基于振动知识库的电梯故障诊断方法设想

本文刊登于《中国电梯》杂志2024年第4期

作者：李 勃，刘接胜，汪友杰 / 广州特种设备检测研究院

电梯轿厢和其他部件的异常振动可以反映电梯潜在的安全隐患。通过分析异常振动可以对电梯的故障及早发现并诊断，将电梯事故消除在萌芽状态，降低电梯的事故率。在本文中，笔者建立一种电梯振动知识库，旨在以一种作业指导手册的模式指导电梯技术人员进行故障诊断。电梯技术人员在现场对故障电梯进行振动测试，对比知识库内电梯轿厢运行振动曲线或故障部件的振动频率，可以快速诊断故障原因，解决相关问题。

1 振动知识库的用法和结构

设计振动知识库的目的是：在现场对故障电梯振动数据进行分析，然后与振动知识库中典型故障下电梯轿厢运行振动曲线或故障部件的振动频率进行对比，找出电梯故障的原因。在进行故障诊断时该振动知识库主要有两种作用：1)在现场分析电梯轿厢运行振动曲线或故障部件振动频率时，可以应用快速傅里叶变换的方法，计算出振动的主要和次要频率值。将此频率值与电梯各部件的固有频率值匹配，找出故障部件。2)对比典型故障情况的轿厢运行振动曲线或故障部件振动曲线，查找故障原因。

知识库有4个主要特征量：特征量1为振动原因，特征量2为振动曲线，特征量3为振动频率参数，特征量4为处理方案。特征量2与特征量3作为辅助分析依据。特征量2取自对应的典型故障下电梯轿厢运行振动曲线或曳引机振动曲线。特征量3是指故障部件的固有振动频率。以曳引系统为例，主要有曳引机引起的振动，还有曳引轮、导向轮、反绳轮引起的振动。这些振动都具有明显的频率特征。例如曳引机转动引起的振动的主要频率

曳引轮、导向轮、反绳轮引起的振动的主要频率

f_轮=vr/(πD)。

r —电梯的曳引比。

特征量4是指维保人员如何解决该类型电梯故障。

由以上分析可以看出，特征量3可以通过计算、测试和分析得到。下面探讨其他3个特征量的采集与建立。

轿厢运行振动曲线和曳引机振动曲线通过EVA-625型电梯综合性能检测仪来获取。该检测仪配置有高精度的加速度和噪声传感器，包括三维加速度模块、麦克风模块等。该检测仪还配套了分析软件，分析软件基于Windows操作系统，主要功能有：1)可以准确地对电梯和自动扶梯的乘运质量、加速度、减速度、速度、电梯位移、电梯振动和噪声数据进行评价。2)提供了快速傅里叶变换工具，以方便对振动数据的分析。3)可以根据ISO国际标准进行乘运质量分析，即：根据ISO 2631-01:1997《机械振动和冲击—人体暴露于全身振动的评估》对采集的原始振动和噪声信号进行过滤，得到人所能感觉到和听到的振动、噪声数据。轿厢运行振动曲线是应用该检测仪在轿厢内采集电梯正常上下运行全程数据得到的。数据采集后，应用分析软件对电梯X轴、Y轴、Z轴的振动进行分析归类，再将此类典型故障下电梯轿厢运行振动曲线和曳引机振动曲线图存入振动知识库特征量2。

以下因素会引起轿厢振动：1)主副导轨在垂直平面上直线度偏差以及导轨在各个截面的位置偏差不一，对向度、垂直度的偏差过大。对向度、垂直度偏差过大所引起的振动，会使乘客在轿厢站立时感觉到轿厢前后、左右摆动。2)导轨接口存在较大的间隙。3)导靴磨损严重、导轨面磨损严重或存在异物。4)导轨支架松动。5)安全钳与导轨之间间隙过小而产生摩擦。

导致上述因素的原因：1)电梯安装时施工技术人员放样时没控制好尺寸精度。2)电梯维保人员没有及时维护保养或维护保养不到位引起电梯轿厢或对重导轨的螺母松动，致使导轨产生移位或变形。3)导轨工作面由于缺少润滑油导致工作平面摩擦系数增大。4)建筑结构由于地基下沉导致导轨移位和变形。5)安全钳未复位好。

处理方案：对导轨进行检查和调整。维保人员在维护保养中应经常对导轨的固定螺母、压导板和膨胀螺栓进行排查、紧固，对油杯油位、油毡的间隙和磨损、上油情况进行检查，对安全钳复位情况进行检查。

轿厢引起的振动原因及处理方案如下。

1)轿厢出厂时受力不均匀导致重心偏移或安装人员在安装时未能找准轿厢水平度和垂直度，导致轿厢重心偏移。这使曳引轮中心或曳引轮槽组中心与轿厢中心不垂直，由此产生振动。

