电梯限速器的寿命分析及延长其寿命的质量控制方法

0引言

电梯安全在公共安全中十分重要,最新的可查数据显示,2022年市场上登记在册的电梯数量有964.46万部,共发生事故22起,死亡17人。在已结案明确原因的13起事故中,与限速器相关的有6起^[1],占比为46.2%。限速器是电梯安全保护系统中的安全控制部件之一,其结构包括限速器绳轮、左夹绳臂与夹块、离心锤联动拉杆、触发锁舌、触发锁舌转轴、 离心锤转轴、离心锤回位接头、离心锤回位弹簧、右夹绳臂与夹块、限速器绳轮转轴、制动块销轴、制动 块、制动块扭簧、制动块转轴、触发锁舌扭簧、花盘销轴、夹绳臂转轴、花盘。限速器用于随时监测控制轿厢的速度,当出现超速度情况时,即电梯额定速度的115%时,能及时发出信号,继而产生机械动作切断供电电路,使曳引机制动。当电梯超速、运行失控或悬挂装置断裂甚至轿厢发生坠落时,在所有其他安全保护装置不起作用的情况下,限速器安全钳装置能迅速将电梯轿厢制停在导轨上,并保持静止状态,从而避免发生人员伤亡及设备损坏事故^[2]。正是因为限速器在电梯安全中至关重要,才需要对限速器的使用寿命进行分析预测。一方面通过设计改进、过程 控制可以提升限速器的使用寿命,另一方面通过对维保技师的操作培训,实施预见性维护,在限速器可能失效的情况下,提前进行干预,也能降低限速器失效引起的安全事故发生频率。

本文基于对市场上电梯限速器更换记录的数据,分析限速器的实际使用寿命,结合召修热线记录的数据,分析限速器的主要失效问题,根据分析结果、数据分布特点和失效原因,采取有效的质量控制措施,保证限速器的安全有效。

1 限速器的使用寿命分析

限速器使用寿命分析所涉及的数据比较庞大且复杂,需要制定周密的计划及详尽的步骤进行收集。经过策划,采用以下步骤收集并整理匹配数据。

1.1 调取售后更换记录数据

售后市场上的限速器,均是通过备件中心采购,而备件中心也仅发运售后维保市场上的零部件请求。所以,从备件中心的物料发运系统中调取2011年至2021年期间的限速器发运记录,即可覆盖在保电梯中有限速器更换情况的所有设备。

1.2筛选有设备号记录的样本数据

备件中心的物料发运系统并未记录每一个发运的限速器所对应的电梯设备编号,仅有10%~20%有相应的记录,因此只能选取样本进行研究。对调取出来的所有更换记录进行筛选,仅保留有设备号记录的数据。

1.3 匹配各设备的使用年限

对样本进行进一步研究后发现,虽然有了设备编号,但没有设备的使用年限记录。因此,整理出这些样本中所涉及的设备编号,接着从工厂的JDE系统中调取这些编号的设备发运记录,综合备件申请的日期及整梯设备发运的日期,计算出样本中涉及的所有电梯设备截至备件申请日的使用年限,得出不同设备限速器更换时的使用年限,如表1所示。

1.4 计算威布尔分布

威布尔分布是一种连续性的概率分布,可以应用于寿命预测领域。其概率密度函数如下:

式中:β为形状参数;t为时间参数;δ为位置参数;θ为尺度参数。

其含义为在某一时刻,单位时间内失效出现的概率。对威布尔概率密度函数在时间段[0,t]进行积分,可得威布尔累计分布函数,即指时间从0到t出现失效的概率,积分式为:

通常如果希望知道限速器在特定条件下的评价使用寿命,可以通过找到使得累积分布函数等于某个固定值的位置获得^[3]。根据1.3中整理出的各设备使用年限,利用Minitab工具中极大似然估计法去创建威布尔概率分布图,研究2021年限速器的实际使用寿命的威布尔分布,得出95%置信区间威布尔概率分布如表2和图1所示。其形状参数β为1.685,尺度参数θ为5.455,拟合优度AD(Anderson—Darling)为8.889。

2 故障分析

从图1可知,限速器的50百分位值仅为4.389年,需要深入研究限速器的故障模式,找出问题原因,采取针对性改进措施。

首先,收集2021年市场上发生召修(CBs)的故障和失效模式。然后,分析发生故障的具体零件及其失效模式、所占比重。接着,对发生失效的零部件进行根本原因分析,找到问题发生的最根本的原因,以便能制定具有针对性的改进和控制措施,从根本上提升限速器的使用寿命。

收集2021年所发生的CBs,通过柏拉图分析,限速器的主要失效模式为限速器开关误动作、限速器及限速绳油污。限速器开关误动作的失效模式占比为36.7%,限速器及限速绳污物清洁 占 比分别为35.5%和18.7%,三者总占比达90.9%。具体占比如图2所示。

通过pro/E3D数模演示研究发现,限速器开关误动作的原因是下立柱上的螺栓销与上立柱端部的筋干涉(图3)，该处的距离为 (14±5.5)mm，设计时间隙不足，验证不够充分造成了该失效。

限速器及限速绳污物清洁则主要是保养不充分，未定期清理造成的。运用3—Legged5 why的工具进一步分析(图4)，造成该失效的个案原因是保养时遗漏;未发现该失效的根本原因是没有针对高故障梯保养质量的检查要求;从系统层面未能预防该类问题的原因是缺少自动清洁工具，没有针对高故障梯保养的工艺方法。

