基于故障树的电梯安全钳误动作原因分析及解决方案

摘要：文中运用故障树基本原理，对电梯安全钳误动作进行分析，采集500台电梯安全钳本体、限速器、使用工况、工作环境、维护保养情况以及故障记录等参数作为故障树的特征值，分析安全钳误动作的所有可能原因和原因组合。通过由上向下、严格按层次的故障因果逻辑分析，建立故障树模型，通过故障树的定性及定量分析，得到电梯安全钳误动作的故障问题。最后，根据故障树找到使用单位电梯安全钳存在的问题，并给出解决方案，保障电梯安全运行。

关键词：安全钳；故障树；误动作

Analysis and Solution of Safety Clamp Misoperation Based on Fault Tree

LIN Jianfeng

（ Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute Quanzhou Branch Courts ，Quanzhou 362000， Fujian， China ）

Abstract： This thesis aims to apply the basic principles of fault tree to analyze the malfunction of elevator safety pliers. By collecting the operating conditions， working environment， maintenance status， and fault records of 500 elevator safety pliers and speed limiters as characteristic values of the fault tree， analyze all possible causes of the safety pliers malfunction.By analyzing the causal logic of faults and strictly following the hierarchy， a fault tree model is established. Through qualitative and quantitative analysis of the fault tree， the fault problem of elevator safety pliers malfunction is analyzed. Finally， based on the fault tree， identify the problems with the elevator safety pliers of the users and provide solutions to ensure the safe operation of the elevator.

Key Words： Safety clamp; Fault tree; Misoperation

0引言

安全钳是在电梯发生意外下坠时，为防止电梯继续运行导致乘客受伤而设置的装置。在实际生活中，会出现电梯安全钳误动作的情况，导致不必要的损失。

某物业服务有限公司管理的电梯，近期频繁出现ZDGZ-205限速器适配的安全钳误动作。电梯维保公司尝试各种方法处理该问题，但未能消除该隐患。因此，文中先分析安全钳误动作的所有可能原因，再通过故障树的定性及定量分析，分析得到安全钳误动作的故障问题[1]，并提出相应的解决方案，保障电梯安全运行。

1 安全钳故障树分析模型建立

1.1安全钳故障分析

电梯安全钳是电梯中的一个重要安全装置，主要用于保护电梯在发生意外下坠时，避免快速坠落并将轿厢固定在导轨上。确定安全钳故障树需要考虑导致安全钳失效的故障模式[2]。

1.1.1安全钳本体故障

随着电梯使用年限的增长，轿厢安全钳的关键零部件会发生磨损。轿厢安全钳制动力不足，会导致制停距离过大，从而引发轿厢蹲底事故。安全钳内各部件之间因油脂缺失，会导致安全钳的动作响应时间延长或两侧动作不同步。若井道内的小砂石掉落在触发安全钳的部件间隙之中，会产生卡阻，导致安全钳两侧动作不同步或无法正常动作。此外，安全钳电气开关若失效或被短接，会造成紧急情况下限速器被触发后电梯仍在运行的危险状态[3]。

1.1.2限速器本体故障

限速器长期高速运转会导致其零部件磨损，从而无法触发安全钳。若润滑油脂缺失或结块，会导致限速器楔块卡阻，无法触发安全钳。维护不当导致触发速度被改变，可能导致误动作或失效。限速器长期的摩擦积灰如果没有定期清洁，可能会导致零部件的运动卡阻，造成限速器无法正常触发。限速器的运动零部件应设置一个防护装置，以防止建筑内老鼠夹入限速器造成误动作。限速器电气开关若失效，可能造成紧急情况下限速器被触发后电梯仍在运行的危险状态[4]。

1.1.3其他相关部件故障

导轨变形或导轨表面不平整，使得电梯运行时安全钳刹车片与导轨的间隙过小发生安全钳误动作。轿厢由于未按安装工艺进行施工导致轿厢变形，运载货物偏于一侧放导致轿厢倾斜，使得电梯安全钳与导轨刮擦发生误动作，导致误动作后的轿厢被卡死甚至严重变形[5]。

