电梯上行超速保护装置故障检验方法

崔煜平

（陕西省特种设备检验检测研究院，陕西西安 710054）

0 引言

在高层建筑中，电梯是一种重要的机电设备，在长时间运行过程中会出现多种安全问题，影响电梯的安全性与稳定性。电梯各方面的性能稳定是保障电梯安全的重要组成部分，定期检测电梯故障，及时维修与预防措施是保证电梯运行安全的基础。电梯的运行方式有垂直运行与倾斜运行两种，无论哪种运行方式均是刚性导轨运动。电梯运行具有一定的导向性，能够保证电梯有规律地沿着导轨运动。轿厢是电梯的主要装置，主要作为承载乘客与货物的部件。电梯的电力拖动装置控制着电梯的启动与关闭，受电机的动力支持。安全保护装置是电梯出现问题时控制电梯整体运行的保障，监控电梯运行时的速度是否符合安全标准，主要设置在电梯机房、井道、底坑中，通过监控安全保护装置，获取电梯的实时运行状态。电梯上行超速保护装置是降低电梯危险性的一种装置，控制电梯上行的速度及运行角度、轨迹。上行超速保护装置的制动能力较强，能够在短时间内帮助电梯轿厢制停与减速，具有独立性能。电梯运行故障造成的危险有很多，如坠落、撞击等，一旦电梯运行中出现任何故障就对人们的生命安全造成重大威胁，使用电梯时要严格按照安全规范标准执行。本文提出了一种电梯上行超速保护装置故障检验方法，降低电梯超速的风险，提高电梯运行的安全性。

1 电梯上行超速保护装置故障检验方法

1.1 电梯上行故障分析

居住位置较高楼层的人们对电梯的使用频率较高，但是电梯难免会出现故障。一般电梯的故障分为电梯部分机械出现表面故障与电梯的控制保护装置部件故障两大类。机械故障在电梯运行时出现的概率较小，一旦出现机械故障就会造成电梯停止运作的时间较长，维修也存在一定的困难，除了影响人们正常使用外，还可能造成人员伤亡的情况。大多数的电梯故障原因是保护装置出现问题，电梯中各部位的元件较多，元件安装得较分散，遍布于各个位置，出现故障难以准确找出具体的故障点并维修。人们通常根据电梯故障的表现形式来判断是内部故障还是外部故障，确认故障点的来源。

电梯运行系统润滑度较低，导致部件之间的转动发生摩擦产生高温，造成部件出现损坏。电梯使用的年限较长，没有及时检测与更换部件的易损情况也是造成电梯上行故障的原因之一。平衡系统配置不当引发轿厢底部发生位移，造成电路短路烧毁电器元件。电梯出现故障的表现形式包括振动异常、运行中产生噪声等。

1.2 构建电梯上行加速故障诊断树

构建电梯故障树分析法是电梯安全分析方法中的一种，其本质是一种FTA 逻辑形式，采用因果分析方式分析从整体至局部按枝干形式细化故障形成的原因。根据可能造成故障的因素分析，检验故障之间的对应关系。

建立故障树是深入认识电梯系统的过程，能够检查出潜在因素对故障影响的途径与程度，以显现故障和电梯的缺陷。假设电梯故障事件是在一定条件下产生的，首先，要全面了解电梯的机械设备，主要了解电梯的运行原理及故障位置点，深入分析设备与子系统，完善电梯资料，为建立故障树提供基础。将最严重的故障原因作为故障树的枝干，从故障原因出发找出其他引发的因素，逐级追溯到最后的基本故障原因为止。根据各级故障的逻辑关系，去除其中不可能导致的结果、原因，简化故障树。

假设故障是由n 个部件组成，将电梯失效作为故障树的枝干部分记为T，将部件的失效记为故障树底部事件，将电梯的运行状态记为失效与成功两种，底部事件表示为：

式（1）中，i=1，2，…，n 表示底部事件发生数量，故障诊断树顶部事件包括两种：

式（2）中，j=1，2，…，n 表示顶部事件发生数量。故障诊断树的结构函数表达形式为：

找出电梯上行故障的最小分割集，列出所有导致顶部的故障因素并逐级分析处理，将得到的每个结果事件重复上述步骤，直至找出所有故障。因此，构建电梯故障诊断树结束后，获取到所有导致故障发生的因素与故障出现的结果。

