电梯故障检测与节能优化探究

2023-09-11王渊蛟袁景峰

中国设备工程 2023年15期

关键词：曳引机轿厢电梯

王渊蛟，袁景峰

（汉中市质量技术监督检验检测中心，陕西汉中 723000）

1 电梯使用的基本现状

市面上电梯品牌和质量参差不齐，使用环境有好有坏，也存在维修维保不及时、电梯使用不当等各种情况，导致电梯安全事故时有发生，电梯能耗水平有待提升，电梯可靠运行和节能已经成为人们重点关注的话题。

2 电梯常见故障分类

电梯故障是指在除预防性维修或其他计划性活动或缺乏外部资源的情况外，电梯不能执行所需功能的状态，常见的机械故障主要有机械磨损、疲劳破坏、控制系统失效等引发的。

2.1 机械磨损

电梯的曳引系统主要是由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮等构成。首先，曳引式电梯通过曳引轮的正反转，利用曳引绳和曳引轮之间的静摩擦力，带动曳引绳两端的轿厢和对重上下升降运动。长期使用势必导致曳引轮轮槽和钢丝绳之间的机械磨损，其次，曳引机采用的制动器通常是常闭式摩擦型制动器，制动力是制动器衬垫与制动盘或制动鼓接触产生的摩擦力，在电梯运行的过程中，能够有效地控制电梯在各楼层之间的停留；如果在运行的过程中闸瓦存在局部磨损或整体磨损，就会导致停车舒适度下降或无法停车的问题。

2.2 机械疲劳

曳引机在控制系统的控制逻辑下通过悬挂系统进行上下行的往复运动，门系统、电气系统中接触器触点的吸合、释放，多数是借用弹簧的压缩恢复特性动作来实现的，机械部件的往复动作，伴随时间增减，循环应力频繁作用在曳引系统、悬挂系统、导向系统、电气控制系统上，势必导致疲劳破坏，引发电梯安全故障。必要的情况下，尽量在人员活动比较密集的公共场所，通过设置多部电梯的形式，对人员进行分流，减少用梯负荷，降低机械疲劳产生的电梯故障。

2.3 控制系统失效

电梯的控制系统一般包含轿内指令线路、层外召唤线路、定向选层线路、启动运行线路、平层线路、指层线路、开关门控制线路、安全保护线路等。控制系统作为电梯的中枢大脑，一旦出现失效，会引发各种各样的电梯故障。以安全保护线路为例，超速（失控）保护通过限速器、安全钳联动实现；防超越形成的保护装置主要是由三种开关组合而成，其中主要是极限开关、设置在井道内两端附近的强迫换速开关以及限位开关；设置缓冲器实现蹲底（或冲顶）保护；护脚板、门、门锁和门的验证关门装置实现防人员剪切和坠落的保护；轿厢超载装置、限速器断绳开关、错断相保护、门安全触板等实现阻断电梯的不安全运行。

3 电梯故障的检测方法

电梯故障，一般集中在机械和电气两个方面。

电梯在运行过程中所要进行管理和控制的系统层次较多且复杂。进而在所发生的故障中也是呈现出层次性的特征。从目前来看，在对电梯的故障进行诊断的时候分别是由以下两种方法。

3.1 基于解析模型故障诊断

基于解析模型故障诊断是将数字模型中的部分参数以及相关的重要信息与诊断模型中的相关出示条件的信息进行对比，然后在根据相关的数据信息计算出两者之间的误差，再根据误差的内容检测出电梯的具体故障信息。一般情况下，主要涉及三种方法：等价空间法、状态估计法以及参数估计法。

3.2 基于知识故障诊断

基于知识故障诊断主要是通过引入不同领域的科技和理论以及经验知识，这种诊断方法主要是有效地融合了知名专家对电梯故障诊断过程中的思路和经验，进而对电梯出现的故障问题进行有效的评估和分析，最后建立相关的动态数据库、诊断规则库和推理算法。

