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曳引电梯钢丝绳磨损失效分析

作者： admin 编辑： admin 来源：admin 发布日期：2022-08-17 15:19

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上海三菱电梯有限公司临沂分公司摘要：现如今，我国的科学技术在快速的发展，社会在不断的进步，我国的电梯建设在不断的增多，曳引式电梯轿厢运动是通过曳引绳和曳引轮间的摩

上海三菱电梯有限公司临沂分公司
        摘要：现如今，我国的科学技术在快速的发展，社会在不断的进步，我国的电梯建设在不断的增多，曳引式电梯轿厢运动是通过曳引绳和曳引轮间的摩擦力（曳引力）来实现的。曳引钢丝绳的安全直接关系到曳引式电梯的安全性和可靠性，一直以来是研究曳引电梯安全的热点和焦点。衡量曳引电梯钢丝绳是否失效与报废的主要指标有磨损、锈蚀、断丝断股等。磨损是钢丝绳在使用过程中最常见的也出现最多的失效形式，是导致钢丝绳直径减少和断丝的主要原因之一，由于其外表面的特殊性及工作环境的复杂性，在钢丝绳的磨损机理及磨损过程问题上至今还没有一套成熟的理论。
        关键词：曳引电梯；钢丝绳；磨损；失效
        引言
        钢丝绳是电梯上的重要部件，钢丝绳的优劣直接决定了电梯运行的安全性和舒适性。但是绝大多数电梯制造单位和安装维保单位重视程度不够，认为电梯钢丝绳属于一般部件，到了一定年限直接更换即可。在电梯市场竞争日益激烈的今天，电梯整机制造厂商和钢丝绳制造厂商不断降低成本，从设计选型到生产制造逐步往低配方向发展，仅是满足最低标准要求。虽然满足了国标，但是在长期的使用过程中容易出现各种问题，对电梯使用的安全性和舒适性都不利。随着电梯行业技术的不断发展，电梯行业对配套的钢丝绳品种、规格、性能参数和寿命都提出了更高的要求。因此，笔者认为电梯制造单位、安装单位、维保单位和检验检测单位都应认识到电梯钢丝绳的重要性，钢丝绳从设计选型到安装维护和日常检验都应该得到重视，避免发生安全事故。
        1电梯钢丝绳简介
        电梯钢丝绳是电梯上用来悬挂轿厢和对重的重要部件，承载电梯的全部悬挂重量。电梯利用钢丝绳与曳引轮之间的摩擦力来驱动轿厢和对重上下运行。电梯钢丝绳绕着曳引轮、导向轮或反绳轮单向或交变弯曲。电梯钢丝绳通常由钢丝、绳股和绳芯组成。根据钢丝的配置方式不同常分为西鲁式（Seale）、瓦林吞式（Warrington）和填充式（Foller），其中西鲁式应用最为广泛。根据绳芯的不同，通常分为钢芯钢丝绳和纤维芯钢丝绳，其中纤维芯又有天然纤维芯和人造纤维芯的区别。为了满足新技术新产品的需要，在高速梯及使用要求高的场所，磷化钢丝绳、涂层钢丝绳，碳纤维钢丝绳等新型钢丝绳应运而生。
        2磨损失效分析
        2.1钢丝绳磨损
        曳引钢丝绳安装和维保过程中，钢丝绳安装时表面沾有大量沙粒，加速了绳与轮槽间磨损。绳与轮槽未对中，出现了轮槽与钢丝绳相互磨损。曳引钢丝绳悬挂时间过长且未正常运行，导致表面油脂失效，或正常维保过程中未及时发现，使得绳与轮槽间较长时间无良好的润滑。电梯设计过程中，曳引轮轮槽硬度与曳引钢丝绳外层钢丝硬度不匹配，导致二者之间产生严重磨损；曳引钢丝绳相对于轮槽的放绳角度过大，导致绳与轮缘磨损；曳引钢丝绳对轮槽的比压过大，且二者之间产生的相对滑动位移较大。曳引钢丝绳制造过程中，曳引钢丝绳外层钢丝硬度过高，曳引钢丝绳表面油脂含量过低，曳引钢丝绳的实际直径过小或过大，与轮槽不匹配。
        2.2钢丝绳通过曳引轮的微动磨损
        钢丝绳是弹性体，在绳长方向其变形遵循胡克定律，伸长量会随着外载荷的变化而变化。电梯在运行过程中曳引轮的两侧重量不同，造成钢丝绳的张力不同，即在曳引轮两侧会出现松边和紧边，在曳引轮两侧产生不同的弹性变形。电梯在运行过程中，钢丝绳在与曳引轮刚接触时，钢丝绳的线速度和曳引轮的圆周速度相同。但是随着运行，钢丝绳从接触到离开曳引轮的过程，钢丝绳所受的拉力发生变化，钢丝绳的弹性变形量也发生相应的变化。
