電梯故障檢測(cè)與節(jié)能優(yōu)化探究

王淵蛟，袁景峰

（漢中市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測(cè)中心，陜西 漢中 723000）

1 電梯使用的基本現(xiàn)狀

市面上電梯品牌和質(zhì)量參差不齊，使用環(huán)境有好有壞，也存在維修維保不及時(shí)、電梯使用不當(dāng)?shù)雀鞣N情況，導(dǎo)致電梯安全事故時(shí)有發(fā)生，電梯能耗水平有待提升，電梯可靠運(yùn)行和節(jié)能已經(jīng)成為人們重點(diǎn)關(guān)注的話題。

2 電梯常見故障分類

電梯故障是指在除預(yù)防性維修或其他計(jì)劃性活動(dòng)或缺乏外部資源的情況外，電梯不能執(zhí)行所需功能的狀態(tài)，常見的機(jī)械故障主要有機(jī)械磨損、疲勞破壞、控制系統(tǒng)失效等引發(fā)的。

2.1 機(jī)械磨損

電梯的曳引系統(tǒng)主要是由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪等構(gòu)成。首先，曳引式電梯通過曳引輪的正反轉(zhuǎn)，利用曳引繩和曳引輪之間的靜摩擦力，帶動(dòng)曳引繩兩端的轎廂和對(duì)重上下升降運(yùn)動(dòng)。長(zhǎng)期使用勢(shì)必導(dǎo)致曳引輪輪槽和鋼絲繩之間的機(jī)械磨損，其次，曳引機(jī)采用的制動(dòng)器通常是常閉式摩擦型制動(dòng)器，制動(dòng)力是制動(dòng)器襯墊與制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓接觸產(chǎn)生的摩擦力，在電梯運(yùn)行的過程中，能夠有效地控制電梯在各樓層之間的停留；如果在運(yùn)行的過程中閘瓦存在局部磨損或整體磨損，就會(huì)導(dǎo)致停車舒適度下降或無法停車的問題。

2.2 機(jī)械疲勞

曳引機(jī)在控制系統(tǒng)的控制邏輯下通過懸掛系統(tǒng)進(jìn)行上下行的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，門系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)中接觸器觸點(diǎn)的吸合、釋放，多數(shù)是借用彈簧的壓縮恢復(fù)特性動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的，機(jī)械部件的往復(fù)動(dòng)作，伴隨時(shí)間增減，循環(huán)應(yīng)力頻繁作用在曳引系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)上，勢(shì)必導(dǎo)致疲勞破壞，引發(fā)電梯安全故障。必要的情況下，盡量在人員活動(dòng)比較密集的公共場(chǎng)所，通過設(shè)置多部電梯的形式，對(duì)人員進(jìn)行分流，減少用梯負(fù)荷，降低機(jī)械疲勞產(chǎn)生的電梯故障。

2.3 控制系統(tǒng)失效

電梯的控制系統(tǒng)一般包含轎內(nèi)指令線路、層外召喚線路、定向選層線路、啟動(dòng)運(yùn)行線路、平層線路、指層線路、開關(guān)門控制線路、安全保護(hù)線路等?？刂葡到y(tǒng)作為電梯的中樞大腦，一旦出現(xiàn)失效，會(huì)引發(fā)各種各樣的電梯故障。以安全保護(hù)線路為例，超速（失控）保護(hù)通過限速器、安全鉗聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；防超越形成的保護(hù)裝置主要是由三種開關(guān)組合而成，其中主要是極限開關(guān)、設(shè)置在井道內(nèi)兩端附近的強(qiáng)迫換速開關(guān)以及限位開關(guān)；設(shè)置緩沖器實(shí)現(xiàn)蹲底（或沖頂）保護(hù)；護(hù)腳板、門、門鎖和門的驗(yàn)證關(guān)門裝置實(shí)現(xiàn)防人員剪切和墜落的保護(hù)；轎廂超載裝置、限速器斷繩開關(guān)、錯(cuò)斷相保護(hù)、門安全觸板等實(shí)現(xiàn)阻斷電梯的不安全運(yùn)行。

3 電梯故障的檢測(cè)方法

電梯故障，一般集中在機(jī)械和電氣兩個(gè)方面。

電梯在運(yùn)行過程中所要進(jìn)行管理和控制的系統(tǒng)層次較多且復(fù)雜。進(jìn)而在所發(fā)生的故障中也是呈現(xiàn)出層次性的特征。從目前來看，在對(duì)電梯的故障進(jìn)行診斷的時(shí)候分別是由以下兩種方法。