处理方案：在轿底增加平衡铁来提高乘坐舒适性。

2)维保人员在更换靴衬、导靴相关部件时，调整安全钳间隙不当，引起轿厢偏移。这会导致电梯运行时门刀碰撞层门滚轮、门盖板、层门地坎，或隔磁板碰撞平层感应器。

处理方案：调整相关部件至合适位置。

3) 主副导轨与靴衬间隙过小时，因轿厢与导轨的摩擦产生共振，引起轿厢振动。当电梯在平层时，人在轿厢内或轿顶晃动轿厢，若无法晃动可以判定导靴与导轨间隙过小。轿厢左右应与导轨各有1～2mm的间隙。

处理方案：调整导靴间隙符合电梯制造厂家的要求。

4)滚动导靴滚轮损坏或滚轮各个方向压紧弹簧未紧固。在安装轿厢时，安装人员未严格按照安装工序和工艺要求作业，强行拼装，导致轿厢产生内部扭劲或内应力。

处理方案：松开部件产生扭劲处的螺母，充分释放扭劲后再进行紧固。

5)轿厢壁或轿厢面板松动而引起轿厢振动；因轿门滑块严重磨损或缺失，轿门在运行中不停晃动而引起振动；轿顶部件(例如安全窗、盖板等)松动、未紧固而引起振动。

处理方案：调整相关部件。

悬挂钢丝绳、补偿链引起的振动原因及处理方案如下。

1)各个悬挂钢丝绳受力不均匀或张力严重超差。由于钢丝绳在曳引轮绳槽中存在蠕动现象，长时间运行会导致某一根或几根钢丝绳磨损严重，与曳引轮槽的摩擦力变小。当钢丝绳磨损超标或曳引轮轮槽、导向轮轮槽磨损超标时就会产生轿厢Z轴方向的振动。

处理方案：调整钢丝绳使其受力均匀。

2)钢丝绳上或曳引轮槽油量超标。因为悬挂钢丝绳受到拉应力作用，钢丝绳各股和各钢丝之间产生的压应力会将部分润滑脂挤出，导致钢丝绳或曳引轮槽因油污过多而打滑，致使轿厢产生振动。

处理方案：及时更换钢丝绳，保证更换的悬挂弹簧组的一致性，最好是选用同一厂家同一规格的产品。

3)曳引轮槽内有异物，因为钢丝绳油污过多会吸附很多异物，异物长时间在曳引轮槽内聚集，引起钢丝绳在轮槽内跳动导致轿厢振动。          

处理方案：及时更换钢丝绳，清理曳引轮轮槽内异物。

4)悬挂钢丝绳在安装时未充分释放其内应力，较大的偏转角会使钢丝绳产生较大扭力，导致钢丝绳摆动，轿厢也因此产生振动。

处理方案：调整悬挂装置，松开锁紧螺母释放钢丝绳扭力。钢丝绳油过多时应采用煤油对其进行清洗。

5)补偿链在安装时产生扭转而未理顺，电梯运行时补偿链释放扭劲产生晃动，导致轿厢振动。最明显的是当轿厢每次运行到固定位置时产生振动，同时发出声响。

处理方案：把补偿链理顺，让其释放内在的扭力。

6)补偿链保护套损坏、破裂，电梯运行时补偿链破损处在底坑弯曲时不能平顺运行，补偿链摆动致使轿厢产生振动。

处理方案：更换补偿链。

7)补偿绳相关部件损坏，例如导向装置转动卡阻、导向轮轴承失效、导向轮失圆等致使补偿绳摆动，使轿厢产生振动。

处理方案：更换补偿绳相关损坏部件。

曳引机、抱闸引起的振动原因及处理方案如下。

1)曳引机抱闸间隙调整过小或压紧弹簧力调整过大，导致抱闸不能完全打开造成曳引机拖闸引起曳引机振动。

处理方案：调整抱闸弹簧间隙。

2)曳引轮或导向轮因制造缺陷等原因引起的动态不平衡、曳引机减速箱蜗杆与电动机转轴同心度超差、电动机转轴与联轴器的同心度超差、联轴器损坏都可能导致曳引机周期性的振动。

