基于故障模式與影響分析的電梯安全評價

周長春，姜浩然，張智華

（中國民用航空飛行學院 航空工程學院，四川 廣漢 618307）

0 引 言

電梯作為垂直交通工具，已成為現代物質文明的標志之一。隨著現代城市的進步，人們的日常生活和工作越來越離不開電梯，電梯與人的生命財產安全和健康生活密切相關。目前，我國已有電梯數量和電梯年增長量均排在世界第一名，每天乘坐各類電梯的人數超過2億。2016年全國共發生48起電梯事故，死亡人數41人，萬臺死亡率為0.084[1]。從電梯事故的死亡人數來看，電梯事故的嚴重程度要低于煤礦、危化等其他安全生產事故，但其造成的社會影響卻不亞于它們，原因是電梯的使用涉及公共安全。目前，我國對電梯質量安全評價的研究很少，停留在起步階段。而諸如美國、韓國、德國以及日本等國家對電梯安全的研究起步較早，有很多研究成果值得借鑒并加以創新[2]。

1 電梯系統組成

電梯屬于特種設備，通常由曳引系統、導向系統、轎廂系統、門系統、重量平衡系統、電力拖動系統、電力控制系統以及安全保護系統八個功能模塊構成[3]。其中，每個子系統依據其功能分別完成不同的任務，對電梯安全運行有著不同程度的影響。每一個模塊的組成十分復雜，因此潛在的安全風險因素復雜多樣[4]。

2 電梯故障模式與影響分析（FMEA）

故障模式與影響分析（FMEA）起源于可靠性技術。它是按故障模式分析對系統發生影響的所有元器件（或子系統）的故障，并且研究這些故障的影響，進而指明每種故障發生的模式及其對系統運行所產生的影響程度，最終提出減少或避免這些影響的措施。故障類型和影響分析將系統劃分為子系統、設備和元件，分析各自可能發生的故障類型及其產生的影響，以便采取相應的措施[5]。

2.1 故障模式

故障模式是由不同的故障機理呈現出來的各種故障現象的表現形式。一般機電產品、設備常見故障模式有結構破損、機械上卡住等。而電梯作為一種應用極廣的機電產品，主要故障模式有制動失效、電動機停轉以及照明失效等。

2.2 故障等級劃分

一般將故障對子系統或系統影響的嚴重程度（嚴酷度）分為四個等級，如表1所示。

表1 故障等級（嚴酷度）表

劃分故障等級可以采用這種定性方法，直接判定故障模式的故障等級。但是，它基本上只考慮事故的嚴重性，而不考慮事故的發生概率，有一定的片面性。為了更加全面地確定故障等級，可以采用定量方法，即各因素影響值Ci累計求和，計算故障等級值Cs，根據Cs值大小判斷產品或系統故障等級，然后提出對應的措施。計算公式為：

其中Ci可以按表2取值，故障等級按表3劃分。

表2 Ci取值表

2.3 實例分析

應用提出的方法計算實際電梯故障等級。本文采用某單位員工宿舍樓電梯作為評價對象，電梯基本情況如下：曳引式客梯，已使用8年，故障率較高，型號：K 5000-1350/1.5 WZ，額定載重1 350 kg，額定速度1.5 m/s，15層15站，微機控制。

通過對此電梯進行實地查勘，結合以往電梯維修數據，作出此電梯可能發生各種故障的Ci值，并根據式（1）計算各個故障等級值Cs，結果見表4[6]。

表4中，各字母代表的故障類型為：A1（電梯制動失效），A2（電動機停轉），A3（電梯減速距離過大或過小）；B（導軌在安鉗制動時夾緊得不到足夠的摩擦力）；C1（轎廂內通風孔的排風量過小），C2（照明不足或照明裝置損壞），C3（電線裸露）；D1（轎廂運行時，層門未全部關閉），D2（廂地坎與層門地坎的水平距離得大于35 mm）；E1（鋼絲繩銹蝕），E2（曳引輪過度磨損），E3（主機軸承磨損嚴重、失效）；F1（曳引鋼絲繩磨損量及斷絲數超標或出現籠形畸變、繩芯扭結、部分壓扁、彎折、斷股等缺陷）F2（制動閘瓦鐵芯有卡阻，制動閘瓦不抱閘，制動力消失）F3（接觸器，觸點粘連）F4（制動帶和制動輪磨損）；G1（電氣設備對地電壓過高），G2（電氣元器件及電氣線路絕緣失效）；H1（電梯失控，轎廂或對重撞擊緩沖器），H2（限速器-安全鉗失效），H3（井道內照明不足），H4（技工工作后退超過轎頂邊緣從轎頂邊緣墜入井道），H5（電梯在運行過程中突然發生故障，乘客受困轎廂，救援人員到達機房未能及時救援），H6（檢修或檢驗人從梯子上墜落受傷）。

