電梯起重機械故障的診斷與治理

張理云ZHANG Li-yun

（宜春市特種設備監(jiān)督檢驗中心，宜春 336000）

0 引言

在電梯運行中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些事故，其中大部分是由于起重機設備出現(xiàn)了沖頂、溜梯、鋼絲繩斷裂等問題，不但會導致總費用的上升，而且維護起來也會更加困難，會對人們的使用安全構成極大的威脅和影響。從結構角度來看，目前吊裝設備大都是鋼制的，要對其進行科學的管理和監(jiān)測，避免出現(xiàn)安全事故。所以，對起重機械的故障進行診斷與維修是非常有必要的。

1 電梯起重機械故障分析

1.1 機械的過度運作導致故障

由于傳統(tǒng)的電梯切換負荷信號無法適應不同的用戶需要，負荷過大時會出現(xiàn)一些機械故障，為確保電流供電的穩(wěn)定性，一般電梯都會采取全新的調度群控系統(tǒng)，這樣有利于外界信號的傳輸[1]。并且隨著人們的生活節(jié)奏的加快，這種操作造成的故障也變得越來越難以控制，所以在非高峰時段，應加大對電梯的保養(yǎng)與保護，以保障電梯在高峰期運行能夠順利且通暢。

1.2 由潤滑體系引起的失效

據(jù)有關數(shù)據(jù)表明，由于潤滑系統(tǒng)的原因，導致的故障頻率很高。用螺絲固定，在不超過80%的電梯負荷下，開關不能響應。到達時，電梯內會以全負荷的方式傳送信號，當達到110%時，即視為電梯超載。由于潤滑系統(tǒng)在運行中的損壞，導致其性能不斷下降，一旦出現(xiàn)潤滑系統(tǒng)的故障，就會造成電梯在某種程度上的故障和損壞。

1.3 機械自然損壞

任何一種機械在使用了很多年后，都會產(chǎn)生一定的損耗，從而影響到機器的工作效率，從而引起一些故障[2]。所以在使用期間，必須定期檢查電梯。另外，這樣的損壞是很難避免的，所以，在設備的日常維修中，檢查起到了至關重要的作用。

2 案例分析與探討

2.1 故障數(shù)據(jù)采樣

利用ZigBee組網(wǎng)設計方法，以六維力感應器對電梯起重機械的鋼絲繩斷裂進行實時監(jiān)控，對電梯起重機械的鋼絲拉力數(shù)據(jù)和載荷數(shù)據(jù)進行實時采集[3]。結合所建立的監(jiān)測模型，對電梯起重機械的鋼絲繩絕緣異常進行分類，得出了電梯起重機械的電纜斷裂故障概率的采樣值ck與故障點的相位分布ψ/ω的關系如下公式所示：

然后我們把這個故障的特性分配給了一個樣本集序列{x（n）}為0的平均k階高斯穩(wěn)定過程，構造一個多層次的自適應的學習模式，在故障監(jiān)控中進行了反復的訓練，這時其產(chǎn)生故障的特性分布如下：

然后采用自由式混合機構測試，然后對電梯的鋼絲繩絕緣的初值和欠減振成分進行測試，這時球形支座的故障斷裂的特征量如下：

通過對3根均勻分布的連接件的故障實例進行了研究，建立了一種基于分散集成的電梯起重機鋼絲繩斷裂的故障特性的混合模式，并獲得了一個故障的融合狀態(tài)向量s（t）=[s1（t），s2（t），…，sq（t）]T和噪聲矢量n（t），這兩個矢量是相互獨立的，從而得出了電梯鋼絲繩的故障信號j和c型故障的跳躍特性，該特征由如下公式表示：

且根據(jù)可控性的故障負荷特征檢測手段，對基于串行構成的共軸混聯(lián)機械系統(tǒng)進行故障檢測的大數(shù)據(jù)分析[4]。

2.2 故障特征提取

在這一步驟中，需要建立鉸鏈模式于電梯起重機械鋼絲繩斷裂故障中的狀態(tài)，見圖1。

圖1 鉸鏈模型圖示

從電梯主軸的旋轉特性來看，電梯吊掛纜索斷裂時的穩(wěn)定動力特性是：{λi:1≤i≤S}，在（R）RRS+PS并聯(lián)機構中，構造出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的故障診斷模型，并將其與螺旋線的相互關系進行了分析，得出了在電梯起重機械的鋼絲繩過載情況下，其負載為：

