基于FTA的電梯驅(qū)動主機(jī)振動故障分析

劉 磊 ，阮一暉，韋方平，李德鋒

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院，江蘇常州 213000）

0 引言

電梯是一種機(jī)電化程度高度集中的產(chǎn)品，它是一種出廠時是零部件，現(xiàn)場安裝成型的特種設(shè)備，也是與老百姓日常生活中接觸最為廣泛的特種設(shè)備。目前，我國電梯保有量、年產(chǎn)量、年增長量均為世界第一[1]，但是電梯的安全狀況卻不容樂觀。由于我國法律和法規(guī)暫無電梯報廢期限規(guī)定，隨著電梯的使用年限的延長，電梯部件不斷老化，電梯的可靠度將隨之逐漸下降、故障率將不斷增加。

電梯在城市中的應(yīng)用越來越普及，隨著樓層的不斷增加，電梯的運(yùn)行速度越來越快，電梯驅(qū)動主機(jī)的功率也隨之不斷升高。目前已有部分學(xué)者對電梯存在的危險狀態(tài)或事故做過故障樹分析[2-4]，但是驅(qū)動主機(jī)部分還是少有涉及。本文作者在日常的電梯檢驗中發(fā)現(xiàn)，電梯驅(qū)動主機(jī)的異常振動故障現(xiàn)象日益明顯，呈現(xiàn)高發(fā)趨勢，有必要引起電梯檢驗人員和電梯維保人員足夠的重視。電梯驅(qū)動主機(jī)的振動故障產(chǎn)生原因是多種多樣的，有制造方面的原因，有維護(hù)保養(yǎng)方面的原因，也有日常使用方面的原因。驅(qū)動主機(jī)是電梯運(yùn)行的動力來源，也是確保電梯正常運(yùn)行的最重要屏障，因此電梯驅(qū)動主機(jī)產(chǎn)生振動故障的后果是比較嚴(yán)重的。

1 故障樹分析法

故障樹分析法（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）是1961年由美國貝爾實驗室首先提出[5]，并用于民兵導(dǎo)彈的發(fā)射系統(tǒng)的控制，取得了良好的效果，后來逐步被應(yīng)用到工業(yè)的各個方面，具有簡單、直觀、有效等特點。

故障樹分析是一種演繹的系統(tǒng)安全分析方法[6]。首先要選定分析對象系統(tǒng)，即確定分析的故障或事故，然后利用已有數(shù)據(jù)或?qū)＜医?jīng)驗層層向下分解，調(diào)查頂上事件發(fā)生的原因事件，列出中間事件和底事件，一直分析到不能再往下分解而止。再用邏輯門符號語言將頂上事件、中間事件和底事件相連接，得到形象、簡潔地表達(dá)其邏輯關(guān)系的像大樹形狀的圖形，這就是故障樹。故障樹能直觀反應(yīng)出產(chǎn)生頂上事件的各種原因，以及各種原因?qū)斏鲜录慕Y(jié)構(gòu)重要度影響。

FTA分析法的關(guān)鍵是正確編制故障樹，分析的準(zhǔn)確度很大程度上取決于故障樹的完整程度和正確性[7]。因此合理地編制故障樹是故障樹分析法的工作重點。

故障樹分析法實際是依靠可靠性分析的一種方法，具有普遍的工程意義。故障樹分析的基本步驟一般如下：

（1）確定分析對象系統(tǒng)；

（2）確定頂上事件；

（3）調(diào)查頂上事件發(fā)生的原因事件；

（4）形成故障樹；

（5）定性分析；

（6）定量分析；

（7）得到結(jié)論。

其中定性分析一般包括確定最小割集、確定最小徑集和結(jié)構(gòu)重要度分析，對事故的發(fā)生或不發(fā)生的兩種狀態(tài)進(jìn)行研究，適用于簡單的分析。定量分析不僅研究事故發(fā)生與否，還要對頂上事件、各中間事件和底事件的發(fā)生概率進(jìn)行計算或估算，如果損失嚴(yán)重度超出預(yù)定目標(biāo)值，須采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，將其降至目標(biāo)值以下。

