电梯机械故障的诊断及优化设计探究

张振华 金卫琴 王爱敏

摘要：分析了电梯发生机械故障的主要原因，提出了电梯机械故障的诊断及排除方法，阐述了电梯机械故障诊断的优化设计要点，以不断提高电梯运行的安全性和稳定性。

关键词：电梯;机械故障;诊断;优化设计

0 引言

高层建筑及地铁车站等场所会使用到大量电梯设备，既方便了人们的生活，又提高了建筑的空间利用率。然而，电梯在日常使用过程中一般处于高负荷运行状态，故障率相对较高，易引发安全事故等问题，尤其近几年频繁发生的电梯安全事故，进一步提升了人们对这一方面的关注程度。因此，相关单位和人员只有重视电梯故障诊断维修，及时排除电梯机械故障，不断对其进行设计优化，才能有效保证电梯使用过程中的安全性。

1 电梯发生机械故障的原因分析

当下电梯运行中机械故障的发生率相对较高，比如电梯内相关零部件脱落、轴承振动、轿门无法正常启闭等，通过进一步调查分析发现，目前电梯的机械故障主要体现在以下几方面：（1）电梯超负荷运行所导致的故障。在电梯使用过程中，超负荷运行情况不可避免，尤其在人口密度较大的区域，比如办公楼、商场、高层住宅区等，电梯基本都长期处于超负荷运行状态，致使电梯限速器产生故障，进而影响电梯的正常使用[1]。（2）电梯使用中因机械磨损而引起的故障。机械零件在使用过程中都会出现磨损，当磨损达到一定程度后，机械零件的性能就会降低，无法保证电梯的安全运行。所以在电梯检测维修工作中，工作人员要做好对相关零部件的检查，评估其磨损程度，如果磨损严重，则需要及时更换，以减少电梯故障风险。同时，工作人员还要做好对机械零部件的保养维护，减缓机械零部件的磨损速度。在进行磨损检查时，尤其需要检查钢丝绳、轴承、轮槽等构件的磨损情况，及时更换磨损严重的零部件。（3）连接件松动导致的故障。电梯因为使用频率较高，需要一直维持运行状态，所以电梯内部的相关连接件会因为电梯上下振动而出现松动的问题，一旦松动情况严重，就会产生机械滑脱等情况，使各连接部件的磨损加剧，增加电梯故障风险。此外，润滑故障和机械疲劳故障也是电梯在运行中常见的机械故障类型[2]。（4）润滑系统失灵故障。电梯如果处于长期运行状态，发热情况就会比较严重，进而导致出现抱轴、零件磨损等问题，使电梯润滑失灵，影响电梯的安全使用。

2 电梯机械故障的诊断及排除方法

2.1    基于数学模型的故障诊断方法

该方法通过数学模型实现对机械故障的诊断，在具体应用中需先结合诊断对象构建相应的数学模型，再通过仿真实现对相关信号数据的获取，之后再通过测试获得实际的监测信息，通过对比模型和实际监测所得到的信息，能够有效识别二者间的差异，进而完成对相关故障的判断评估。该方法在很久以前已经被应用到电梯故障诊断中，虽然该方法操作简单，但是在具体应用中必须保证所构建数学模型的精确性，只有这样才能保证该故障诊断方法的准确性和有效性。在具体应用中，该方法可分为参数估计法、状态估计法和等价空间法，需要注意的是，以上几种方法在具体应用中并不是单独使用的，而是需要根据具体情况联合使用相应方法，才能获得最为准确的诊断结果[3]。

2.2    基于信号处理的故障诊断方法

基于信号处理的故障诊断主要是利用电梯内零部件在振动频率、频谱等方面的差异性来展开诊断分析。在具体应用中，该方法可以分为小波变换法、模态估计法、信息融合法以及主元分析法等。前两种方法在当下电梯机械故障诊断中最为常用。

