基于FMEA 的自動(dòng)扶梯故障模式危害度研究

丁樹慶 周前飛 馮月貴 慶光蔚 陳嘉華

（1.南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 南京 210000）

（2.東南大學(xué) 南京 210000）

1 引言

自動(dòng)扶梯是地鐵、機(jī)場(chǎng)、車站、商場(chǎng)、醫(yī)院等人員密集場(chǎng)所的重要交通工具，具有運(yùn)輸量大、啟動(dòng)頻繁、長(zhǎng)期承受重載變載、部分運(yùn)動(dòng)部件裸露與乘客肢體直接接觸等特點(diǎn)，使得自動(dòng)扶梯事故率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直電梯，與自動(dòng)扶梯相關(guān)的傷害頻繁見報(bào)[1]，如北京地鐵北京動(dòng)物園站A 口上行自動(dòng)扶梯逆行事故等。自動(dòng)扶梯傷害事故的主要類型有墜落、擠壓與逆轉(zhuǎn)，其風(fēng)險(xiǎn)管控主要聚焦于物理保護(hù)裝置的設(shè)置，如出入口防護(hù)裝置、扶手帶出入口防翻越防墜落裝置、防攀爬安全裝置等，也涉及重要安全距離的設(shè)定與檢查，如固定護(hù)欄高度、梯級(jí)間隙等。為了減少安全事故和經(jīng)濟(jì)損失，從自動(dòng)扶梯各機(jī)械設(shè)備和部件的實(shí)際運(yùn)行情況出發(fā)，以可靠性為中心，研究基于經(jīng)濟(jì)性與可靠性要求的自動(dòng)扶梯維護(hù)保養(yǎng)與檢驗(yàn)技術(shù)，對(duì)提升維護(hù)效率與保障安全運(yùn)行具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[2-6]。

在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和可靠性分析方面，Wang 等[7]提出了自動(dòng)扶梯逆轉(zhuǎn)事故的風(fēng)險(xiǎn)分析模型，通過實(shí)地調(diào)查和信息收集，識(shí)別危險(xiǎn)源，采用LEC 評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，根據(jù)L(Likelihood，事故發(fā)生的可能性)、E(Exposure，人員暴露于危險(xiǎn)環(huán)境中的頻繁程度)和C(Consequence，一旦發(fā)生事故可能造成的后果)三要素的不同等級(jí)分別確定不同的分值，再以三個(gè)分值的乘積D（Danger，危險(xiǎn)性）來評(píng)定自動(dòng)扶梯運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。張巍等[8]采用失效模式與影響分析(Failure Mode and Effects Analysis，F(xiàn)MEA)方法，結(jié)合功能安全理論，構(gòu)建面向現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的自動(dòng)扶梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，以期為降低在用自動(dòng)扶梯運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)提供參考。林燕等[9]對(duì)老舊自動(dòng)扶梯的評(píng)估數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，獲得了自動(dòng)扶梯各級(jí)別風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目的分布情況。李隆[10]將Bowtie 模型應(yīng)用于自動(dòng)扶梯客傷分析，給出安全對(duì)策。王小輪[11]以LEC 評(píng)價(jià)法為基礎(chǔ)，將E(Exposure，人員暴露于危險(xiǎn)環(huán)境中的頻繁程度)衍變?yōu)閂(高峰時(shí)段0.5 h 的客流量等級(jí))，形成適用于城市軌道交通領(lǐng)域自動(dòng)扶梯的LVC 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)制定改進(jìn)措施使風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制。

