刘 磊 ，阮一晖，韦方平，李德锋

（江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏常州 213000）

0 引言

电梯是一种机电化程度高度集中的产品，它是一种出厂时是零部件，现场安装成型的特种设备，也是与老百姓日常生活中接触最为广泛的特种设备。目前，我国电梯保有量、年产量、年增长量均为世界第一[1]，但是电梯的安全状况却不容乐观。由于我国法律和法规暂无电梯报废期限规定，随着电梯的使用年限的延长，电梯部件不断老化，电梯的可靠度将随之逐渐下降、故障率将不断增加。

电梯在城市中的应用越来越普及，随着楼层的不断增加，电梯的运行速度越来越快，电梯驱动主机的功率也随之不断升高。目前已有部分学者对电梯存在的危险状态或事故做过故障树分析[2-4]，但是驱动主机部分还是少有涉及。本文作者在日常的电梯检验中发现，电梯驱动主机的异常振动故障现象日益明显，呈现高发趋势，有必要引起电梯检验人员和电梯维保人员足够的重视。电梯驱动主机的振动故障产生原因是多种多样的，有制造方面的原因，有维护保养方面的原因，也有日常使用方面的原因。驱动主机是电梯运行的动力来源，也是确保电梯正常运行的最重要屏障，因此电梯驱动主机产生振动故障的后果是比较严重的。

1 故障树分析法

故障树分析法（Fault Tree Analysis，FTA）是1961年由美国贝尔实验室首先提出[5]，并用于民兵导弹的发射系统的控制，取得了良好的效果，后来逐步被应用到工业的各个方面，具有简单、直观、有效等特点。

故障树分析是一种演绎的系统安全分析方法[6]。首先要选定分析对象系统，即确定分析的故障或事故，然后利用已有数据或专家经验层层向下分解，调查顶上事件发生的原因事件，列出中间事件和底事件，一直分析到不能再往下分解而止。再用逻辑门符号语言将顶上事件、中间事件和底事件相连接，得到形象、简洁地表达其逻辑关系的像大树形状的图形，这就是故障树。故障树能直观反应出产生顶上事件的各种原因，以及各种原因对顶上事件的结构重要度影响。

FTA分析法的关键是正确编制故障树，分析的准确度很大程度上取决于故障树的完整程度和正确性[7]。因此合理地编制故障树是故障树分析法的工作重点。

故障树分析法实际是依靠可靠性分析的一种方法，具有普遍的工程意义。故障树分析的基本步骤一般如下：

（1）确定分析对象系统；

（2）确定顶上事件；

（3）调查顶上事件发生的原因事件；

（4）形成故障树；

（5）定性分析；

（6）定量分析；

（7）得到结论。

其中定性分析一般包括确定最小割集、确定最小径集和结构重要度分析，对事故的发生或不发生的两种状态进行研究，适用于简单的分析。定量分析不仅研究事故发生与否，还要对顶上事件、各中间事件和底事件的发生概率进行计算或估算，如果损失严重度超出预定目标值，须采取相应的改进措施，将其降至目标值以下。

2 驱动主机振动故障树分析

以有齿轮曳引机为例，一般驱动主机异常振动故障产生的原因主要有以下三大方面：

（1）曳引机本身振动引起的故障。曳引机本身振动故障通常是由于曳引机旋转力矩过大、蜗轮蜗杆副侧向间隙过大、蜗轮磨损过大、电动机和减速箱连接的轴承磨损过大、制动器开启关闭振动过大或制动器带闸运行等原因造成。这部分原因通常是由于日常维保不当引起的。

（2）电梯悬挂系统振动引起的故障。悬挂系统引起的振动故障通常是由于钢丝绳绳头系统振动、钢丝绳松动张力不均、钢丝绳扭曲或钢丝绳绳芯失油等原因造成。这部分原因通常是电梯安装和日常保养不到位引起的。

（3）主机原有隔振系统失效。一般情况下，电梯出厂时底座上配有隔振系统，但这个隔振系统通常是厂家随意搭配，很少有经过准确计算设计的[8]。隔振系统失效引起的振动故障主要由于隔震垫失效、旋转中心设计错误或共振等原因产生。这部分原因主要是电梯厂家设计错误造成的。

绘制故障树如图1所示，其中故障树中符号简介如表1所列。

图1 故障树

最小割集就是发生驱动主机振动故障事件的最低限度的底事件的合集。故障树模型中为“或门”逻辑表示当任意一个输入事件发生时均会导致输出事件的发生，“与门”逻辑表示输入事件同时发生时输出事件才发生。该例中最小割集为：

表1 驱动主机异常振动故障树内容简介

（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个危险源。

结构重要度分析就是在不考虑各个底事件的发生概率或者假设各个底事件的发生概率一致时，各个底事件对发生顶上事件的所产生的影响的大小。在该例中，结构重要度为：

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)。从结果看，各底事件导致驱动主机的异常振动故障的结构重要度系数大致相同，“或门”的重要度系数大于“与门”的重要度系数。

电梯驱动主机的振动故障的危害性，从噪声和振动的角度讲，对顶层住户的居住舒适感影响很大；从安全的角度讲，电梯驱动主机的异常振动非常危险具有安全隐患，有可能成为电梯事故的导火索，必须要得到足够的重视。

3 结论

电梯的普及率越来越高，电梯的使用率也越来越高，使用15年以上的电梯将进入快速衰老期，我国即将面临大批量的老旧电梯，这是一个严峻的问题。运用可靠性分析方法将有助于电梯从业人员更好地管理和使用电梯。本文作者从顶上事件-驱动主机振动故障入手，逐层划分中间事件和底事件，并且运用逻辑门关系完成系统逻辑分析，得出最小割集和结构重要度，为电梯从业人员提供依据，具有一定的参考价值。