3质量改进及控制

针对不同的失效原因'分别采取针对性措施进行改进。

3.1优化设计

下立柱上的螺栓销与上立柱端部的筋之间距离过小是造成干涉的主要原因，通过Pro/E模拟演示验证'将该处的距离由目前的 (14±5.5)mm更改为(36±5.5)mm，经3D数据及实验室验证'修改后的样本未再发生干涉的情况。

3.2 资质认证及培训

积极推动维保工不同技能等级认证，根据维保技能的差异'将维保工人由低到高分为绿带、蓝带、黑带三个等级。针对高频发生以上问题的电梯，要求须由蓝带以上的维保工人对其进行维保作业，可一定程度上减少以上问题的发生频次。与此同时，培训具有绿带资质的维保工人，充分认知到以上问题的维保要求'半月维保时须及时清理油污。

3.3作业标准化及预防性维护

制定针对限速器开关误动作、限速器及限速绳油污的标准化维保作业指导书,明确检查内容和操作步骤,规范维保工人的操作内容,强化操作流程,让每一位维保工人都能掌握正确的维保方法。特别是针对高频发生限速器故障的电梯,在半月度维保时实施预防性维护,及时清理油污,预防问题的发生。

3.4建立FA审查制度

推进FA(FieldAudit)审查制度,组建专业的工地审查小组,随机性抽查以上制定的维保作业执行情况,将检查结果与分公司总经理的年度绩效挂钩,从管理上推动各分公司落实以上措施,切实改善限速器高故障率的问题。

3.5完善开发流程

从系统层面完善新产品开发流程,建立DFMEA 电子数据库及实验验证标准电子数据库,建立新产品及产品变更的评审流程,由管理层及专业小组组成联合评审委员会,在流程中的关键节点进行评审,并对实验标准及DFMEA具体内容进行专业审查,充分评估过去曾经发生过的失效模式及可能发生的失效模式,将这些失效模式纳入3D数模验证计划和试验验证计划,从设计之初就能充分保证产品的质量。

4效果验证

从2022年第一季度开始逐步实施以上所述设计、维保、审查等多层次的改善措施,至2022年第三季度全面落实到位。截取2023年全年的限速器更换记录,再次运用威布尔概率分析方法评测限速器的使用寿命。依次调取售后更换记录数据、筛选有设备号记录的样本数据、匹配各设备的使用年限、计算威布尔分布及威布尔95%置信区间,如表3和图5所示。

从图5可知,2023年度更换的限速器使用年限50百分位值为7.147年,相较图1的2021年限速器更换50百分位值4.389年,已有62.8%的显著提升。

5讨论

验证结果表明,优化设计、资质认证及培训、作业标准化及预防性维护、OFA审查制度等质量改进及控制措施是有效的。限速器的质量关乎电梯的安全运行,研究表明,不完善的设计、不充分的维护保养都会造成限速器的早期失效,不但影响了公司维保业务的运营成本,更关键的是会对乘客乘坐电梯的安全性造成隐患。

要改善限速器的产品质量,首先要从设计着手,产品设计阶段对限速器的失效有着重要影响,根据图2所示数据,由于设计不够完善造成的限速器早期失效达36.7%,在限速器部件的设计之初,要充分运用3D数模、DFMEA、试验验证等工具,完善新产品开发及现有产品变更的项目管理流程,从根本上设计出质量优良的产品。其次,后期的维护保养也对限速器的使用寿命有着较大影响,根据图2所示数据,由于维保不充分带来限速器早期失效达54.1%,容易看出,维保质量对限速器失效有着尤为重要的影响。对此,采取对维保人员进行分级认证的措施,针对诸如限速器之类的重要安全部件,必须由达到一定资质的人员进行正确维护,并需要将维护的作业步骤及作业流程进行标准化,全面贯彻预防性维护,才能防患于未然。与此同时,应建立独立的监督审查机制,抓落实,促成效,通过对分公司管理人员的考评,推进基层落实维保要求,从制度上保证维保效果。

6 结论

本研究通过对限速器的更换数据选取适当样本,对限速器的早期失效进行威布尔分析。针对早期失效的原因进行分析、分类并研究,运用柏拉图及3—Legged5why等工具,深究限速器失效的根本原因,针对不同的失效原因,分别采取针对性措施进行改进。通过优化设计、资质认证及培训、作业标准化及预防性维护、OFA审查制度等机制措施,有效改进了限速器的早期失效问题,50百分位的失效年限由4.389年提升至7.147年,提升了62.8%。本研究采取的威布尔分析、质量改进及控制措施也适用于其他大多数电梯部件的分析、改进和效果验证。

[参考文献]

[1] 国家市场监督管理总局.市场监管总局关于2022年全国特种设备安全状况的通告[Z/0L]. (2023—03—21)[2024— 02—26]. HYPERLINK "https://www.samr.gov.cn/tzsbj/qktb/tb/art/" 2023/art—67857a52cc3b41bdgcff0560e6bgb503.html.

[2]李万莉,卞开特.电梯双向限速器触发理论与实验研究[J].中国工程机械学报,2017,15(5):377—382.

[3]王松.威布尔分布在寿命分析中的应用[C]//2005年全国机械可靠性学术交流会暨“车辆与工程装备质量与可靠性论坛”论文集,2005:2g—35.

2024年第12期第15篇