4 电梯故障检测技术

早期的电梯故障检验技术受到科学技术水平的限制，主要是对出现故障的位置进行尺寸的测量、观察以及维修检测经验来进行故障判断。但是这样的电梯检测方法不具有系统性，而且整体的规范性也不是很强，对于潜在的故障问题还能做出正确的判断，但是对于深入性的故障问题就很难精准地检测出来。随着科学技术和信息技术的不断发展，传感器技术、计算机技术以及人工智能等技术也迅速崛起。进而使电梯故障的检测设备不论是在功能方面，还是在技术方面，都实现了技术方面的飞跃。既确保了电梯故障检测数据的精准性，而且还使电梯检测的工作效率也得到了极大的提升。

4.1 漏磁检测技术

在一般情况下，漏磁检测技术主要被应用在检测电梯钢丝绳的探伤方面。首先，把探测传感器应用在已发生电梯故障的位置，然后再对其进行牵引钢丝绳的检测；通过将故障部位的磁场变化情况与正常情况下磁场的实际情况做好两个方面的实际对比和分析；其次，再把磁场发生变化的信号利用传输技术精准的发送到计算机系统当中，把漏磁场所发生的信号重新导入计算机中并进行相关内容的有效设置；这样电梯内部出现的磨损程度以及用于检测电梯故障的设备精准度就能够利用计算机软件进行实时的分析，最后就能够对电梯的运行状况进行最终结果的判定。

4.2 导轨无损检测

在导轨检测中，应用比较广泛的检测方法就是激光测试法。激光检测法的检测原理就是利用激光直线度好的这一特性，将其合理地应用到电梯故障导轨无损检测中。首先，要把电梯故障的检测装置安装在导轨的一端并进行位置的固定，而电梯导轨的另一端要与激光接收器进行连接，为了能够实现对检测数据的准确获取并以此作为有效的依据，还要将测距仪和电脑进行数据和系统的连接；就能够对电梯运行的实际情况以及故障的受损程度进行实时的检测。

4.3 噪声检测技术

测声压级传感装置是噪声检测技术的核心内容，在运用此技术的时候，一般需要把测声压级传感装置放置在一定的高度上才可以，一般都是1.5m 的高度，再根据实际的情况设置好固定的测试点，开始测量的时候，需要在离装置一米的距离进行。在对噪声进行分析的时候，一定要在噪声最大的地方进行分析。噪声检测技术整体的操作过程比较的简单，容易操作，而且在对电梯综合水平进行检测的时候，能够及时地获取精准的信号数据内容；然后再通过利用专业软件对电梯的整体性能进行有效的数据分析，这样电梯安全性的可靠评判就能够精确地实现。

4.4 电梯承运质量检测技术

该技术主要是用于检测电梯的运行质量。通过把加速度传感器安装在电梯的轿厢中，在电梯进行上下运行的过程中，对电梯上下运行的加速度进行实时的、精准地采集并及时地将采集的数据传输到计算机中；再借助专业的软件对采集的数据进行分析，进而对电梯的运行质量进行有效的判断。

4.5 电梯综合性能检测技术

在电梯发生故障的时候，因为要对其进行多个方面的检测，所以就需要用到电梯综合性能检测技术。此技术不仅能够实现对电梯多个方面的故障检测，而且整体的检测设备便携程度比较高。一般情况下，是将多种电子传感器安装到设备中，来实现对电梯进行综合性能的检测。还能够将检测的数据及时地传输到电脑中，通过数据内容来实现对安全性能的有效检测。此项检测技术不仅能够对电梯内的相关参数进行确定，而且给电梯综合性能的检测提供了极大的帮助。

5 电梯节能优化

电梯节能的主要目标就是降低用电的损耗、节约资源，提升电梯的运行水平。2009 年，浙江省发布了DB33/T771-2009《电梯能源效率评价技术规范》，以电梯按照规定运行模式完成每吨千米运输量的平均耗能量作为电梯能效评价指标，并将电梯能源利用率，从高到低分为1、2、3、4、5 五个等级。

5.1 曳引式电梯的能耗组成

电梯的能耗主要分为3 个方面，分别是电力方面的损耗、运行过程中的损耗以及机械转动的损耗。但是，从整体上来看，能量的消耗主要是由电力消耗的能量上体现出来的。所以，根据电梯电路工作的特点上可以将电梯的能耗具体地划分为：运行过程中的能量消耗、开关门过程中的能量消耗和待机时候的能量消耗。而运行过程中的能量消耗主要是指电梯在完成对应上行或者下行运行指令时所消耗的整体能量；开关门过程中的能量消耗很显然就是电梯在进行开门到关门整个过程中所要消耗的能量；最后，待机时候的能耗就是指电梯在没有任何指令的时候，停留在设置好的楼层时所要消耗的能量。