丁世革[12]建立了電壓不平衡導(dǎo)致自動(dòng)扶梯故障的失效機(jī)理風(fēng)險(xiǎn)傳播鏈條，獲得了自動(dòng)扶梯故障率與特征量變化的關(guān)系，并通過仿真建模得到自動(dòng)扶梯的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)后果。胡曉萍等[13]從設(shè)備、乘客、使用環(huán)境、安全管理4 個(gè)方面建立自動(dòng)扶梯安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采取模糊綜合評(píng)價(jià)和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全狀態(tài)的初級(jí)評(píng)價(jià)，并通過轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)化為安全狀態(tài)等級(jí)的信度函數(shù)。Wang 等[14]構(gòu)建了自動(dòng)扶梯事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合廣義遺傳算法和模糊數(shù)學(xué)對(duì)自動(dòng)扶梯事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。楊旭彬[15]利用從電梯制造、安裝、檢驗(yàn)、維保、使用、監(jiān)督抽查、監(jiān)察投訴、事故處理等方面收集的數(shù)據(jù)，提出一種動(dòng)態(tài)的電梯安全評(píng)估機(jī)制，實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

目前，在特種設(shè)備安全監(jiān)管部門牽頭下，參照GB/T 20900—2007《電梯、自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和降低的方法》[16]，已經(jīng)將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)扶梯監(jiān)管。現(xiàn)有的自動(dòng)扶梯還主要采用定期維護(hù)與檢驗(yàn)，已經(jīng)不能適應(yīng)在自動(dòng)扶梯保有量日益增長(zhǎng)情況下的安全監(jiān)管需求，因此，有必要對(duì)自動(dòng)扶梯維護(hù)與檢驗(yàn)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究。本文從自動(dòng)扶梯實(shí)際運(yùn)行工況出發(fā)，分析自動(dòng)扶梯故障的發(fā)生與發(fā)展過程，通過FMEA 和故障樹分析獲取自動(dòng)扶梯故障規(guī)則，進(jìn)行關(guān)鍵部件危害度分析，指導(dǎo)檢驗(yàn)維修人員選擇控制、預(yù)防各種故障發(fā)生的對(duì)策，并基于以可靠性為中心的維修（Reliability Centered Maintenance，RCM）方法科學(xué)制定維保計(jì)劃與檢驗(yàn)方案，對(duì)于保障自動(dòng)扶梯安全平穩(wěn)可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)城市公共交通自動(dòng)扶梯精準(zhǔn)監(jiān)管、降低安全風(fēng)險(xiǎn)和事故發(fā)生率等方面都具有十分重要的意義。

2 自動(dòng)扶梯關(guān)鍵部件故障樹分析

2.1 自動(dòng)扶梯結(jié)構(gòu)形式與整機(jī)FMEA 分析

自動(dòng)扶梯是一個(gè)以機(jī)械構(gòu)件為主的大型復(fù)雜運(yùn)輸設(shè)備，其結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示，按功能可拆分為支撐結(jié)構(gòu)、梯級(jí)系統(tǒng)、扶手帶系統(tǒng)、導(dǎo)軌系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置、電氣控制系統(tǒng)和自動(dòng)潤(rùn)滑裝置等8個(gè)部分。其中，梯級(jí)系統(tǒng)是自動(dòng)扶梯的工作部分，主要由驅(qū)動(dòng)主機(jī)、主驅(qū)動(dòng)軸、梯級(jí)鏈、梯級(jí)、梯級(jí)鏈張緊裝置等組成。梯級(jí)在驅(qū)動(dòng)主機(jī)、主驅(qū)動(dòng)軸和梯級(jí)鏈的驅(qū)動(dòng)下，做向下或向上的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以此輸送乘客。

圖1 自動(dòng)扶梯結(jié)構(gòu)圖

采用基于功能分析的FMEA 方法對(duì)自動(dòng)扶梯的故障模式及影響進(jìn)行分析[17]，獲取自動(dòng)扶梯重要部件的故障類型、故障原因、故障征兆、故障趨勢(shì)等信息。見表1，F(xiàn)MEA 分析表包括設(shè)備部件的功能、故障模式、故障原因，故障模式是指部件功能喪失后具有哪些形式，或者說部件的某一功能，其功能故障有哪些具體的表現(xiàn)形式，故障原因是導(dǎo)致功能故障的任何事件。為了正確地描述故障原因，以便后面故障樹分析時(shí)能夠方便地選擇適當(dāng)?shù)膶?duì)策，故障原因的描述至少應(yīng)由“一個(gè)名詞+一個(gè)動(dòng)詞”組成，動(dòng)詞應(yīng)盡量選擇專業(yè)具體的動(dòng)詞，例如“軸承卡死”比“軸承工作不正常”要明確得多，以便在后續(xù)進(jìn)行的故障樹分析中很容易確定針對(duì)性的維修保養(yǎng)措施。

