電梯限速器的壽命分析及延長其壽命的質(zhì)量控制方法

0引言

電梯安全在公共安全中十分重要,最新的可查數(shù)據(jù)顯示,2022年市場上登記在冊的電梯數(shù)量有964.46萬部,共發(fā)生事故22起,死亡17人。在已結(jié)案明確原因的13起事故中,與限速器相關(guān)的有6起^[1],占比為46.2%。限速器是電梯安全保護(hù)系統(tǒng)中的安全控制部件之一,其結(jié)構(gòu)包括限速器繩輪、左夾繩臂與夾塊、離心錘聯(lián)動拉桿、觸發(fā)鎖舌、觸發(fā)鎖舌轉(zhuǎn)軸、 離心錘轉(zhuǎn)軸、離心錘回位接頭、離心錘回位彈簧、右夾繩臂與夾塊、限速器繩輪轉(zhuǎn)軸、制動塊銷軸、制動 塊、制動塊扭簧、制動塊轉(zhuǎn)軸、觸發(fā)鎖舌扭簧、花盤銷軸、夾繩臂轉(zhuǎn)軸、花盤。限速器用于隨時(shí)監(jiān)測控制轎廂的速度,當(dāng)出現(xiàn)超速度情況時(shí),即電梯額定速度的115%時(shí),能及時(shí)發(fā)出信號,繼而產(chǎn)生機(jī)械動作切斷供電電路,使曳引機(jī)制動。當(dāng)電梯超速、運(yùn)行失控或懸掛裝置斷裂甚至轎廂發(fā)生墜落時(shí),在所有其他安全保護(hù)裝置不起作用的情況下,限速器安全鉗裝置能迅速將電梯轎廂制停在導(dǎo)軌上,并保持靜止?fàn)顟B(tài),從而避免發(fā)生人員傷亡及設(shè)備損壞事故^[2]。正是因?yàn)橄匏倨髟陔娞莅踩兄陵P(guān)重要,才需要對限速器的使用壽命進(jìn)行分析預(yù)測。一方面通過設(shè)計(jì)改進(jìn)、過程 控制可以提升限速器的使用壽命,另一方面通過對維保技師的操作培訓(xùn),實(shí)施預(yù)見性維護(hù),在限速器可能失效的情況下,提前進(jìn)行干預(yù),也能降低限速器失效引起的安全事故發(fā)生頻率。

本文基于對市場上電梯限速器更換記錄的數(shù)據(jù),分析限速器的實(shí)際使用壽命,結(jié)合召修熱線記錄的數(shù)據(jù),分析限速器的主要失效問題,根據(jù)分析結(jié)果、數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)和失效原因,采取有效的質(zhì)量控制措施,保證限速器的安全有效。

1 限速器的使用壽命分析

限速器使用壽命分析所涉及的數(shù)據(jù)比較龐大且復(fù)雜,需要制定周密的計(jì)劃及詳盡的步驟進(jìn)行收集。經(jīng)過策劃,采用以下步驟收集并整理匹配數(shù)據(jù)。

1.1 調(diào)取售后更換記錄數(shù)據(jù)

售后市場上的限速器,均是通過備件中心采購,而備件中心也僅發(fā)運(yùn)售后維保市場上的零部件請求。所以,從備件中心的物料發(fā)運(yùn)系統(tǒng)中調(diào)取2011年至2021年期間的限速器發(fā)運(yùn)記錄,即可覆蓋在保電梯中有限速器更換情況的所有設(shè)備。

1.2篩選有設(shè)備號記錄的樣本數(shù)據(jù)

備件中心的物料發(fā)運(yùn)系統(tǒng)并未記錄每一個(gè)發(fā)運(yùn)的限速器所對應(yīng)的電梯設(shè)備編號,僅有10%~20%有相應(yīng)的記錄,因此只能選取樣本進(jìn)行研究。對調(diào)取出來的所有更換記錄進(jìn)行篩選,僅保留有設(shè)備號記錄的數(shù)據(jù)。

1.3 匹配各設(shè)備的使用年限

對樣本進(jìn)行進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn),雖然有了設(shè)備編號,但沒有設(shè)備的使用年限記錄。因此,整理出這些樣本中所涉及的設(shè)備編號,接著從工廠的JDE系統(tǒng)中調(diào)取這些編號的設(shè)備發(fā)運(yùn)記錄,綜合備件申請的日期及整梯設(shè)備發(fā)運(yùn)的日期,計(jì)算出樣本中涉及的所有電梯設(shè)備截至備件申請日的使用年限,得出不同設(shè)備限速器更換時(shí)的使用年限,如表1所示。

1.4 計(jì)算威布爾分布

威布爾分布是一種連續(xù)性的概率分布,可以應(yīng)用于壽命預(yù)測領(lǐng)域。其概率密度函數(shù)如下:

式中:β為形狀參數(shù);t為時(shí)間參數(shù);δ為位置參數(shù);θ為尺度參數(shù)。

其含義為在某一時(shí)刻,單位時(shí)間內(nèi)失效出現(xiàn)的概率。對威布爾概率密度函數(shù)在時(shí)間段[0,t]進(jìn)行積分,可得威布爾累計(jì)分布函數(shù),即指時(shí)間從0到t出現(xiàn)失效的概率,積分式為:

通常如果希望知道限速器在特定條件下的評價(jià)使用壽命,可以通過找到使得累積分布函數(shù)等于某個(gè)固定值的位置獲得^[3]。根據(jù)1.3中整理出的各設(shè)備使用年限,利用Minitab工具中極大似然估計(jì)法去創(chuàng)建威布爾概率分布圖,研究2021年限速器的實(shí)際使用壽命的威布爾分布,得出95%置信區(qū)間威布爾概率分布如表2和圖1所示。其形狀參數(shù)β為1.685,尺度參數(shù)θ為5.455,擬合優(yōu)度AD(Anderson—Darling)為8.889。

2 故障分析

從圖1可知,限速器的50百分位值僅為4.389年,需要深入研究限速器的故障模式,找出問題原因,采取針對性改進(jìn)措施。

首先,收集2021年市場上發(fā)生召修(CBs)的故障和失效模式。然后,分析發(fā)生故障的具體零件及其失效模式、所占比重。接著,對發(fā)生失效的零部件進(jìn)行根本原因分析,找到問題發(fā)生的最根本的原因,以便能制定具有針對性的改進(jìn)和控制措施,從根本上提升限速器的使用壽命。

收集2021年所發(fā)生的CBs,通過柏拉圖分析,限速器的主要失效模式為限速器開關(guān)誤動作、限速器及限速繩油污。限速器開關(guān)誤動作的失效模式占比為36.7%,限速器及限速繩污物清潔 占 比分別為35.5%和18.7%,三者總占比達(dá)90.9%。具體占比如圖2所示。

通過pro/E3D數(shù)模演示研究發(fā)現(xiàn),限速器開關(guān)誤動作的原因是下立柱上的螺栓銷與上立柱端部的筋干涉(圖3)，該處的距離為 (14±5.5)mm，設(shè)計(jì)時(shí)間隙不足，驗(yàn)證不夠充分造成了該失效。

限速器及限速繩污物清潔則主要是保養(yǎng)不充分，未定期清理造成的。運(yùn)用3—Legged5 why的工具進(jìn)一步分析(圖4)，造成該失效的個(gè)案原因是保養(yǎng)時(shí)遺漏;未發(fā)現(xiàn)該失效的根本原因是沒有針對高故障梯保養(yǎng)質(zhì)量的檢查要求;從系統(tǒng)層面未能預(yù)防該類問題的原因是缺少自動清潔工具，沒有針對高故障梯保養(yǎng)的工藝方法。

3質(zhì)量改進(jìn)及控制

針對不同的失效原因'分別采取針對性措施進(jìn)行改進(jìn)。

3.1優(yōu)化設(shè)計(jì)

下立柱上的螺栓銷與上立柱端部的筋之間距離過小是造成干涉的主要原因，通過Pro/E模擬演示驗(yàn)證'將該處的距離由目前的 (14±5.5)mm更改為(36±5.5)mm，經(jīng)3D數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證'修改后的樣本未再發(fā)生干涉的情況。

3.2 資質(zhì)認(rèn)證及培訓(xùn)

積極推動維保工不同技能等級認(rèn)證，根據(jù)維保技能的差異'將維保工人由低到高分為綠帶、藍(lán)帶、黑帶三個(gè)等級。針對高頻發(fā)生以上問題的電梯，要求須由藍(lán)帶以上的維保工人對其進(jìn)行維保作業(yè)，可一定程度上減少以上問題的發(fā)生頻次。與此同時(shí)，培訓(xùn)具有綠帶資質(zhì)的維保工人，充分認(rèn)知到以上問題的維保要求'半月維保時(shí)須及時(shí)清理油污。

3.3作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及預(yù)防性維護(hù)

制定針對限速器開關(guān)誤動作、限速器及限速繩油污的標(biāo)準(zhǔn)化維保作業(yè)指導(dǎo)書,明確檢查內(nèi)容和操作步驟,規(guī)范維保工人的操作內(nèi)容,強(qiáng)化操作流程,讓每一位維保工人都能掌握正確的維保方法。特別是針對高頻發(fā)生限速器故障的電梯,在半月度維保時(shí)實(shí)施預(yù)防性維護(hù),及時(shí)清理油污,預(yù)防問題的發(fā)生。

