相撞、门锁继电器失电等。

2　故障分析改进路线

电梯门系统结构较复杂，其中任何一个环节出现问题都会导致故障的发生[8]。对于原因明确的故障，如设计缺陷、操作模式不当、操作手册有误等，可以通过采取适当措施加以避免和控制。但对于原因不明确、随机发生的故障，需要通过系统分析，找出故障根源，合理指导各个环节的相关工作，才能保证电梯不仅能够输送乘客，而且达到以安全舒适的方式实现搭载要求。合理的设计、正确的生产、安装、维护；完善的设备管理等方式方法可为产品在整个生命周期内的安全可靠运行提供保障。电梯门系统故障分析改进路线图如图2所示。

图2 电梯门系统故障分析改进路线图

对于电气故障，可以采用基于模板匹配的故障识别方法进行诊断及评价。在检验评价过程中，通过对电梯门运行故障的试验分析，可以找到门运行故障时反映在电梯门机的电压、电流变化特征。在故障特征基础上研究基于模板匹配的电梯门运行故障识别方法，迅速找到故障源，对门运行故障进行有效识别。同时对实物电梯进行评价，以验证模板匹配度及准确性。

机械故障表现为门板发生严重变形，相关结构构件磨损严重等[9]。对于机械故障，可采用基于有限元的强度分析方法，对结构进行模拟仿真。分析各类边界条件下，各受力构件的强度、刚度及稳定性，分别确定各部件在承受静态及动态外力载荷作用下的应力及变形，确定可能产生应力集中的点，根据GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》及1号修改单[10]中关于层门强度的要求，确定层门结构的性能要求。从承载能力方面对层门机械结构进行优化设计。对于门靴、门板、门挂轮、锁钩等主要受力构件，还需分析其抗冲击性能，判断结构的抗冲击能力是否能够达到设计及规范的要求。

3　结语

本文对电梯门系统可能出现的各种故障进行分类汇总，建立了电梯门机械电气故障的故障树，并分析各种故障产生的原因。通过对电气及机械故障的分析，基于安全分析评价指标，对研发、设计、生产、质量管理、售后服务、检验检测各个环节可能出现的问题进行分析，从而实现由使用操作环节反馈回设计环节，并最终指导电梯门系统设计环节，做到理论和实践相结合，先理论后实践再由实践调整理论的良性循环。为建立一个合理有效的电梯门系统故障分析评价系统以及规划改进流程提供指导。

[1] 王耿芳.电梯门系统故障的诊断和处理[J].江苏电器,2005(3):29-31.

[2] 刘秀华,张兴法.电梯门系统主要事故的分析与预防[J].中国特种设备安全,2006,22(1):13-14.

[3] 顾徐毅.基于风险的电梯安全评价方法研究[D].上海:上海交通大学,2009.

[4] 徐金海.在用电梯安全风险评价体系的研究[D].杭州:浙江大学,2012.

[5] 宗群,李光宇,郭萌.基于故障树的电梯故障诊断专家系统设计[J].控制工程,2013,20(2):305-308.

[6] 杜碧华,张思宇,杨顺坤,等.基于故障树分析电梯门系统故障[J].设备管理与维修,2015(3):27-28.

[7] GB 7588-2003.电梯制造与安装安全规范[S].2003.

[8] 陈国华,李刚,王新华,等.基于故障率修正的电梯系统风险模糊综合评价研究[J].中国安全科学学报,2014,24(2):59-64.

[9] 刘鑫培,芮延年,刘开强.一种超大吨位电梯轿厢架有限元分析[J].机械工程师,2008(4):90-92.

[10] 国家标准化管理委员会. GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》国家标准第1号修改单[S]. 2015年第23号,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

薛涛，男，1983年生，工学硕士，机械工程师，电梯检验员，主要研究方向：电梯安全检测技术等。E-mail: 154881942@qq.com

广州市创新平台建设与共享专项项目（201509010008）；中国特种设备科技协作平台科技计划项目（2014SEK003、2014SEK002、2014SEK001）。