3.1 基于解析模型故障診斷

基于解析模型故障診斷是將數(shù)字模型中的部分參數(shù)以及相關(guān)的重要信息與診斷模型中的相關(guān)出示條件的信息進(jìn)行對(duì)比，然后在根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息計(jì)算出兩者之間的誤差，再根據(jù)誤差的內(nèi)容檢測(cè)出電梯的具體故障信息。一般情況下，主要涉及三種方法：等價(jià)空間法、狀態(tài)估計(jì)法以及參數(shù)估計(jì)法。

3.2 基于知識(shí)故障診斷

基于知識(shí)故障診斷主要是通過引入不同領(lǐng)域的科技和理論以及經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，這種診斷方法主要是有效地融合了知名專家對(duì)電梯故障診斷過程中的思路和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而對(duì)電梯出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行有效的評(píng)估和分析，最后建立相關(guān)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫、診斷規(guī)則庫和推理算法。

4 電梯故障檢測(cè)技術(shù)

早期的電梯故障檢驗(yàn)技術(shù)受到科學(xué)技術(shù)水平的限制，主要是對(duì)出現(xiàn)故障的位置進(jìn)行尺寸的測(cè)量、觀察以及維修檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行故障判斷。但是這樣的電梯檢測(cè)方法不具有系統(tǒng)性，而且整體的規(guī)范性也不是很強(qiáng)，對(duì)于潛在的故障問題還能做出正確的判斷，但是對(duì)于深入性的故障問題就很難精準(zhǔn)地檢測(cè)出來。隨著科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及人工智能等技術(shù)也迅速崛起。進(jìn)而使電梯故障的檢測(cè)設(shè)備不論是在功能方面，還是在技術(shù)方面，都實(shí)現(xiàn)了技術(shù)方面的飛躍。既確保了電梯故障檢測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，而且還使電梯檢測(cè)的工作效率也得到了極大的提升。

4.1 漏磁檢測(cè)技術(shù)

在一般情況下，漏磁檢測(cè)技術(shù)主要被應(yīng)用在檢測(cè)電梯鋼絲繩的探傷方面。首先，把探測(cè)傳感器應(yīng)用在已發(fā)生電梯故障的位置，然后再對(duì)其進(jìn)行牽引鋼絲繩的檢測(cè)；通過將故障部位的磁場(chǎng)變化情況與正常情況下磁場(chǎng)的實(shí)際情況做好兩個(gè)方面的實(shí)際對(duì)比和分析；其次，再把磁場(chǎng)發(fā)生變化的信號(hào)利用傳輸技術(shù)精準(zhǔn)的發(fā)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，把漏磁場(chǎng)所發(fā)生的信號(hào)重新導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中并進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的有效設(shè)置；這樣電梯內(nèi)部出現(xiàn)的磨損程度以及用于檢測(cè)電梯故障的設(shè)備精準(zhǔn)度就能夠利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析，最后就能夠?qū)﹄娞莸倪\(yùn)行狀況進(jìn)行最終結(jié)果的判定。

4.2 導(dǎo)軌無損檢測(cè)

在導(dǎo)軌檢測(cè)中，應(yīng)用比較廣泛的檢測(cè)方法就是激光測(cè)試法。激光檢測(cè)法的檢測(cè)原理就是利用激光直線度好的這一特性，將其合理地應(yīng)用到電梯故障導(dǎo)軌無損檢測(cè)中。首先，要把電梯故障的檢測(cè)裝置安裝在導(dǎo)軌的一端并進(jìn)行位置的固定，而電梯導(dǎo)軌的另一端要與激光接收器進(jìn)行連接，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲取并以此作為有效的依據(jù)，還要將測(cè)距儀和電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的連接；就能夠?qū)﹄娞葸\(yùn)行的實(shí)際情況以及故障的受損程度進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)。

4.3 噪聲檢測(cè)技術(shù)

測(cè)聲壓級(jí)傳感裝置是噪聲檢測(cè)技術(shù)的核心內(nèi)容，在運(yùn)用此技術(shù)的時(shí)候，一般需要把測(cè)聲壓級(jí)傳感裝置放置在一定的高度上才可以，一般都是1.5m 的高度，再根據(jù)實(shí)際的情況設(shè)置好固定的測(cè)試點(diǎn)，開始測(cè)量的時(shí)候，需要在離裝置一米的距離進(jìn)行。在對(duì)噪聲進(jìn)行分析的時(shí)候，一定要在噪聲最大的地方進(jìn)行分析。噪聲檢測(cè)技術(shù)整體的操作過程比較的簡(jiǎn)單，容易操作，而且在對(duì)電梯綜合水平進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，能夠及時(shí)地獲取精準(zhǔn)的信號(hào)數(shù)據(jù)內(nèi)容；然后再通過利用專業(yè)軟件對(duì)電梯的整體性能進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分析，這樣電梯安全性的可靠評(píng)判就能夠精確地實(shí)現(xiàn)。