表1 自動(dòng)扶梯重要部件故障模式和原因分析表

從表1 可以看出自動(dòng)扶梯常見故障包括驅(qū)動(dòng)主機(jī)故障、梯級(jí)鏈故障、導(dǎo)軌系統(tǒng)故障及扶手帶故障，以各個(gè)功能結(jié)構(gòu)分解其故障，進(jìn)一步分析故障產(chǎn)生的位置及其原因，建立自動(dòng)扶梯故障樹如圖2 所示。下面對(duì)驅(qū)動(dòng)主機(jī)、梯級(jí)鏈、導(dǎo)軌系統(tǒng)、扶手帶等關(guān)鍵部件進(jìn)行詳細(xì)的故障樹分析。

圖2 自動(dòng)扶梯故障樹

2.2 驅(qū)動(dòng)主機(jī)故障樹分析

驅(qū)動(dòng)主機(jī)是自動(dòng)扶梯的核心部件，由電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)鏈條、減速箱、主驅(qū)動(dòng)輪和制動(dòng)器等組成，分為立式主機(jī)、臥式主機(jī)等形式，如圖3 所示。重載型扶梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)一般采用齒輪傳動(dòng)，而普通型扶梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)通常采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)。自動(dòng)扶梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)在重載、變載等嚴(yán)苛工況下長(zhǎng)期運(yùn)行，特別是在早晚高峰、換乘站點(diǎn)和火車站等重點(diǎn)時(shí)段和交通樞紐站點(diǎn)，基本處于滿載或超載狀態(tài)，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多，故障多且具有較大的危險(xiǎn)性。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)主機(jī)的故障診斷、維護(hù)和修理是確保自動(dòng)扶梯可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

圖3 驅(qū)動(dòng)主機(jī)一般結(jié)構(gòu)

由于驅(qū)動(dòng)主機(jī)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，內(nèi)部故障類型和成因多樣，以各個(gè)功能結(jié)構(gòu)分解其故障可以有效地分析故障產(chǎn)生的位置及其原因，可分為電動(dòng)機(jī)故障、驅(qū)動(dòng)鏈條故障、減速箱故障、蝸輪蝸桿故障、主驅(qū)動(dòng)輪及帶傳動(dòng)故障、整體故障以及制動(dòng)器故障，建立驅(qū)動(dòng)主機(jī)故障樹如圖4 所示。

圖4 驅(qū)動(dòng)主機(jī)故障樹

如圖4 所示，以驅(qū)動(dòng)鏈條故障和電動(dòng)機(jī)故障為例進(jìn)行故障模式分析。

●2.2.1 驅(qū)動(dòng)鏈條故障

驅(qū)動(dòng)鏈由于需要傳遞整個(gè)自動(dòng)扶梯運(yùn)作的動(dòng)力，其強(qiáng)度要求較高，也較容易出現(xiàn)故障。驅(qū)動(dòng)鏈條的故障表現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)鏈條上下振動(dòng)或嚴(yán)重跳出和驅(qū)動(dòng)鏈斷裂或失效。

1）上下振動(dòng)或嚴(yán)重跳出是由于驅(qū)動(dòng)鏈條過松和鏈輪嚴(yán)重磨損導(dǎo)致。

（1）鏈條過松主要是因?yàn)橹鳈C(jī)未按照需要移動(dòng)以及驅(qū)動(dòng)鏈條嚴(yán)重伸長(zhǎng)超出許用范圍：

①主機(jī)未按照需要移動(dòng)：驅(qū)動(dòng)主機(jī)應(yīng)具有移動(dòng)的能力，根據(jù)驅(qū)動(dòng)鏈正常范圍內(nèi)的伸長(zhǎng)做出相應(yīng)的調(diào)整，來補(bǔ)償伸長(zhǎng)量。若不能按需移動(dòng)則會(huì)導(dǎo)致故障發(fā)生。

