基于故障樹的電梯安全鉗誤動作原因分析及解決方案

摘要：文中運用故障樹基本原理，對電梯安全鉗誤動作進(jìn)行分析，采集500臺電梯安全鉗本體、限速器、使用工況、工作環(huán)境、維護(hù)保養(yǎng)情況以及故障記錄等參數(shù)作為故障樹的特征值，分析安全鉗誤動作的所有可能原因和原因組合。通過由上向下、嚴(yán)格按層次的故障因果邏輯分析，建立故障樹模型，通過故障樹的定性及定量分析，得到電梯安全鉗誤動作的故障問題。最后，根據(jù)故障樹找到使用單位電梯安全鉗存在的問題，并給出解決方案，保障電梯安全運行。

關(guān)鍵詞：安全鉗；故障樹；誤動作

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

安全鉗是在電梯發(fā)生意外下墜時，為防止電梯繼續(xù)運行導(dǎo)致乘客受傷而設(shè)置的裝置。在實際生活中，會出現(xiàn)電梯安全鉗誤動作的情況，導(dǎo)致不必要的損失。

某物業(yè)服務(wù)有限公司管理的電梯，近期頻繁出現(xiàn)ZDGZ-205限速器適配的安全鉗誤動作。電梯維保公司嘗試各種方法處理該問題，但未能消除該隱患。因此，文中先分析安全鉗誤動作的所有可能原因，再通過故障樹的定性及定量分析，分析得到安全鉗誤動作的故障問題[1]，并提出相應(yīng)的解決方案，保障電梯安全運行。

1 安全鉗故障樹分析模型建立

1.1安全鉗故障分析

電梯安全鉗是電梯中的一個重要安全裝置，主要用于保護(hù)電梯在發(fā)生意外下墜時，避免快速墜落并將轎廂固定在導(dǎo)軌上。確定安全鉗故障樹需要考慮導(dǎo)致安全鉗失效的故障模式[2]。

1.1.1安全鉗本體故障

隨著電梯使用年限的增長，轎廂安全鉗的關(guān)鍵零部件會發(fā)生磨損。轎廂安全鉗制動力不足，會導(dǎo)致制停距離過大，從而引發(fā)轎廂蹲底事故。安全鉗內(nèi)各部件之間因油脂缺失，會導(dǎo)致安全鉗的動作響應(yīng)時間延長或兩側(cè)動作不同步。若井道內(nèi)的小砂石掉落在觸發(fā)安全鉗的部件間隙之中，會產(chǎn)生卡阻，導(dǎo)致安全鉗兩側(cè)動作不同步或無法正常動作。此外，安全鉗電氣開關(guān)若失效或被短接，會造成緊急情況下限速器被觸發(fā)后電梯仍在運行的危險狀態(tài)[3]。

1.1.2限速器本體故障

限速器長期高速運轉(zhuǎn)會導(dǎo)致其零部件磨損，從而無法觸發(fā)安全鉗。若潤滑油脂缺失或結(jié)塊，會導(dǎo)致限速器楔塊卡阻，無法觸發(fā)安全鉗。維護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致觸發(fā)速度被改變，可能導(dǎo)致誤動作或失效。限速器長期的摩擦積灰如果沒有定期清潔，可能會導(dǎo)致零部件的運動卡阻，造成限速器無法正常觸發(fā)。限速器的運動零部件應(yīng)設(shè)置一個防護(hù)裝置，以防止建筑內(nèi)老鼠夾入限速器造成誤動作。限速器電氣開關(guān)若失效，可能造成緊急情況下限速器被觸發(fā)后電梯仍在運行的危險狀態(tài)[4]。

1.1.3其他相關(guān)部件故障

導(dǎo)軌變形或?qū)к壉砻娌黄秸?，使得電梯運行時安全鉗剎車片與導(dǎo)軌的間隙過小發(fā)生安全鉗誤動作。轎廂由于未按安裝工藝進(jìn)行施工導(dǎo)致轎廂變形，運載貨物偏于一側(cè)放導(dǎo)致轎廂傾斜，使得電梯安全鉗與導(dǎo)軌刮擦發(fā)生誤動作，導(dǎo)致誤動作后的轎廂被卡死甚至嚴(yán)重變形[5]。