3.4建立FA審查制度

推進(jìn)FA(FieldAudit)審查制度,組建專業(yè)的工地審查小組,隨機(jī)性抽查以上制定的維保作業(yè)執(zhí)行情況,將檢查結(jié)果與分公司總經(jīng)理的年度績效掛鉤,從管理上推動各分公司落實(shí)以上措施,切實(shí)改善限速器高故障率的問題。

3.5完善開發(fā)流程

從系統(tǒng)層面完善新產(chǎn)品開發(fā)流程,建立DFMEA 電子數(shù)據(jù)庫及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)電子數(shù)據(jù)庫,建立新產(chǎn)品及產(chǎn)品變更的評審流程,由管理層及專業(yè)小組組成聯(lián)合評審委員會,在流程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評審,并對實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及DFMEA具體內(nèi)容進(jìn)行專業(yè)審查,充分評估過去曾經(jīng)發(fā)生過的失效模式及可能發(fā)生的失效模式,將這些失效模式納入3D數(shù)模驗(yàn)證計(jì)劃和試驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)劃,從設(shè)計(jì)之初就能充分保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

4效果驗(yàn)證

從2022年第一季度開始逐步實(shí)施以上所述設(shè)計(jì)、維保、審查等多層次的改善措施,至2022年第三季度全面落實(shí)到位。截取2023年全年的限速器更換記錄,再次運(yùn)用威布爾概率分析方法評測限速器的使用壽命。依次調(diào)取售后更換記錄數(shù)據(jù)、篩選有設(shè)備號記錄的樣本數(shù)據(jù)、匹配各設(shè)備的使用年限、計(jì)算威布爾分布及威布爾95%置信區(qū)間,如表3和圖5所示。

從圖5可知,2023年度更換的限速器使用年限50百分位值為7.147年,相較圖1的2021年限速器更換50百分位值4.389年,已有62.8%的顯著提升。

5討論

驗(yàn)證結(jié)果表明,優(yōu)化設(shè)計(jì)、資質(zhì)認(rèn)證及培訓(xùn)、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及預(yù)防性維護(hù)、OFA審查制度等質(zhì)量改進(jìn)及控制措施是有效的。限速器的質(zhì)量關(guān)乎電梯的安全運(yùn)行,研究表明,不完善的設(shè)計(jì)、不充分的維護(hù)保養(yǎng)都會造成限速器的早期失效,不但影響了公司維保業(yè)務(wù)的運(yùn)營成本,更關(guān)鍵的是會對乘客乘坐電梯的安全性造成隱患。

要改善限速器的產(chǎn)品質(zhì)量,首先要從設(shè)計(jì)著手,產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對限速器的失效有著重要影響,根據(jù)圖2所示數(shù)據(jù),由于設(shè)計(jì)不夠完善造成的限速器早期失效達(dá)36.7%,在限速器部件的設(shè)計(jì)之初,要充分運(yùn)用3D數(shù)模、DFMEA、試驗(yàn)驗(yàn)證等工具,完善新產(chǎn)品開發(fā)及現(xiàn)有產(chǎn)品變更的項(xiàng)目管理流程,從根本上設(shè)計(jì)出質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品。其次,后期的維護(hù)保養(yǎng)也對限速器的使用壽命有著較大影響,根據(jù)圖2所示數(shù)據(jù),由于維保不充分帶來限速器早期失效達(dá)54.1%,容易看出,維保質(zhì)量對限速器失效有著尤為重要的影響。對此,采取對維保人員進(jìn)行分級認(rèn)證的措施,針對諸如限速器之類的重要安全部件,必須由達(dá)到一定資質(zhì)的人員進(jìn)行正確維護(hù),并需要將維護(hù)的作業(yè)步驟及作業(yè)流程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,全面貫徹預(yù)防性維護(hù),才能防患于未然。與此同時(shí),應(yīng)建立獨(dú)立的監(jiān)督審查機(jī)制,抓落實(shí),促成效,通過對分公司管理人員的考評,推進(jìn)基層落實(shí)維保要求,從制度上保證維保效果。

6 結(jié)論

本研究通過對限速器的更換數(shù)據(jù)選取適當(dāng)樣本,對限速器的早期失效進(jìn)行威布爾分析。針對早期失效的原因進(jìn)行分析、分類并研究,運(yùn)用柏拉圖及3—Legged5why等工具,深究限速器失效的根本原因,針對不同的失效原因,分別采取針對性措施進(jìn)行改進(jìn)。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、資質(zhì)認(rèn)證及培訓(xùn)、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及預(yù)防性維護(hù)、OFA審查制度等機(jī)制措施,有效改進(jìn)了限速器的早期失效問題,50百分位的失效年限由4.389年提升至7.147年,提升了62.8%。本研究采取的威布爾分析、質(zhì)量改進(jìn)及控制措施也適用于其他大多數(shù)電梯部件的分析、改進(jìn)和效果驗(yàn)證。

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2024年第12期第15篇