②超出許用伸長(zhǎng)：鏈條在使用中的伸長(zhǎng)，主要是因銷軸與軸套之間的磨損引起的。過度磨損會(huì)引起強(qiáng)度不足，還會(huì)導(dǎo)致與鏈輪的配合不良。

（2）鏈輪嚴(yán)重磨損也會(huì)使鏈條與鏈輪配合不良，引起振動(dòng)，導(dǎo)致跳出。

2）驅(qū)動(dòng)鏈斷裂失效主要原因是驅(qū)動(dòng)鏈質(zhì)量低劣以及驅(qū)動(dòng)鏈長(zhǎng)期磨損嚴(yán)重。

（1）驅(qū)動(dòng)鏈條中鏈板斷裂多是制造質(zhì)量低劣或長(zhǎng)期工作疲勞造成的。

（2）驅(qū)動(dòng)鏈條中銷軸斷裂大多因磨損嚴(yán)重截面變小導(dǎo)致鏈條承載能力不足引起。磨損嚴(yán)重、磨損速度過快也有可能是因?yàn)闈?rùn)滑不足或是鏈條長(zhǎng)期負(fù)載過大引起：

①潤(rùn)滑不足：潤(rùn)滑不足會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)鏈條與鏈輪摩擦過大，加速磨損，定期添加潤(rùn)滑油或是加裝自動(dòng)潤(rùn)滑裝置可以大幅延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)鏈條的壽命。

②鏈條長(zhǎng)期負(fù)載過大：驅(qū)動(dòng)鏈條負(fù)載超出許用范圍會(huì)導(dǎo)致原本的潤(rùn)滑液無法在其表面形成油膜，也會(huì)因?yàn)閴毫^大導(dǎo)致摩擦變大，磨損加快。

●2.2.2 電動(dòng)機(jī)故障

電動(dòng)機(jī)是驅(qū)動(dòng)主機(jī)內(nèi)部最核心的部件，其故障主要表現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)噪聲或者摩擦較大、電動(dòng)機(jī)振動(dòng)過大、電動(dòng)機(jī)燒壞以及自動(dòng)扶梯逆行故障。

1）電動(dòng)機(jī)噪聲或者摩擦主要發(fā)生在電動(dòng)機(jī)的軸承部分，在軸承的內(nèi)圈、外圈、保持架等位置發(fā)生了磨損。

2）電動(dòng)機(jī)振動(dòng)主要是由于轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡或是電動(dòng)機(jī)缺相導(dǎo)致：

（1）轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡：不平衡主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子-定子偏心導(dǎo)致，進(jìn)一步是電動(dòng)機(jī)制造、裝配導(dǎo)致不平衡或是由于腐蝕、磨損、結(jié)垢、零件脫落等原因造成偏心。

（2）電動(dòng)機(jī)缺相：電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性下降，振動(dòng)增大。

3）電動(dòng)機(jī)燒壞大多是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)內(nèi)部線圈短路或者長(zhǎng)期超載：

（1）電動(dòng)機(jī)內(nèi)部線圈短路會(huì)導(dǎo)致短時(shí)間通過大量電流從而產(chǎn)生大量的熱致使電動(dòng)機(jī)燒壞。

（2）電動(dòng)機(jī)過載運(yùn)行會(huì)使得能量的轉(zhuǎn)化效率下降，一部分電能因無法轉(zhuǎn)變成機(jī)械能而變?yōu)闊崃浚L(zhǎng)期的過載運(yùn)行會(huì)使得電動(dòng)機(jī)的溫度不斷升高，最終導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒毀。

4）自動(dòng)扶梯逆行故障也與電動(dòng)機(jī)故障相關(guān)，雖然現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)主機(jī)以及安全保護(hù)裝置都會(huì)配有制動(dòng)器防止逆行產(chǎn)生，但電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)或是驅(qū)動(dòng)力不足仍是導(dǎo)致自動(dòng)扶梯逆行的根本因素之一。