在空载轿厢下行过程中，轿厢侧重量比对重侧重量轻，钢丝绳在通过曳引轮时，钢丝绳的弹性变形量也相应的减小，这样随着曳引轮的转动钢丝绳是一面随着曳引轮前进，一面随着拉力的减小而收缩，这样使得钢丝绳的线速度略小于曳引轮转动的圆周速度，造成钢丝绳与曳引轮发生弹性滑动。由于电梯的特殊结构，弹性滑动是曳引电梯不可忽略一种现象。弹性滑动的存在导致钢丝绳与曳引轮产生滑移和磨损。弹性滑移量与曳引轮两侧的张力比有关系，张力比越大，产生的滑移量就越大。曳引轮节圆直径加工误差在曳引轮的制造过程中不可避免，因此在多根钢丝绳通过曳引轮时线速度不同，节圆直径较小的线速度比其他线速度要小，因此会造成速度较低的钢丝绳在曳引轮绳槽中要发生滑移。由于使用过程中钢丝绳的张力差以及材料的不均匀性导致的曳引轮不均与磨损也会造成曳引轮节圆直径的差距，导致钢丝绳与曳引轮发生滑移。
        2.3钢丝绳和曳引轮异常磨损
        电梯钢丝绳数目一般是3根及3根以上，在日常保养过程中应定期测量每根钢丝绳张力，如若发现钢丝绳之间张力差别过大，应及时调整张力差，否则会发生钢丝绳和曳引轮过度磨损。随着楼层的增高，梯速的增快，为了得到高悬挂比和高扰度，目前常见的钢丝绳直径已经降至10mm甚至8mm，钢丝绳变得又长又细。部分厂家为了节省制造成本，曳引轮直径尺寸设计过小，仅仅满足D/d大于40最低要求。这一临界值的尺寸设计是存在一定风险的，钢丝绳直径和曳引轮直径越来越小，对制造精度的要求就越来越高，部分生产厂家根本没有生产能力，这里就存在钢丝绳和曳引轮的匹配问题；对安装和维保的要求也相应的提高，钢丝绳又细又长，更容易发生扭曲，钢丝绳之间的张力差也更难控制。在检验过程中，笔者发现某品牌的某个系列电梯钢丝绳和曳引轮之间容易发生异常磨损，常常需要批量更换钢丝绳和曳引轮。该钢丝绳直径为8mm，曳引轮直径为330mm，满足D/d大于40的最低要求。发生这种异常磨损的原因有二，其一，由于钢丝绳直径较小，钢丝绳扰度较大，安装时细长钢丝绳应力释放不完全，在电梯运行中钢丝绳存在自身扭曲现象，扭力过大；其二，由于曳引轮节圆尺寸较小，钢丝绳各绳之间张力差比较难控制，常常会出现各绳之间张力差过大的情况，导致单根钢丝绳与曳引轮过度摩擦。
        2.4内部磨损
        曳引钢丝绳是由钢丝与钢丝以一定的角度关系捻制成股，股与股之间再以一定的角度关系捻制而成，由于结构的特殊性，曳引钢丝绳在受到轴向的突变载荷、交变载荷或者弯曲载荷的时候，钢丝绳内部的钢丝与钢丝、绳股与绳股之间会发生相互作用和微小滑移，钢丝绳内部就会产生微动磨损。弯曲载荷由于曳引钢丝绳在经过曳引轮或导向轮等时，钢丝绳所承受的载荷会全部压在与绳轮接触的钢丝绳一侧，同时，由于钢丝绳的弯曲，钢丝绳内部各绳股与钢丝的曲率不一样，钢丝绳内部的各绳股与各钢丝之间的接触应力增大，各绳股与各钢丝之间也会因相互作用力并且产生相对滑移，引起微动磨损。在使用过程中经受反复的拉伸载荷或者突变载荷时，钢丝绳内部股与股、丝与丝之间存在不同微动振幅的微动滑移，而且钢丝还要承受交变的载荷，引起曳引钢丝绳的微动疲劳磨损。
        结语
        决定电梯曳引钢丝绳使用寿命的因素除其本身质量外，电梯设计、安装和维护也非常重要，故电梯安装和维护过程中，首先要正确安装钢丝绳，避免违规操作，其次要定期维护保养；电梯设计时要合理设计各个系统，如曳引系统，注意部件参数选取及细节控制；曳引钢丝绳制造过程中，需严格对原材料进行控制，同时对生产过程各个环节进行规范，保证其质量稳定性。实践证明，通过一系列的实践改进，有效提高了曳引钢丝绳的使用寿命，大大降低了曳引钢丝绳发生早期断丝、断股、磨损、锈蚀、轿厢下沉等现象的概率。
        参考文献：
        [1]胡志辉，胡勇，胡吉全，等.双折线式多层卷绕钢丝绳损伤机理研究[J].中国机械工程，2013（23）：3 195-3 199.
        [2]温诗铸，黄平.摩擦学原理：第3版[M].北京：清华大学出版社，2008：259-304.