通過對所抽取到的電梯起重機械的鋼絲繩斷裂故障進行高維的相位重構，利用模糊優(yōu)化算法對所采集到的電梯起重機械的鋼絲繩斷裂進行優(yōu)化，并利用該算法求解了電梯起重機械的鋼絲繩和回轉圈的斷裂載荷，求出了斷裂載荷條件下的分配結點Nk（k＞2）的權重值：

采用貝葉神經(jīng)網(wǎng)絡的特征分析法，對電梯起重機械的鋼絲繩斷裂進行了特征辨識，并對其進行載荷平衡，并利用其輸出的電流和載荷的差別對其進行載荷平衡。給出故障的分布特征量為：

公式中u（t）表示為特征的分解系數(shù)，ωc表示線路電阻，采用節(jié)點電壓法進行故障數(shù)據(jù)時域分析，并給出了電梯起重機械鋼絲繩斷裂故障的振動成分表達式：

根據(jù)電梯起重機械的斷裂故障特征，對其進行統(tǒng)計分析。分別對各神經(jīng)元模型進行在線監(jiān)測，并利用多層隱藏層逐步檢測法對其進行分析，得到了以下幾個主要的故障特征分量：

在這種情況下，如果電梯起重機械的鋼絲繩斷裂故障特性的干擾特性是真實的，虛的是單獨的顏色噪音，則可以采用空間融合技術來監(jiān)控起重機的鋼絲繩斷裂，得到樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征分量，隨后引入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡之后，以過濾波器輸入統(tǒng)計的特征分量，提出了一種基于故障穩(wěn)定的輸出特征值maxT，用于對電梯起重機械鋼絲繩斷裂故障進行監(jiān)測[5]。

2.3 故障屬性判別

結合上述故障的特征分布情況分析，實現(xiàn)負載的均衡控制，建立了一種基于貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡的故障診斷模式，該模型具有抗扭轉和球鉸支座的機械性能：

當α=2Dπ時，Xα（m）-x（m），將所采集的電梯起重機械的鋼絲繩絕緣件的失效樣品進行綜合，利用模糊C平均聚類分析方法，對其進行模糊聚類處理，此時故障的穩(wěn)定輸出特征量maxT表示為：

此時可利用ΔM′ij（i=1，D；j=1，N）第n個樣品代表第m類故障，而電梯起重機械的鋼絲繩斷裂故障樣品的最佳判別成本函數(shù)表達如下：

綜上所述，從輸入數(shù)據(jù)中找出特征，基于故障相關圖的分析，對故障屬性進行識別與分析。

2.4 鋼絲繩斷裂故障在線監(jiān)控技術的優(yōu)化

在此基礎上，建立了起重機鋼絲繩故障的多層次信息監(jiān)控模型，并將其故障的模糊排序集合函數(shù)表達為：

其中的xj（t）代表在故障特性資料D的總體上，對第j個群組中心的電梯鋼索斷裂的故障特性抽樣子集進行了全面的說明；lj（t）則代表將第一個階段的錯誤特征信息作為第一個學習的采樣集合，構造出一個貝葉斯網(wǎng)絡的故障檢測模式，利用下傾斜的磁盤的位置特性和追蹤的方法進行了收斂判定，那么在故障關聯(lián)特征得到后，可對故障定位的學習迭代式表述為：

2.5 仿真實驗和結果分析

通過模擬試驗，采用1024的取樣時間長度、200大小的故障特征分部樣本集、12的樣品長度、E=20個彈性模量和0.34的起始端狀態(tài)特性分布因子。按照以上的參數(shù)設置，驗證該方法在提升機鋼絲繩斷裂故障監(jiān)測中的應用效果[6]。在此基礎上，利用模擬值設置電梯的鋼絲繩故障，并對其進行分析，分析了其故障特征的分配。在圖2中可以看到：