处理方案：调整或更换相关故障部件。

3)曳引机减速箱缺少润滑油导致无法润滑，工作温度上升引起减速箱抖动。曳引机使用齿轮油标号错误、齿轮油超长时间未进行更换，造成齿轮油变质导致无法有效润滑。

处理方案：更换符合要求的润滑油。

4)蜗轮或蜗杆产生的振动。蜗轮或蜗杆在工作过程中磨损严重、因制造缺陷改变了啮合角度、维修时破坏原厂家设计的动平衡或静平衡可能导致曳引机振动。

处理方案：更换故障相关部件，增加润滑。

5)蜗轮或蜗杆轴承产生的振动。由于轴承磨损严重或损坏，球珠因严重磨损而失圆，轴承内有污物，轴承移位，止退垫失效，蜗轮或蜗杆断齿引起窜轴等也会引起减速箱的振动。

处理方案：更换故障相关部件，增加润滑。

电气故障引起的振动原因及处理方案如下。

1)曳引机旋转编码器的光码盘沾染污渍或出现缺损，引起光电脉冲失真；旋转编码器内部的电子元件失效或损坏引起光电脉冲异常；旋转编码器与电动机轴连接松动或焊点松动导致光电脉冲失真；旋转编码器屏蔽线接地不良导致电磁干扰。旋转编码器故障导致的电梯振动主要表现在电梯出现振动的频率越来越高、停车时抖动、轿厢不平层。

处理方案：更换旋转编码器或屏蔽线。

2)电源问题产生的振动：①由于供电开关故障导致三相电源不平衡，线头接线端松动、老化，空气开关自身损坏等。②电源接触器失效，例如触点老化、烧伤，触点异物导致接触不良，接触器线圈铁芯因异物卡阻，触点或线圈接线失效。

处理方案：更换或维修故障接触器。

3)变频器故障产生的振动：①由于变频器输出端接触不良或者三相不平衡导致曳引机振动。②变频器电子元器件失效或损坏引起振动。③变频器调试时参数设置不合理，启动转矩设置错误等导致曳引机振动。

处理方案：更换或维修故障变频器。

曳引机钢梁引起的振动原因及处理方案如下。

1)曳引机钢梁强度不够，刚性较差，当曳引机运转时，由于机械惯性产生的振动结合机座的材质产生共振。

处理方案：对曳引机钢梁进行加固处理。

2)曳引机机座与曳引机钢梁间的减振橡胶老化或失效产生的振动，曳引机机座一般使用4块减振橡胶用于支撑曳引机，由于曳引机钢梁刚度或安装问题，容易发生3块橡胶在同一平面上支撑曳引机，另一块橡胶虚位过大而产生周期性的振动。

处理方案：更换已经失效的减振橡胶，同时调整不在同一平面的减振橡胶，使4块减振橡胶位于同一平面上以支撑曳引机。

特征量1：反绳轮轴承故障。

特征量2：反绳轮轴承出现故障的电梯轿厢运行振动曲线(见图1)。

特征量3：导轨的固有频率f_导=2.563Hz。

特征量4：检查反绳轮轴承，更换或对轴承进行润滑。

假设针对一台反绳轮轴承出现故障的电梯，现场应用EVA-625型电梯综合性能检测仪采集故障电梯轿厢运行振动曲线，在电梯上行或下行时Z轴曲线均呈现明显且规律的锯齿状低频振动。对Z轴数据进行快速傅里叶变换分析(见图2)，得出影响振动的主要频率为2.563Hz。比对振动知识库特征量3(反绳轮固有频率)，发现两者频率相近；同时比对振动知识库特征量2，两者振动曲线相似，可以确认该故障为反绳轮轴承故障。

特征量1：导轨接口缺陷。

特征量2：导轨接口不平整，典型轿厢运行振动曲线(见图3)。

特征量3：导轨接口的固有频率f_接口=v/2.5。

特征量4：对导轨接口进行修整。

假设针对一台导轨接口有缺陷的电梯，需要对特征量2进行采集，振动曲线X、Y、Z轴的各个尖峰间呈现5m的规律性峰值变化，而每段导轨长度为2.5m。轿厢导轨接口的台阶不平或导轨接口位置挠曲度过大是引起这种规律性振动的主要原因。该典型故障下电梯轿厢运行振动曲线如图3所示，将此振动曲线存入振动知识库特征量2。

现场采集电梯轿厢运行振动曲线，发现振动曲线呈现2.5m或5m间隔规律性振动。可以在振动知识库内查找特征量2，观察电梯轿厢运行振动曲线与特征量2曲线是否相似，如果相似，可以初步判断该故障为电梯导轨接口缺陷。

在本文中，笔者初步提出建立电梯振动知识库，将电梯典型故障下电梯轿厢运行振动曲线相关知识和经验以数据的形式保存在振动知识库中，用于快速诊断电梯故障的设想。电梯维保公司在日常工作中可以对每台电梯出现过的故障的振动数据进行采集，并将其加入振动知识库中，不断完善振动知识库；同时将不同型号电梯的典型故障下的振动数据进行分类，不断丰富该振动知识库，以使诊断方法更加有效。

来源：《中国电梯》杂志

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