（1）電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)一般是電網(wǎng)錯(cuò)相導(dǎo)致。

（2）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力不足的原因分為電網(wǎng)斷相、電網(wǎng)失壓供電不足及嚴(yán)重超載：

①電網(wǎng)斷相致使電動(dòng)機(jī)無法穩(wěn)定提供足夠的動(dòng)力而導(dǎo)致逆行。

②電網(wǎng)失壓供電不足導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足，無法帶動(dòng)扶梯向上而導(dǎo)致逆行。

③嚴(yán)重超載則是負(fù)載過大超出了電動(dòng)機(jī)能夠提供的扭力，導(dǎo)致逆行。

2.3 梯級(jí)鏈故障樹分析

梯級(jí)鏈故障可分為鏈條故障、梯級(jí)鏈張緊裝置故障、潤(rùn)滑系統(tǒng)故障[17]。從各個(gè)功能結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的故障分析其故障產(chǎn)生的原因，建立故障樹，如圖5 所示，以梯級(jí)鏈鏈條和張緊裝置故障為例進(jìn)行故障模式分析。

圖5 梯級(jí)鏈故障樹

梯級(jí)鏈鏈條故障主要表現(xiàn)為梯級(jí)鏈嚴(yán)重伸長(zhǎng)以及梯級(jí)鏈斷裂，具體故障原因分析如下：

1）梯級(jí)鏈鏈條嚴(yán)重伸長(zhǎng)一般是長(zhǎng)期過載并且沒有及時(shí)更換導(dǎo)致。

2）梯級(jí)鏈鏈條斷裂主要是因?yàn)殒湕l磨損嚴(yán)重或是鏈條選型錯(cuò)誤導(dǎo)致質(zhì)量低下無法承受長(zhǎng)期的工作載荷，主要有以下兩方面原因：

（1）梯級(jí)鏈中鏈板斷裂多是制造質(zhì)量低劣或長(zhǎng)期工作疲勞造成的。鏈條選型錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致其質(zhì)量不能滿足實(shí)際需求。

（2）梯級(jí)鏈中銷軸斷裂大多因磨損嚴(yán)重截面變小導(dǎo)致鏈條承載能力不足引起。磨損嚴(yán)重、磨損速度過快也有可能是因?yàn)闈?rùn)滑不足或是鏈條長(zhǎng)期負(fù)載過大引起。

梯級(jí)鏈張緊裝置故障一般表現(xiàn)為鏈條過松打滑甚至掉落以及鏈條松緊無法調(diào)整，具體故障原因分析如下：

1）鏈條過松主要是由于張緊裝置的彈簧彈力不足、螺栓脫絲等問題導(dǎo)致調(diào)節(jié)能力有限，所提供的張緊力不足。

2）鏈條松緊無法調(diào)整是由于張緊裝置的調(diào)節(jié)部分出現(xiàn)卡死、過緊等故障，無法實(shí)現(xiàn)其功能。

2.4 導(dǎo)軌系統(tǒng)故障樹分析

自動(dòng)扶梯導(dǎo)軌系統(tǒng)主、副輪導(dǎo)軌的軌跡稱為梯路，是由工作導(dǎo)軌和返回導(dǎo)軌組成的供梯級(jí)運(yùn)行的封閉循環(huán)導(dǎo)向系統(tǒng)。導(dǎo)軌故障可分為梯路故障、導(dǎo)軌故障、導(dǎo)軌支架故障，從各個(gè)功能結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的故障分析其故障產(chǎn)生的原因，建立故障樹如圖6 所示，以梯路故障和導(dǎo)軌故障為例進(jìn)行故障模式分析。