1.2安全鉗故障樹基本事件的確定

安全鉗零部件磨損；

安全鉗制動力調(diào)整不當(dāng)；

1）安全鉗本體故障 " 安全鉗零部件卡阻；

安全鉗清潔問題；

安全鉗電氣開關(guān)故障；

限速器零部件磨損；

限速器零部件卡阻；

2）限速器本體故障 " 限速器調(diào)整不當(dāng)或未校驗；

限速器清潔問題；

限速器防護(hù)問題；

限速器電氣開關(guān)故障；

導(dǎo)軌變形或表面不平整；

3）其他相關(guān)部件故障 " 轎廂傾斜變形；

漲緊輪拖地。

1.3 建立安全鉗故障樹

首先要明確系統(tǒng)失效的頂事件，即要分析和評估系統(tǒng)失效情況[6]。在安全鉗故障樹中，常用的邏輯門有“與門”（AND門）和“或門”（OR門）。“與門”在故障樹中，通常使用邏輯乘（∩）符號表示[7]。圖1為安全鉗故障樹模型圖，圖2為安全鉗本體故障樹模型圖，表1為安全鉗故障樹模型對應(yīng)的事件表。

圖1 " " 安全鉗故障樹模型圖

圖2 " "安全鉗本體故障樹模型圖

表1 " " 安全鉗故障樹模型事件表

1.4 FTA分析

1.4.1定性分析

根據(jù)故障樹系統(tǒng)的定性分析方法[8]，由于該安全鉗故障樹樹狀簡單，直接采用下行法進(jìn)行分析，得出安全鉗故障樹的最小割集。由圖1安全鉗故障樹模型圖中可知該故障樹所有基本事件之間的“與”“或”邏輯關(guān)系，布爾代數(shù)表達(dá)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

安全鉗故障樹由23個基本事件組成，任一個事件的發(fā)生都會造成頂事件的發(fā)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}都是頂事件發(fā)生的最小割集，它們代表了該系統(tǒng)故障的23種基本模式。

1.4.2定量分析

安全鉗故障樹定量分析是根據(jù)建立的模型做出的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，通過采集500臺該型號安全鉗本體、限速器、使用工況、工作環(huán)境、維護(hù)保養(yǎng)情況以及故障記錄等，并根據(jù)不同的電梯特征值，以提升高度為30m以下、30～60m及60m以上分成三類統(tǒng)計，得到的基本數(shù)據(jù)參數(shù)作為故障樹底事件發(fā)生概率統(tǒng)計分類所示。采集提升高度為30m以下的安全鉗故障樹發(fā)生概率，如表2所示。

1）頂事件發(fā)生概率的計算

計算公式： （1）

為頂事件發(fā)生的概率即（不可靠度），為底事件發(fā)生的概率。

通過上述的{D1D2}、{D3}、{D4}、{D5}、{D6}、{D7}、{D8}、{D9}、{D10}、{D11}、{D12}、{D13}、{D14}、{D15}、{D16}、{D17}、{D18}、{D19}、{D20}、{D21}、{D22}、{D23}、{D24}頂事件發(fā)生的最小割集都是各個獨立，所以根據(jù)上述公式計算得到：

即安全故障頂事件失效發(fā)生概率為 4.02%。

2）底事件概率重要度分析

計算公式： " " " " （2）

——為第i個底事件的概率重要度；

——為系統(tǒng)的不可靠度函數(shù)；

——為第i個底事件的不可靠度函數(shù)。

由上述式子計算得到各個底事件的概率重要度如表3所示。

表3 " " 提升高度為30m以下的安全鉗故障樹底事件

概率重要度計算

表3通過對提升高度為30m以下安全鉗故障樹定量分析得到23個最小割集的重要度數(shù)據(jù)，為使用單位及維保單位在對提升高度為30m以下的安全鉗故障分析提供一個直觀有效的參考。

采集提升高度為30～60m的安全鉗故障樹發(fā)生概率統(tǒng)計分類如表4所示。

3）頂事件發(fā)生概率的計算由上述公式（1）計算得到：。

即安全故障頂事件失效發(fā)生概率為 4.17%。

4）底事件概率重要度分析

由上述公式（2）計算得到各個底事件的概率重要度如表5所示。

表5通過對提升高度為30～60m的安全鉗故障樹定量分析得到23個最小割集的重要度數(shù)據(jù)，為使用單位及維保單位在對提升高度為30～60m的安全鉗故障分析提供一個直觀有效的參考。

采集提升高度為60m以上的安全鉗故障樹發(fā)生概率統(tǒng)計分類如表6所示。

5）頂事件發(fā)生概率的計算由上述公式（1）計算得到：。

即安全故障頂事件失效發(fā)生概率為 4.38%。

6）底事件概率重要度分析

由上述公式（2）計算得到各個底事件的概率重要度如表7所示。

表7通過對提升高度為60m以上的安全鉗故障樹定量分析得到23個最小割集的重要度數(shù)據(jù)，為使用單位及維保單位在對提升高度為60m以上的安全鉗故障分析提供一個直觀有效的參考。