2 驅(qū)動主機(jī)振動故障樹分析

以有齒輪曳引機(jī)為例，一般驅(qū)動主機(jī)異常振動故障產(chǎn)生的原因主要有以下三大方面：

（1）曳引機(jī)本身振動引起的故障。曳引機(jī)本身振動故障通常是由于曳引機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩過大、蝸輪蝸桿副側(cè)向間隙過大、蝸輪磨損過大、電動機(jī)和減速箱連接的軸承磨損過大、制動器開啟關(guān)閉振動過大或制動器帶閘運(yùn)行等原因造成。這部分原因通常是由于日常維保不當(dāng)引起的。

（2）電梯懸掛系統(tǒng)振動引起的故障。懸掛系統(tǒng)引起的振動故障通常是由于鋼絲繩繩頭系統(tǒng)振動、鋼絲繩松動張力不均、鋼絲繩扭曲或鋼絲繩繩芯失油等原因造成。這部分原因通常是電梯安裝和日常保養(yǎng)不到位引起的。

（3）主機(jī)原有隔振系統(tǒng)失效。一般情況下，電梯出廠時底座上配有隔振系統(tǒng)，但這個隔振系統(tǒng)通常是廠家隨意搭配，很少有經(jīng)過準(zhǔn)確計算設(shè)計的[8]。隔振系統(tǒng)失效引起的振動故障主要由于隔震墊失效、旋轉(zhuǎn)中心設(shè)計錯誤或共振等原因產(chǎn)生。這部分原因主要是電梯廠家設(shè)計錯誤造成的。

繪制故障樹如圖1所示，其中故障樹中符號簡介如表1所列。

圖1 故障樹

最小割集就是發(fā)生驅(qū)動主機(jī)振動故障事件的最低限度的底事件的合集。故障樹模型中為“或門”邏輯表示當(dāng)任意一個輸入事件發(fā)生時均會導(dǎo)致輸出事件的發(fā)生，“與門”邏輯表示輸入事件同時發(fā)生時輸出事件才發(fā)生。該例中最小割集為：

表1 驅(qū)動主機(jī)異常振動故障樹內(nèi)容簡介

（1）(X1)，X1:X1。

（2）(X2)，X2:X2。

（3）(X3)，X3:X3。

（4）(X4)，X4:X4。

（5）(X5)，X5:X5。

（6）(X6)，X6:X6。

（7）(X7)，X7:X7。

（8）(X8)，X8:X8。

（9）(X9)，X9:X9。

（10）(X10)，X10:X10。

（11）(X11)，X11:X11。

（12）(X12)，X12:X12。

（13） (X13*X14)，X13:X13，X14:X14。共有 13個危險源。

結(jié)構(gòu)重要度分析就是在不考慮各個底事件的發(fā)生概率或者假設(shè)各個底事件的發(fā)生概率一致時，各個底事件對發(fā)生頂上事件的所產(chǎn)生的影響的大小。在該例中，結(jié)構(gòu)重要度為：

I(X12)=I(X11)=I(X10)=I(X9)=I(X8)=I(X7)=I(X6)=I(X5)=I(X4)=I(X3)=I(X2)=I(X1)＞I(X14)=I(X13)。從結(jié)果看，各底事件導(dǎo)致驅(qū)動主機(jī)的異常振動故障的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)大致相同，“或門”的重要度系數(shù)大于“與門”的重要度系數(shù)。

電梯驅(qū)動主機(jī)的振動故障的危害性，從噪聲和振動的角度講，對頂層住戶的居住舒適感影響很大；從安全的角度講，電梯驅(qū)動主機(jī)的異常振動非常危險具有安全隱患，有可能成為電梯事故的導(dǎo)火索，必須要得到足夠的重視。

3 結(jié)論

電梯的普及率越來越高，電梯的使用率也越來越高，使用15年以上的電梯將進(jìn)入快速衰老期，我國即將面臨大批量的老舊電梯，這是一個嚴(yán)峻的問題。運(yùn)用可靠性分析方法將有助于電梯從業(yè)人員更好地管理和使用電梯。本文作者從頂上事件-驅(qū)動主機(jī)振動故障入手，逐層劃分中間事件和底事件，并且運(yùn)用邏輯門關(guān)系完成系統(tǒng)邏輯分析，得出最小割集和結(jié)構(gòu)重要度，為電梯從業(yè)人員提供依據(jù)，具有一定的參考價值。