梯路故障主要表現(xiàn)為梯級(jí)在梯路上運(yùn)行不水平以及梯級(jí)跑偏。

1）梯級(jí)在梯路上運(yùn)行不水平主要是因?yàn)橹鳌⒏陛啽旧硪约芭c導(dǎo)軌之間配合出現(xiàn)故障：

（1）因主、副輪故障而使梯級(jí)無法正常地在導(dǎo)軌上運(yùn)行。

（2）導(dǎo)軌與主、副輪之間的配合出現(xiàn)了問題導(dǎo)致運(yùn)行過程中不順滑流暢而出現(xiàn)顛簸等問題。

2）梯級(jí)跑偏主要是因?yàn)閷?dǎo)軌與主、副輪配合間隙過大，不能很好地約束梯級(jí)橫向運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致其跑偏。

導(dǎo)軌故障主要表現(xiàn)為梯級(jí)在運(yùn)行過程中與其他部件發(fā)生碰撞以及兩導(dǎo)軌水平方向不平行。

1）梯級(jí)在運(yùn)行過程中與其他部件發(fā)生碰撞主要是因?yàn)閷?dǎo)軌半徑大小及鋪設(shè)位置的設(shè)計(jì)問題。

2）兩導(dǎo)軌水平方向不平行是因?yàn)檐壍冷佋O(shè)及安裝不到位。

2.5 扶手帶故障樹分析

扶手帶在扶梯運(yùn)作時(shí)容易產(chǎn)生溫度過高、噪聲以及抖動(dòng)等問題，主要原因是橡膠材質(zhì)的扶手帶安裝偏移、傾斜、縫隙控制不當(dāng)?shù)龋c扶手導(dǎo)軌、入口等部分發(fā)生摩擦，同時(shí)扶手滾輪的軸承故障也會(huì)產(chǎn)生噪聲，建立故障樹如圖7 所示，以扶手帶溫度過高和扶手帶有噪聲為例進(jìn)行故障模式分析。

圖7 扶手帶故障樹

扶手帶溫度過高是由于扶手帶與扶手導(dǎo)軌之間摩擦或是扶手帶張力過大或者過小導(dǎo)致。

1）扶手帶與扶手導(dǎo)軌摩擦主要是因?yàn)轵?qū)動(dòng)軸出現(xiàn)偏斜或是導(dǎo)向裝置接口不平滑。

（1）驅(qū)動(dòng)軸偏斜會(huì)導(dǎo)致扶手帶與扶手導(dǎo)軌存在偏移或傾斜，引起扶手帶滑動(dòng)層與導(dǎo)軌產(chǎn)生較大的摩擦。

（2）導(dǎo)向裝置接口不平滑，一些凸起或毛刺也會(huì)與扶手帶產(chǎn)生摩擦，同時(shí)也容易損壞扶手帶，帶來安全隱患。

2）扶手帶張力過大或者過小主要是因扶手帶選型錯(cuò)誤而導(dǎo)致其質(zhì)量不符合要求或是張緊裝置故障無法正確調(diào)節(jié)扶手帶張力大小。

扶手帶有噪聲一般是由扶手帶在入口處產(chǎn)生摩擦或是扶手滾輪軸承損壞而產(chǎn)生的。

1）噪聲因?yàn)榉鍪謳飧采w層橡膠摩擦產(chǎn)生：一般是因?yàn)榉鍪謳г谌肟谔幇惭b偏斜或是入口不平滑導(dǎo)致入口處部件與扶手帶外側(cè)橡膠摩擦產(chǎn)生噪聲。

2）軸承噪聲：扶手滾輪軸承也是比較容易損壞的部件，軸承的磨損、老化、潤(rùn)滑不足等都會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生噪聲，軸承磨損還包括內(nèi)圈磨損、外圈磨損、保持架磨損等。

3 自動(dòng)扶梯關(guān)鍵部件危害度分析與RCM 技術(shù)研究

3.1 自動(dòng)扶梯關(guān)鍵部件危害度分析

自動(dòng)扶梯中各類裝置數(shù)量繁多，對(duì)整個(gè)自動(dòng)扶梯進(jìn)行RCM 分析非常煩瑣，且很多零部件沒有必要實(shí)施RCM 分析。因此，在進(jìn)行RCM 分析之前，需要對(duì)各零部件每一故障模式的嚴(yán)重程度和發(fā)生概率的綜合影響進(jìn)行量化分析，對(duì)設(shè)備關(guān)鍵部件的故障危害度進(jìn)行評(píng)估，從而確定哪些零部件需要進(jìn)行RCM 分析。自動(dòng)扶梯零部件故障危害度CRi按式（1）計(jì)算：