2 故障樹應(yīng)用

以某物業(yè)服務(wù)有限公司3臺電梯為分析主體，這3臺電梯的安全鉗誤動作故障頻次遠(yuǎn)大于正常運行的電梯，維保公司嘗試各種方法降低安全鉗誤動作的故障率，均得不到明顯效果，為此常造成停梯困人事件?；谏鲜霭踩Q故障樹分析對這3臺電梯進(jìn)行分析排查故障，并用以指導(dǎo)后續(xù)維保公司處理類似安全鉗誤動作故障事件。

2.1電梯A

電梯A層站數(shù)為8層8站，提升高度為25m，安全鉗誤動作故障頻次遠(yuǎn)大于其他電梯，嚴(yán)重影響到人們出行安全。電梯A提升高度為30m以下，根據(jù)上述安全鉗故障樹的分析得到在提升高度為30m以下安全鉗故障的23個最小割集的概率重要度，安全鉗連接螺栓松動（D20）概率重要度相對較高。在排查過程中，如圖3所示。

安全鉗連接螺栓松動（D20）：安全鉗的本體可能存在機械問題，例如零件損壞、磨損、松動或安全鉗拉桿變形等?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)該部電梯的安全鉗制動楔塊固定不可靠，限速器繩的連接板與轎廂安全鉗側(cè)轉(zhuǎn)動連接部件的固定螺栓松動（如圖3所示），這就可能造成電梯在下行過程中，限速器繩由于慣性保持不動，從而使得安全鉗誤動作，造成電梯故障無法運行。

由此提出解決方案：排查該項目的每臺電梯的相關(guān)部位是否存在該情況，若存在該問題，應(yīng)立即緊固該螺帽部位，降低安全鉗誤動作故障[9]。

2.2電梯B

電梯B層站數(shù)為18層18站，提升高度為54m，提升高度為30～60m，安全鉗誤動作故障頻次遠(yuǎn)大于其他電梯，根據(jù)上述安全鉗故障樹的分析得到在提升高度為30～60m安全鉗故障的23個最小割集的概率重要度，限速器棘爪彈簧松動（D4）概率重要度相對較高。因此，有針對性地排查電梯限速器棘爪彈簧。在排查過程中發(fā)現(xiàn)，電梯在運轉(zhuǎn)過程中限速器有輕微的響聲，發(fā)現(xiàn)如圖4所示的情況。

限速器棘爪彈簧松動（D4）：限速器棘爪彈簧出廠時調(diào)整好預(yù)定值，由于運動部件長期工作運行，加上環(huán)境變化，容易導(dǎo)致彈簧伸縮力不足或是失效，造成棘爪等零件位置串動等故障，嚴(yán)重情況下可能導(dǎo)致電梯運行過程中棘爪掉下卡在棘輪上，造成安全鉗的誤動作[10]。

由此提出解決方案：排查該小區(qū)每臺電梯的相關(guān)部位是否存在該情況，若存在該問題，應(yīng)立即更換棘爪彈簧，降低安全鉗誤動作故障。

2.3電梯C

電梯C層站數(shù)為25層25站，提升高度為80m，安全鉗誤動作故障頻次遠(yuǎn)大于其他電梯。根據(jù)上述安全鉗故障樹的分析得到在提升高度為60m以上安全鉗故障的23個最小割集的概率重要度，安全鉗提拉連桿卡阻（D16）概率重要度相對較高。因此，有針對性地排查電梯安全鉗的提拉連桿，如圖5所示。

安全鉗提拉連桿卡阻（D16）：通過觀察及試驗發(fā)現(xiàn)安全鉗提拉桿頂端太長（如圖6所示），提拉桿的頂端與轎廂上部導(dǎo)靴底部距離過近，導(dǎo)致提拉桿無法完全提拉安全鉗制動元件到位。

由此提出解決方案：排查該小區(qū)每臺電梯的相關(guān)部位是否存在該情況，若存在該問題，需把安全鉗提拉桿頂端切割掉一段，保證安全提拉桿有相應(yīng)的動作行程，降低安全鉗誤動作故障[11]。

3 結(jié)語

通過建立電梯安全鉗故障樹可視化分析模型，幫助電梯維保公司解決安全鉗誤動作難以處理的電梯故障，降低安全鉗誤動作故障率，也增強了人們?nèi)粘３俗娞莸陌踩Ｕ?。該小區(qū)內(nèi)其他電梯設(shè)備按照該模型分析并整改后總體運行穩(wěn)定，降低了出現(xiàn)安全鉗誤動作的故障。

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