2.3    基于知识的故障诊断

现阶段信息技术和传感器技术发展迅速，人工智能技术也愈发成熟和完善，并在故障诊断方面得到了有效应用，大大促进了故障诊断技术的发展。基于知识的故障诊断就是建立在人工智能基础上，利用专家诊断系统完成对电梯中相关故障的评估和分析。目前该方法具体可以分为专家系统、神经网络、故障树、灰色系统理论方法等多种诊断技术，前三种诊断方法在现阶段的故障诊断中应用最为普遍。

3 电梯机械故障诊断的优化设计

3.1    安装电梯超保护装置

为了进一步提升电梯运行的安全性，需要优化和完善电梯系统，根据具体情况进行电梯超保护装置的配置[4]。（1）活動性轿厢。轿厢架底盘之间需要安装橡胶垫，实现对活动性轿厢的荷载评估，一旦轿厢产生超载问题，压力就会沿着底盘作用到橡胶垫上，进而使橡胶垫产生形变，触动橡胶垫下的微动开关，使电梯停止启动。活动性轿厢虽然在安装时需要耗费更多时间，流程也更加复杂，但是能够大大增强电梯安全性能，降低电梯损耗，节约成本。（2）轿顶称量。轿顶称量所采用的是沉重原件压缩弹簧组，当电梯处于不同荷载状态下，绳头组合就会带动弹簧组，通过杠杆原理完成各方向的摇摆，如果轿厢超载，杠杆在摇摆过程中就会与微动开关接触，进而关闭电梯控制功能。

3.2    电梯故障的前期预防

对于不同类型的电梯故障，其故障排除方法也存在差异性，并且即便在故障完成处理后，也无法彻底避免该类故障的再次发生。因此，电梯维护管理人员在日常工作中必须以更加负责细心的态度完成相关维护检修工作，同时电梯用户也要严格按照电梯使用流程正确操作，规范自身行为，避免破坏电梯，以此降低电梯运行中的故障风险。

相关单位和人员在具体工作中可以从以下几方面入手开展电梯的故障前期预防工作：（1）根据电梯运行环境和运行要求，制定切实有效的维护保养制度和管理制度，以此实现对电梯维护管理人员的约束和规范，激发工作人员的积极性和责任心，提高维修保养工作的效率和质量，降低电梯发生故障的风险。（2）强化电梯用户的安全保养意识，指导用户正确使用电梯，同时还需要定期开展电梯自救训练，帮助用户掌握自救方法，增强用户的电梯使用安全意识。（3）积极开展相关技能培训和岗位培训，不断提高检修维护人员的工作能力和综合素质，增强维护检修人员的岗位责任意识，为电梯检修维护工作的开展奠定良好基础。（4）根据电梯具体运行情况合理设置电梯故障排查周期，尽可能缩短排查周期，提高安全检查频率，及时排查和识别电梯中的故障和隐患，保证电梯使用的安全稳定性。同时，要准确记录所发现的故障异常，将其编制成故障档案，为后续电梯故障检查工作的开展提供相关依据和参考。

3.3    加强电梯安全使用的管理措施

电梯用户需遵循安全管理条例，履行业主责任，按照要求为电梯运行配置相应的管理部门和管理人员，并制定相应的安全管理制度和电梯检修维护计划，此外还需做好电梯定期报检工作，由专业人员对电梯运行情况进行评估和检测。

4 结语

电梯已经成为人们日常工作生活中一种重要的运输设备，在使用中容易受多种因素影响而产生故障和异常，给用户带来安全风险。因此，相关电梯维护保养单位和管理人员，需要明确电梯在使用中的各种机械故障，做好对故障的诊断分析及优化设计工作，以不断提高电梯运行的安全性和稳定性。

[参考文献]

[1] 崔永兵.电梯起重机械故障诊断与优化设计[J].装备制造技术，2014（10）：251-252.

[2] 杨志全，张宗耀.电梯常见故障的分析与排除方法应用[J].科技传播，2013（18）：136-138.

[3] 文雪明.基于电梯起重机械故障的排除及优化设计的探讨[J].建筑工程技术与设计，2017（23）：5281.

[4] 彭壮.电梯机械故障诊断及优化探讨[J].决策探索，2018（1）：62-63.

收稿日期：2020-01-15

作者简介：张振华（1981—），男，浙江湖州人，高级工程师，研究方向：电梯管理。