式中：

n——零部件i出現(xiàn)的故障模式數(shù)量；

αij——零部件i以故障模式j(luò)發(fā)生故障的概率；

nj——零部件i第j種故障模式出現(xiàn)的次數(shù)；

ni——零部件i全部故障發(fā)生的總次數(shù)；

βij——零部件i以故障模式j(luò)發(fā)生故障導(dǎo)致其損傷的概率，即故障模式的嚴(yán)酷度，βij的取值與含義定義見表2；

表2 故障模式嚴(yán)酷度取值表

λi——零部件i的故障率；

Ni——零部件i在指定時(shí)間內(nèi)的故障總次數(shù)；

Σt——零部件i在指定時(shí)間內(nèi)的累積動(dòng)作次數(shù)或工作時(shí)間。

以梯級(jí)鏈的故障危害度計(jì)算為例，對(duì)某公司近2年自動(dòng)扶梯維修記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和整理，得到自動(dòng)扶梯的系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)，其中故障模式1 梯級(jí)鏈張力不均次數(shù)為2 次，故障模式2 梯級(jí)鏈斷裂次數(shù)為4 次，故障模式3 梯級(jí)鏈跳出次數(shù)為4 次，故障總次數(shù)為10，由式（2）得，模式1 下，α1=1/5；模式2 下，α2=2/5；模式3 下，α3=2/5。模式1 下梯級(jí)鏈可能會(huì)發(fā)生損傷，取β1=0.5；模式2 下梯級(jí)鏈肯定發(fā)生損傷，取β2=1；模式3 下梯級(jí)鏈可能會(huì)發(fā)生損傷，取β3=0.5。

統(tǒng)計(jì)2 年內(nèi)自動(dòng)扶梯故障，取自動(dòng)扶梯每天工作10 h，由式（3）得梯級(jí)鏈基本故障率：

由式（1）計(jì)算梯級(jí)鏈故障危害度：

按此過程可以依次計(jì)算出剩余零部件的危害度，得到零部件故障危害度見表3。

表3 自動(dòng)扶梯主要部件故障危害度

由表3 可知設(shè)備故障危害度較高的機(jī)械部件是電動(dòng)機(jī)、梯級(jí)鏈、軸承和制動(dòng)器等部件，自動(dòng)扶梯檢驗(yàn)維修時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注這些對(duì)象，部件的故障危害度大小可為部件的故障分析和檢驗(yàn)維修提供參考。

3.2 基于RCM 的自動(dòng)扶梯維護(hù)與檢驗(yàn)技術(shù)研究

自動(dòng)扶梯的維修與保養(yǎng)是指對(duì)使用中的自動(dòng)扶梯進(jìn)行日常性、周期性的檢查、潤(rùn)滑、調(diào)整、測(cè)試，對(duì)于可能出現(xiàn)的癥狀和故障進(jìn)行提前維護(hù)與檢修，使自動(dòng)扶梯不正常狀態(tài)得以修正[18]。自動(dòng)扶梯的檢驗(yàn)是對(duì)生產(chǎn)和使用單位執(zhí)行相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)安全責(zé)任，開展為保證和自主確認(rèn)自動(dòng)扶梯安全的相關(guān)工作質(zhì)量情況的查證性檢驗(yàn)[19]。做好自動(dòng)扶梯維護(hù)與檢驗(yàn)工作，可以強(qiáng)化使用單位的安全責(zé)任意識(shí)，督促使用單位嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，有效地降低自動(dòng)扶梯的故障率，延長(zhǎng)自動(dòng)扶梯的使用壽命，延長(zhǎng)大修修理周期。現(xiàn)有的自動(dòng)扶梯維護(hù)與檢驗(yàn)具有如下特點(diǎn)：