5.2 曳引式电梯的能耗特点

由于曳引式电梯的配重特点为对重量等于0.4 ～0.5 倍的电梯额定载荷的重量+轿厢重量，所以，电梯的轿厢在没有人乘坐空载向下运行的时候与人员满载向上运行的时候，电机所要承受的负荷是最大的。当曳引轮两侧的重量非常接近的时候，也是电梯电机负载最小的时候。曳引式电梯的电机一共分为两种工作状态，轿厢轻载上行和重载下行工作在发电状态；轿厢重载上行和轻载下行工作在电动状态，那么，在理想状态下轿厢状态同一载荷情况下，当一次上下行的载重和楼层距离相同时，能耗之和为零，恰好满足能量守恒原理，这也是很多电梯节能设计优化措施的落脚点。

5.3 曳引式电梯节能基本方法

5.3.1 优化电梯机械结构

（1）曳引机上置式与下置式相比机械效率高，建设费用低且节能。（2）直接将有齿曳引机更换为无齿曳引机仅机械效率就提高10%以上，可以节能。（3）采用2:1 的曳引比，系统的启动力矩不仅能够减少，而且电动机功率的容量也会出现减少，这时候、电流的启动也会出现明显的减少，进而能够达到非常明显的节能目的。（4）将曳引机进行小型化的设计，不仅能够使曳引系统的启动力矩得到有效地减少，而且启动的电流也会随之减少，最终达到节能降耗的效果。（5）复合曳引绳替代曳引钢丝绳。由于复合曳引绳质量轻，所以钢丝绳在弯矩方面的缺点通过自身的材料就进行了有效的克服，所以就能把曳引轮的直径进行缩小设计，这样不仅使整个曳引机重量得到了减轻，而且还实现了节能的目的。（6）在满足使用条件下，尽可能减小轿厢重量，一方面，轿厢自重减轻；另一方面，因轿厢容量降低，大概率可实现上下行载重接近，实现曳引机发电状态和电动状态对等，进而实现节能。（7）降低电动机转速，采用低转速大扭矩电动机可节能。（8）在对轿厢和对重的运行风阻进行降低的过程中，可以采用摩擦力相对比较小的滚轮导靴来节约能源的消耗。

5.3.2 采用先进的驱动技术和节能电路

（1）使用VVVF 驱动方式节能。VVVF 驱动方式中要实现对电动机的无级调速控制，就需要对电动机的供电频率和电压大小进行合理的改变和调整。由于改变电动机的频率就可以改变电动机转速，改变电动机电压大小就可以改变电动机转矩，因此调速时差转率变化很小，降低了电动机的差转功率损耗，使电动机启动电流得到了有效的降低，实现了节能。（2）使用节能照明装置，照明装置采用LED 灯可以节约电能90%左右，且寿命是常规灯具的30 ～50 倍。

5.3.3 合理选择电梯参数

电梯启动时，加速度越大，电梯减速越快，虽然效率提高了，但也意味着能耗大大增加；电梯运行速度的平方数与功率成正比，电梯速度快，效率高但能耗使用增加，同时加速制动也会增加巨大能耗，合理选择电梯参数对电梯节能意义重大。

5.3.4 电梯的合理调度和优化使用

（1）群控节能。如果在建筑物中安装了很多台的电梯，可以将电梯群控系统应用到电梯运行的管理中，这样不仅能够实现电梯的高效率运行，还可以对电梯进行综合性的调度，有效地确保了电梯能耗的显著降低，也使输送同样乘客的运行次数显著减少，电梯运行效率得到明显提升。（2）根据使用场所来优化电梯的控制方式。①对于楼层比较高的写字楼来说，可以将电梯的运行区域进行高、中、低楼层来进行合理的划分和集中的控制。②对于居民住宅小区来说，在控制方式的选择上，一般采用下集选的方式。与此同时，在信号指令的选择上，还要增加防捣乱的功能和呼梯误操作取消功能，这样能够最大程度地实现节能。