圖2 故障特征分布圖示

通過對這些故障的特點進行分析，提取出了具有較高分辨率的相關特征值，并利用其與電氣設備的故障相似度來判別特定的失效，從而得出該故障的應力值；如圖3所示。

圖3 鋼絲繩斷裂的載荷大小

由圖3可以明確的是，本方法可有效提升故障在線監(jiān)測的精準度與效率。隨后結合不同方法精度對比（如表1），得出本文所提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的在線監(jiān)測方法精準度要更高。

表1 監(jiān)測性能對比

3 電梯起重機械故障的治理方法

結合上述電梯起重機械故障的分析和鋼絲繩斷裂這種典型機械故障分析方法的探討，本文提出對于多數(shù)電梯發(fā)生起重機械故障的處理方法和措施：

3.1 優(yōu)化目前的生產(chǎn)組織與管理機構

電梯故障的排除和優(yōu)化依賴于關鍵環(huán)節(jié)的保證，特別是電梯的設計、制造和選擇。具體來說有三個方面。

第一，要有賴于相關的法律、法規(guī)和規(guī)范。為了達到最佳的效益，保障電梯的運行，必須按照國家有關法律、法規(guī)和規(guī)范，并采取更為合理的措施來配合日常的管理，在降低成本的前提下，盡量保證電梯的正常運轉。

第二，每個零件都要遵守有關的安全規(guī)程。各部分的功能都是提升電梯功能的關鍵，各部分的功能必須要滿足相應的安全要求，才能確保各部分的正常工作，確保電梯的安全和使用[7]。因此相關單位要充分考慮各種影響，采取最優(yōu)的構造方案和設計標準，確保施工的安全，保證電梯運行在最基礎的位置。比如，制定一個適當?shù)馁徺I計劃，儲存優(yōu)質的備用部件，做好全面的倉儲和技術監(jiān)控。這樣，當電梯出現(xiàn)了問題，能夠快速地找到故障的根源，并對其進行替換，從而使電梯的故障診斷和檢查效率得到最大程度的改善。

第三，使用經(jīng)國家批準的電梯產(chǎn)品。沒有經(jīng)過國家批準的電梯，可靠度是無法保障的，最好是采用具有技術和高可靠性的合格電梯，不會留下任何隱患。

3.2 強化電梯維修保養(yǎng)的相關管理

電梯起重機械本身的故障檢修和后續(xù)維護工作十分關鍵，沒有經(jīng)過專業(yè)培訓的維修人員無法對電梯的工作狀況進行及時的調節(jié)，如果發(fā)生故障很容易對電梯使用壽命產(chǎn)生嚴重的影響。尤其是對電梯的維護，應從下列方面著手：

第一，對起重機發(fā)生的問題進行預判，并提出了預防和控制的對策；降低故障發(fā)生率，保證安全性。第二，在做好預判和防范的基礎上，根據(jù)不同的工作條件，進行適當?shù)恼{節(jié)，使部件的損耗降到最低。第三，小規(guī)模的維修很關鍵。小型維護可以減少大規(guī)模的維護。第四，強化管理隊伍的組織。為了確保電梯的正常運行，就必須成立一支與質量監(jiān)督協(xié)調的管理團隊，推動各個環(huán)節(jié)的建設，并且在細節(jié)上強化和維持，形成了一套經(jīng)過實踐證明的方法[8]。第五，在電梯維修過程中，要根據(jù)實際情況，正確預測和改進電梯的檢修周期，對電梯的故障進行預測和優(yōu)化，既能最大限度地保障安全，同時也能為人們的工作帶來更多的方便。

4 結語

綜上所述，對電梯起重機械進行故障診斷和治理，對其進行優(yōu)化和改造，可以降低電梯起重機械的觸電、沖頂、高空墜落等事故，特別是在減少某些重大安全事故中，如滑梯、擠傷、吊物（具）掉落等，有重要作用。所以在實際使用電梯時，必須要及時進行維修，從故障的特點和表現(xiàn)入手，深入挖掘其深層問題的根本原因，采用多種高效的管理方式，改進運行條件，進行組織和經(jīng)營，維護保養(yǎng)。通過對各種工序的優(yōu)化，并將現(xiàn)有的最佳方案作詳盡的記錄和保存，方便日后查閱、使用，促進電梯行業(yè)的平穩(wěn)、安全發(fā)展，從根源上消除安全隱患，讓電梯真正成為用戶信賴的操作工具。