1）維修與保養(yǎng)專人負(fù)責(zé)制。指派專業(yè)人員負(fù)責(zé)維修保養(yǎng)，值班維修人員須堅(jiān)守崗位，經(jīng)常性檢查各項(xiàng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)暫停使用，及時(shí)排查。

2）維修保養(yǎng)周期制。維保人員定期（半月、季度、半年、年度）對(duì)主要安全裝置和易耗損件進(jìn)行1 次重點(diǎn)檢查，進(jìn)行必要的調(diào)整、維護(hù)和加油潤(rùn)滑。

3）維護(hù)與檢驗(yàn)?zāi)隀z制。第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)每年對(duì)自動(dòng)扶梯設(shè)備進(jìn)行1 次定期檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，修復(fù)或更換磨損嚴(yán)重的部件。使用單位應(yīng)每3 到5 年對(duì)自動(dòng)扶梯進(jìn)行1 次大修，根據(jù)自動(dòng)扶梯零部件損壞情況確定修理項(xiàng)目。

在自動(dòng)扶梯功能與故障分析基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場(chǎng)情況統(tǒng)計(jì)分析、專家評(píng)價(jià)、定量化模型等技術(shù)手段，對(duì)關(guān)鍵部件危害度進(jìn)行分析計(jì)算，以維修停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)最小化為宗旨優(yōu)化系統(tǒng)的維修策略，指導(dǎo)優(yōu)化現(xiàn)有自動(dòng)扶梯檢驗(yàn)周期、維修方式以及維修周期，制定對(duì)各種故障后果的預(yù)防性措施。表3 所列自動(dòng)扶梯關(guān)鍵部件故障危害度，可以對(duì)檢驗(yàn)、維保起到重要的指導(dǎo)作用，包括：

1）在檢驗(yàn)過程中，需要重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備危害度較高的梯級(jí)鏈、軸承、制動(dòng)器等。對(duì)于梯級(jí)鏈的檢驗(yàn)，優(yōu)先關(guān)注梯級(jí)鏈磨損與潤(rùn)滑狀態(tài)；對(duì)于制動(dòng)器，優(yōu)先關(guān)注制動(dòng)距離；對(duì)于軸承，優(yōu)先關(guān)注電動(dòng)機(jī)、減速箱、驅(qū)動(dòng)輪等部位。結(jié)合檢驗(yàn)報(bào)告編制，增加對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)項(xiàng)，突出檢驗(yàn)工作重點(diǎn)，使檢驗(yàn)更有針對(duì)性。

2）在維修過程中，對(duì)設(shè)備危害度較高的電源、控制柜、制動(dòng)器、超速保護(hù)裝置、電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)軌等進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)制定維修計(jì)劃，合理優(yōu)化自動(dòng)扶梯維修周期；對(duì)于設(shè)備危害度較高的關(guān)鍵部件，可以適度提高維保頻次，例如，對(duì)于梯級(jí)鏈、制動(dòng)器、軸承可以在現(xiàn)有維保周期基礎(chǔ)上縮短到每周維保1 次；對(duì)于設(shè)備危害度較低的部件，可以適度降低維保頻次，例如，對(duì)于蝸輪蝸桿、防逆轉(zhuǎn)裝置、照明系統(tǒng)等，將維保周期延長(zhǎng)到每月維保1 次。

4 結(jié)論

本文在研究自動(dòng)扶梯風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和可靠性分析現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，結(jié)合自動(dòng)扶梯維修與檢驗(yàn)的特點(diǎn)，提出基于FMEA 的自動(dòng)扶梯故障模式及故障原因分析方法，建立了自動(dòng)扶梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)、梯級(jí)鏈、導(dǎo)軌系統(tǒng)、扶手帶等關(guān)鍵部件的故障樹模型，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)重要部件的故障危害度進(jìn)行評(píng)估，為后續(xù)的RCM 分析打下基礎(chǔ)，推動(dòng)自動(dòng)扶梯風(fēng)險(xiǎn)管控能力提升、智能監(jiān)管水平提高、維修與檢驗(yàn)的質(zhì)量提升。