4.4 電梯承運(yùn)質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)

該技術(shù)主要是用于檢測(cè)電梯的運(yùn)行質(zhì)量。通過把加速度傳感器安裝在電梯的轎廂中，在電梯進(jìn)行上下運(yùn)行的過程中，對(duì)電梯上下運(yùn)行的加速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的、精準(zhǔn)地采集并及時(shí)地將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中；再借助專業(yè)的軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)電梯的運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行有效的判斷。

4.5 電梯綜合性能檢測(cè)技術(shù)

在電梯發(fā)生故障的時(shí)候，因?yàn)橐獙?duì)其進(jìn)行多個(gè)方面的檢測(cè)，所以就需要用到電梯綜合性能檢測(cè)技術(shù)。此技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電梯多個(gè)方面的故障檢測(cè)，而且整體的檢測(cè)設(shè)備便攜程度比較高。一般情況下，是將多種電子傳感器安裝到設(shè)備中，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯進(jìn)行綜合性能的檢測(cè)。還能夠?qū)z測(cè)的數(shù)據(jù)及時(shí)地傳輸?shù)诫娔X中，通過數(shù)據(jù)內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)對(duì)安全性能的有效檢測(cè)。此項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)不僅能夠?qū)﹄娞輧?nèi)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行確定，而且給電梯綜合性能的檢測(cè)提供了極大的幫助。

5 電梯節(jié)能優(yōu)化

電梯節(jié)能的主要目標(biāo)就是降低用電的損耗、節(jié)約資源，提升電梯的運(yùn)行水平。2009 年，浙江省發(fā)布了DB33/T771-2009《電梯能源效率評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》，以電梯按照規(guī)定運(yùn)行模式完成每噸千米運(yùn)輸量的平均耗能量作為電梯能效評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將電梯能源利用率，從高到低分為1、2、3、4、5 五個(gè)等級(jí)。

5.1 曳引式電梯的能耗組成

電梯的能耗主要分為3 個(gè)方面，分別是電力方面的損耗、運(yùn)行過程中的損耗以及機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的損耗。但是，從整體上來看，能量的消耗主要是由電力消耗的能量上體現(xiàn)出來的。所以，根據(jù)電梯電路工作的特點(diǎn)上可以將電梯的能耗具體地劃分為：運(yùn)行過程中的能量消耗、開關(guān)門過程中的能量消耗和待機(jī)時(shí)候的能量消耗。而運(yùn)行過程中的能量消耗主要是指電梯在完成對(duì)應(yīng)上行或者下行運(yùn)行指令時(shí)所消耗的整體能量；開關(guān)門過程中的能量消耗很顯然就是電梯在進(jìn)行開門到關(guān)門整個(gè)過程中所要消耗的能量；最后，待機(jī)時(shí)候的能耗就是指電梯在沒有任何指令的時(shí)候，停留在設(shè)置好的樓層時(shí)所要消耗的能量。

5.2 曳引式電梯的能耗特點(diǎn)

由于曳引式電梯的配重特點(diǎn)為對(duì)重量等于0.4 ～0.5 倍的電梯額定載荷的重量+轎廂重量，所以，電梯的轎廂在沒有人乘坐空載向下運(yùn)行的時(shí)候與人員滿載向上運(yùn)行的時(shí)候，電機(jī)所要承受的負(fù)荷是最大的。當(dāng)曳引輪兩側(cè)的重量非常接近的時(shí)候，也是電梯電機(jī)負(fù)載最小的時(shí)候。曳引式電梯的電機(jī)一共分為兩種工作狀態(tài)，轎廂輕載上行和重載下行工作在發(fā)電狀態(tài)；轎廂重載上行和輕載下行工作在電動(dòng)狀態(tài)，那么，在理想狀態(tài)下轎廂狀態(tài)同一載荷情況下，當(dāng)一次上下行的載重和樓層距離相同時(shí)，能耗之和為零，恰好滿足能量守恒原理，這也是很多電梯節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化措施的落腳點(diǎn)。

5.3 曳引式電梯節(jié)能基本方法

5.3.1 優(yōu)化電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)