表3 故障等級（嚴酷度）劃分表

表4 電梯系統故障狀況檢查表

從表4的結果可以看出，電梯的8個子系統大部分故障等級值分布在2～4，因此故障等級為Ⅲ，處于臨界狀態，而曳引系統、轎廂系統、電力拖動系統以及重量平衡系統的部分故障等級值在4～7，故障等級為Ⅱ，故這些部分處于較為嚴重狀態。

從表4可以看出，此電梯子系統部件最大故障等級值為5.7。以最嚴重的故障等級值表征電梯的風險水平，此電梯的風險等級應為Ⅱ級。根據表3，電梯運行存在安全隱患，大大增加了乘客的乘運風險，需加強維保措施，針對危險情節進行維修、保養，消除危險情節影響。

3 電梯風險控制

3.1 電梯風險控制技術措施

根據GBT 20900-2007《電梯、自動扶梯和自動人行道 風險評價和降低的方法》[7]，降低風險的過程應按以下方式進行。

（1）如果可能，應通過修改電梯設計或更換電梯部件來消除風險。

（2）如果依照（1），被識別出的危險不能消除，宜進一步采取與設計有關的措施來降低風險。

（3）如果依照（1）或（2），所識別的危險不能被消除或降低，應告知使用者該裝置、系統或過程的遺留風險。

（4）消除或降低使保護措施（如防護裝置、安全裝置等）失去作用或不使用保護措施的可能性。

3.2 電梯風險控制管理措施

3.2.1 加強日常檢查、維護保養、維修工作

根據《特種設備安全監察條例》第31條規定，至少每15日進行一次清潔、潤滑、調整和檢查。例如：清潔、潤滑工作，制動器閘瓦是否有油，制動器力矩的調整，檢查限速器、消防返回開關等安全裝置的是否失效，制動器受潮或生銹情況，制動器接觸器和鐵芯部件的檢查等。因此，應加強日常檢查、維護保養以及維修工作，以保證電梯的正常安全運行。

3.2.2 對電梯進行定期檢驗

根據《電梯監督檢驗和定期檢驗規則-曳引與強制驅動電梯》（TSGT7001-2009）規定，對電梯進行定期檢驗是國家的強制性要求。使用單位應在檢驗有效期屆滿前1個月向檢驗機構提出定檢申請。值得注意的是，電梯在進行大修改造后，應針對大修改造項目進行監督檢驗，且必須經檢驗合格才能繼續使用[8]。

3.2.3 維保人員教育培訓

生產電梯的公司應該對維保人員進行定期的專業培訓，以提高電梯維保工作人員的工作素質與專業能力，保證其在工作中嚴格按有關規定對電梯進行規范性、周期性的維護保養和修理工作。另外，樓道或電梯內應張貼電梯注意事項和應急救援措施，以防電梯發生故障時手足無措。

4 結 論

本文針對電梯質量安全風險評估進行了多方面分析，得出了以下結論：

（1）采用故障類型和影響分析的方法，選取某單位員工宿舍樓電梯為研究對象，對電梯各個子單元進行故障等級值Cs計算，此電梯最大故障等級值為5.7。以最嚴重的故障等級值表征電梯的風險水平，此電梯的風險等級應為Ⅱ級，電梯運行存在安全隱患，大大增加了乘客的乘運風險，需加強維保措施，針對危險因素進行維修、保養，消除危險情節影響。

（2）提出技術與管理方面的電梯風險控制措施。技術措施包括依據《電梯制造與安裝安全規范》中的規定進行設計、安裝和檢驗，建立電梯定期維護保養監測系統以及采用智能化安全控制策略。管理措施包括加強日常檢查、維護保養、維修工作、進行定期檢驗和加強教育培訓等。