1.2安全钳故障树基本事件的确定

安全钳零部件磨损；

安全钳制动力调整不当；

1）安全钳本体故障 " 安全钳零部件卡阻；

安全钳清洁问题；

安全钳电气开关故障；

限速器零部件磨损；

限速器零部件卡阻；

2）限速器本体故障 " 限速器调整不当或未校验；

限速器清洁问题；

限速器防护问题；

限速器电气开关故障；

导轨变形或表面不平整；

3）其他相关部件故障 " 轿厢倾斜变形；

涨紧轮拖地。

1.3 建立安全钳故障树

首先要明确系统失效的顶事件，即要分析和评估系统失效情况[6]。在安全钳故障树中，常用的逻辑门有“与门”（AND门）和“或门”（OR门）。“与门”在故障树中，通常使用逻辑乘（∩）符号表示[7]。图1为安全钳故障树模型图，图2为安全钳本体故障树模型图，表1为安全钳故障树模型对应的事件表。

图1 " " 安全钳故障树模型图

图2 " "安全钳本体故障树模型图

表1 " " 安全钳故障树模型事件表

1.4 FTA分析

1.4.1定性分析

根据故障树系统的定性分析方法[8]，由于该安全钳故障树树状简单，直接采用下行法进行分析，得出安全钳故障树的最小割集。由图1安全钳故障树模型图中可知该故障树所有基本事件之间的“与”“或”逻辑关系，布尔代数表达式如下：

A=B1+B2+B3+B4

B1=C6+D17+C7+C8+C9=D15+D16+D17+D18+D19+

D20+D21+D22+D23+D24

B2=C1+C2+D5+D6+C3+C4=D1D2+D3+D4+D5+D6+

D7+D8+D9+D10

B3=C5+D11+D12=D11+D12+D13+D14

所以得：

A=D1D2+D3+D4+D5+D6+D7+D8+D9+D10+D11+D12+D13+D14+D15+D16+D17+D18+D19+D20+D21+D22+D23+D24

安全钳故障树由23个基本事件组成，任一个事件的发生都会造成顶事件的发生，即事件{D1D2}、{D3}、{D4}、{D5}、{D6}、{D7}、{D8}、{D9}、{D10}、{D11}、{D12}、{D13}、{D14}、{D15}、{D16}、{D17}、{D18}、{D19}、{D20}、{D21}、{D22}、{D23}、{D24}都是顶事件发生的最小割集，它们代表了该系统故障的23种基本模式。

1.4.2定量分析

安全钳故障树定量分析是根据建立的模型做出的数据统计，通过采集500台该型号安全钳本体、限速器、使用工况、工作环境、维护保养情况以及故障记录等，并根据不同的电梯特征值，以提升高度为30m以下、30～60m及60m以上分成三类统计，得到的基本数据参数作为故障树底事件发生概率统计分类所示。采集提升高度为30m以下的安全钳故障树发生概率，如表2所示。

1）顶事件发生概率的计算

计算公式： （1）

为顶事件发生的概率即（不可靠度），为底事件发生的概率。

通过上述的{D1D2}、{D3}、{D4}、{D5}、{D6}、{D7}、{D8}、{D9}、{D10}、{D11}、{D12}、{D13}、{D14}、{D15}、{D16}、{D17}、{D18}、{D19}、{D20}、{D21}、{D22}、{D23}、{D24}顶事件发生的最小割集都是各个独立，所以根据上述公式计算得到：

即安全故障顶事件失效发生概率为 4.02%。

2）底事件概率重要度分析

计算公式： " " " " （2）

——为第i个底事件的概率重要度；

——为系统的不可靠度函数；

——为第i个底事件的不可靠度函数。

由上述式子计算得到各个底事件的概率重要度如表3所示。

表3 " " 提升高度为30m以下的安全钳故障树底事件

概率重要度计算

表3通过对提升高度为30m以下安全钳故障树定量分析得到23个最小割集的重要度数据，为使用单位及维保单位在对提升高度为30m以下的安全钳故障分析提供一个直观有效的参考。

采集提升高度为30～60m的安全钳故障树发生概率统计分类如表4所示。

3）顶事件发生概率的计算由上述公式（1）计算得到：。

即安全故障顶事件失效发生概率为 4.17%。

4）底事件概率重要度分析

由上述公式（2）计算得到各个底事件的概率重要度如表5所示。

表5通过对提升高度为30～60m的安全钳故障树定量分析得到23个最小割集的重要度数据，为使用单位及维保单位在对提升高度为30～60m的安全钳故障分析提供一个直观有效的参考。