（1）曳引機(jī)上置式與下置式相比機(jī)械效率高，建設(shè)費(fèi)用低且節(jié)能。（2）直接將有齒曳引機(jī)更換為無齒曳引機(jī)僅機(jī)械效率就提高10%以上，可以節(jié)能。（3）采用2:1 的曳引比，系統(tǒng)的啟動(dòng)力矩不僅能夠減少，而且電動(dòng)機(jī)功率的容量也會(huì)出現(xiàn)減少，這時(shí)候、電流的啟動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)明顯的減少，進(jìn)而能夠達(dá)到非常明顯的節(jié)能目的。（4）將曳引機(jī)進(jìn)行小型化的設(shè)計(jì)，不僅能夠使曳引系統(tǒng)的啟動(dòng)力矩得到有效地減少，而且啟動(dòng)的電流也會(huì)隨之減少，最終達(dá)到節(jié)能降耗的效果。（5）復(fù)合曳引繩替代曳引鋼絲繩。由于復(fù)合曳引繩質(zhì)量輕，所以鋼絲繩在彎矩方面的缺點(diǎn)通過自身的材料就進(jìn)行了有效的克服，所以就能把曳引輪的直徑進(jìn)行縮小設(shè)計(jì)，這樣不僅使整個(gè)曳引機(jī)重量得到了減輕，而且還實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。（6）在滿足使用條件下，盡可能減小轎廂重量，一方面，轎廂自重減輕；另一方面，因轎廂容量降低，大概率可實(shí)現(xiàn)上下行載重接近，實(shí)現(xiàn)曳引機(jī)發(fā)電狀態(tài)和電動(dòng)狀態(tài)對(duì)等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。（7）降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，采用低轉(zhuǎn)速大扭矩電動(dòng)機(jī)可節(jié)能。（8）在對(duì)轎廂和對(duì)重的運(yùn)行風(fēng)阻進(jìn)行降低的過程中，可以采用摩擦力相對(duì)比較小的滾輪導(dǎo)靴來節(jié)約能源的消耗。

5.3.2 采用先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和節(jié)能電路

（1）使用VVVF 驅(qū)動(dòng)方式節(jié)能。VVVF 驅(qū)動(dòng)方式中要實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速控制，就需要對(duì)電動(dòng)機(jī)的供電頻率和電壓大小進(jìn)行合理的改變和調(diào)整。由于改變電動(dòng)機(jī)的頻率就可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，改變電動(dòng)機(jī)電壓大小就可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，因此調(diào)速時(shí)差轉(zhuǎn)率變化很小，降低了電動(dòng)機(jī)的差轉(zhuǎn)功率損耗，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流得到了有效的降低，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。（2）使用節(jié)能照明裝置，照明裝置采用LED 燈可以節(jié)約電能90%左右，且壽命是常規(guī)燈具的30 ～50 倍。

5.3.3 合理選擇電梯參數(shù)

電梯啟動(dòng)時(shí)，加速度越大，電梯減速越快，雖然效率提高了，但也意味著能耗大大增加；電梯運(yùn)行速度的平方數(shù)與功率成正比，電梯速度快，效率高但能耗使用增加，同時(shí)加速制動(dòng)也會(huì)增加巨大能耗，合理選擇電梯參數(shù)對(duì)電梯節(jié)能意義重大。

5.3.4 電梯的合理調(diào)度和優(yōu)化使用

（1）群控節(jié)能。如果在建筑物中安裝了很多臺(tái)的電梯，可以將電梯群控系統(tǒng)應(yīng)用到電梯運(yùn)行的管理中，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電梯的高效率運(yùn)行，還可以對(duì)電梯進(jìn)行綜合性的調(diào)度，有效地確保了電梯能耗的顯著降低，也使輸送同樣乘客的運(yùn)行次數(shù)顯著減少，電梯運(yùn)行效率得到明顯提升。（2）根據(jù)使用場(chǎng)所來優(yōu)化電梯的控制方式。①對(duì)于樓層比較高的寫字樓來說，可以將電梯的運(yùn)行區(qū)域進(jìn)行高、中、低樓層來進(jìn)行合理的劃分和集中的控制。②對(duì)于居民住宅小區(qū)來說，在控制方式的選擇上，一般采用下集選的方式。與此同時(shí)，在信號(hào)指令的選擇上，還要增加防搗亂的功能和呼梯誤操作取消功能，這樣能夠最大程度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

6 結(jié)語

電梯密度不斷增加的情況下，提升電梯故障快速檢測(cè)能力并積極尋求拓展電梯節(jié)能手段，才能有效保障電梯安全運(yùn)行和綠色節(jié)能發(fā)展。