1.3 降噪处理故障特征参数

基于上述电梯上行加速故障诊断树可知电梯故障的主要原因，根据故障点的位置信息获取故障特征参数，将故障特征参数降噪优化处理是检验电梯上行加速故障的重要组成部分。电梯的上行超速故障诊断值通过特征参数的变化具体判断。电梯在运行中出现任何故障，其特征参数值均会发生相应的变化。将故障特征参数与电梯正常运行状态的参数数据相减，得到新的特征矢量。新的特征矢量是以特征参数差值重新构建的故障特征矢量，在故障分类中提供的信息较多。故障特征矢量中的特征值存在聚类现象，说明电梯在正常和故障状态时，特征值具有不同的聚类中心。为了保证获取的故障状态更加准确，将电梯上行中的10 组故障状态的故障特征矢量数据进行统计（表1）。

表1 电梯上行特征矢量值统计特性

由表1 可知，前4 个特征参数的特征值之间的标准差趋近于0，表明电梯正常运行状态特征参数变化的大小相当。第5 个特征参数的标准差较大，说明电梯出现故障的时候第5 个特征参数的变化较明显，提供的故障诊断信息较多。根据特征参数聚类分析的变化，获取电梯在加速上行与急停故障的数据变化情况，判别电梯的具体故障因素与影响。

1.4 上行超速保护装置故障类型分类

上行超速保护装置包括限速器、安全钳及其他保护装置，保护装置中发生的任何故障都会造成严重的安全隐患。划分上行超速保护装置的故障类型能有效检验出故障原因与位置。

一般情况下限速器的故障主要是由自身机械部件出现缺失以及电气控制开关异常引起的。机械部件的缺失大多数是缺少润滑，导致上行下落的过程中摩擦运动过大致使部件损坏缺失。另一方面是钳块的固定与摆动之间间隙较大，使钢丝绳的加紧作用下降，不能在控制范围内提拉安全钳。电气控制开关异常多数是由于电梯在安装过程中，开关位置设置不当，不能及时触发导致的。

电梯中的限速装置能够快速调节由于故障导致的运动速度过快的情况，在一定程度上降低电梯的上行超速。以电梯安全运行速度标准值为依据，电梯的轿厢上行速度过快超过标准值时，需要结合对应的实际情况以及电梯停靠的楼层，采取对应的降速措施。电梯的超速保护装置是保障电梯安全运行最重要的环节，应按照国家的要求配备科学的保护装置并定期排查故障。

通过上述方法构建的电梯上行加速故障诊断树，找出上行超速保护装置中存在的危险因素，根据电梯的使用频率对装置内的部件定期清理检验，保证电梯上行超速装置的稳定。监控制动器的双向超速状况，通过调整安全钳控制电梯轿厢上行的速度。多数超速保护装置失效的主要原因是自身质量及内部部件出现异常，在安装上行超速保护装置时应当全方面考虑电梯的工作状态以及是否与曳引装置吻合，避免电梯安全隐患，实现电梯上行超速保护装置故障检验。

2 对比实验

为了验证本文提出的电梯上行超速保护装置故障检验方法的可行性，将本文提出的方法的均方根值与传统的BP 网络故障检验方法的均方根值对比。实验选取轿厢故障、上行保护装置限速器故障以及其他故障3 种电梯故障类型。

测试过程中，采集电梯故障的样本总数，通过预测值与真实值计算MSE 均方根：

式（4）中，zi表示电梯故障的真实值；fi表示电梯故障的预测值。均方根值MSE 能够反映出两种检验方法与真实值之间的实际差异，均方根值越小，则电梯故障检验方法检测的误差越小。将两种电梯故障检验方法的检测结果绘制成表2。

表2 两种故障检验方法检测结果对比

根据表2 可知，本文提出的电梯上行超速保护装置故障检验方法，故障检验时间较短，计算出的MSE 均方根值与传统方法存在较大差异，检验结果的误差率较小，对于电梯的故障检验更加有效。

3 结束语

在高层建筑中，电梯是不可缺少的交通工具，电梯运行的安全性与稳定性至关重要。因此，本文设计了电梯的上行超速保护装置故障检验方法，并通过分析电梯上行故障的类型与原因，设计了具体的故障检验方法。实验证明，本文提出的电梯故障检验方法较传统检验方法相比，检测故障的时间更快，均方根值更小，检验结果的误差率更低，对电梯的故障检测更加有效。在未来的研究中，可以进一步深入研究电梯上行中的其他机械故障。