采集提升高度为60m以上的安全钳故障树发生概率统计分类如表6所示。

5）顶事件发生概率的计算由上述公式（1）计算得到：。

即安全故障顶事件失效发生概率为 4.38%。

6）底事件概率重要度分析

由上述公式（2）计算得到各个底事件的概率重要度如表7所示。

表7通过对提升高度为60m以上的安全钳故障树定量分析得到23个最小割集的重要度数据，为使用单位及维保单位在对提升高度为60m以上的安全钳故障分析提供一个直观有效的参考。

2 故障树应用

以某物业服务有限公司3台电梯为分析主体，这3台电梯的安全钳误动作故障频次远大于正常运行的电梯，维保公司尝试各种方法降低安全钳误动作的故障率，均得不到明显效果，为此常造成停梯困人事件。基于上述安全钳故障树分析对这3台电梯进行分析排查故障，并用以指导后续维保公司处理类似安全钳误动作故障事件。

2.1电梯A

电梯A层站数为8层8站，提升高度为25m，安全钳误动作故障频次远大于其他电梯，严重影响到人们出行安全。电梯A提升高度为30m以下，根据上述安全钳故障树的分析得到在提升高度为30m以下安全钳故障的23个最小割集的概率重要度，安全钳连接螺栓松动（D20）概率重要度相对较高。在排查过程中，如图3所示。

安全钳连接螺栓松动（D20）：安全钳的本体可能存在机械问题，例如零件损坏、磨损、松动或安全钳拉杆变形等。现场检查发现该部电梯的安全钳制动楔块固定不可靠，限速器绳的连接板与轿厢安全钳侧转动连接部件的固定螺栓松动（如图3所示），这就可能造成电梯在下行过程中，限速器绳由于惯性保持不动，从而使得安全钳误动作，造成电梯故障无法运行。

由此提出解决方案：排查该项目的每台电梯的相关部位是否存在该情况，若存在该问题，应立即紧固该螺帽部位，降低安全钳误动作故障[9]。

2.2电梯B

电梯B层站数为18层18站，提升高度为54m，提升高度为30～60m，安全钳误动作故障频次远大于其他电梯，根据上述安全钳故障树的分析得到在提升高度为30～60m安全钳故障的23个最小割集的概率重要度，限速器棘爪弹簧松动（D4）概率重要度相对较高。因此，有针对性地排查电梯限速器棘爪弹簧。在排查过程中发现，电梯在运转过程中限速器有轻微的响声，发现如图4所示的情况。

限速器棘爪弹簧松动（D4）：限速器棘爪弹簧出厂时调整好预定值，由于运动部件长期工作运行，加上环境变化，容易导致弹簧伸缩力不足或是失效，造成棘爪等零件位置串动等故障，严重情况下可能导致电梯运行过程中棘爪掉下卡在棘轮上，造成安全钳的误动作[10]。

由此提出解决方案：排查该小区每台电梯的相关部位是否存在该情况，若存在该问题，应立即更换棘爪弹簧，降低安全钳误动作故障。

2.3电梯C

电梯C层站数为25层25站，提升高度为80m，安全钳误动作故障频次远大于其他电梯。根据上述安全钳故障树的分析得到在提升高度为60m以上安全钳故障的23个最小割集的概率重要度，安全钳提拉连杆卡阻（D16）概率重要度相对较高。因此，有针对性地排查电梯安全钳的提拉连杆，如图5所示。

安全钳提拉连杆卡阻（D16）：通过观察及试验发现安全钳提拉杆顶端太长（如图6所示），提拉杆的顶端与轿厢上部导靴底部距离过近，导致提拉杆无法完全提拉安全钳制动元件到位。

由此提出解决方案：排查该小区每台电梯的相关部位是否存在该情况，若存在该问题，需把安全钳提拉杆顶端切割掉一段，保证安全提拉杆有相应的动作行程，降低安全钳误动作故障[11]。

3 结语

通过建立电梯安全钳故障树可视化分析模型，帮助电梯维保公司解决安全钳误动作难以处理的电梯故障，降低安全钳误动作故障率，也增强了人们日常乘坐电梯的安全保障。该小区内其他电梯设备按照该模型分析并整改后总体运行稳定，降低了出现安全钳误动作的故障。

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