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電梯鋼絲繩使用壽命影響因素分析

作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發布日期：2022-08-08 14:01

信息摘要：

江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院揚州分院江蘇揚州 225000 摘要：隨著國內電梯數量的迅猛增長，與人們生命息息相關的電梯安全問題越來越受到社會廣泛的關注，由于在電梯可能發

江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院揚州分院江蘇揚州 225000
        摘要：隨著國內電梯數量的迅猛增長，與人們生命息息相關的電梯安全問題越來越受到社會廣泛的關注，由于在電梯可能發生的事故中，“墜落”、“磨損”、“懸掛裝置的破斷”、“曳引輪上曳引繩失控滑移”等均有可能發生在鋼絲繩上，因此本文就電梯鋼絲繩的失效原因和提高電梯鋼絲繩的使用壽命進行如上探討。
        關鍵詞：電梯；曳引鋼絲繩；檢驗檢測
        1 曳引鋼絲繩使用壽命的影響因素
        1.1 彎曲和拉伸交變應力
        彎曲和拉伸力對曳引鋼絲繩壽命的影響不容忽視，即受到力的作用而造成形變；拉伸是物體沿拉力方向的伸長現象。彎曲和拉伸是曳引鋼絲繩承受的兩個主要受力。電梯運行中，曳引鋼絲繩經歷的彎曲次數較多，由于彎曲應力是交變載荷，將會引起曳引鋼絲繩的疲勞，從而影響曳引鋼絲繩的壽命。而彎曲應力與曳引輪的直徑成反比，所以規定曳引輪、反繩輪的直徑不能小于曳引鋼絲繩直徑的40倍。運行中的動態拉力對曳引鋼絲繩的壽命影響很大，各曳引鋼絲繩的載荷不均勻也是影響壽命的重要方面。當曳引鋼絲繩的拉伸載荷變化為20%時，則鋼絲繩的壽命變化可達30%～200%。
        1.2 鋼絲繩磨損
        磨損是曳引鋼絲繩使用壽命最直接的影響因素。磨損是零部件失效的一種基本類型。通常意義上來講，磨損是指零部件幾何尺寸（體積）變小。零部件失去原有設計所規定的功能稱為失效。失效包括完全喪失原定功能；功能降低和有嚴重損傷或隱患，繼續使用會失去可靠性及安全性和安全性。電梯在運行過程中，曳引鋼絲繩與繩槽相互作用引起繩槽的磨損是正常的，但是如果磨損過快，尤其是當各繩槽不均勻磨損時，不但影響曳引輪的壽命，也會造成電梯運行的不平穩。造成磨損的原因很多，在曳引輪方面主要有材質及其物理性能，尤其是輪槽材質的均勻性、槽面硬度的差異以及節圓半徑不一和輪槽形狀偏差。在載荷方面，主要是載荷過大造成曳引鋼絲繩張力過大，曳引輪兩側曳引鋼絲繩的張力差過大和各曳引鋼絲繩之間的張力偏差等。
        各曳引鋼絲繩的張力不一，使各輪槽的比壓不同，就會造成曳引鋼絲繩不均勻的磨損。各輪槽節圓直徑的不同，會使各曳引鋼絲繩的曳引速度也不相同，造成運行時部分曳引鋼絲繩在輪槽中滑動，使輪槽的磨損加劇，影響曳引鋼絲繩的使用壽命。因此在安裝曳引鋼絲繩時，張力必須認真調節，各曳引繩的張力差必須嚴格控制，曳引輪各輪槽節徑的相對誤差一般應不大于0.10mm。
        1.3 鋼絲繩腐蝕
        腐蝕指材料由于環境作用或化學作用而逐漸消損破壞。在不良的環境中，內部和外部的腐蝕會使曳引鋼絲繩的壽命顯著降低，橫斷面減小，使曳引鋼絲繩磨損加劇。尤其是當麻質填料解體或水和塵埃深透到曳引鋼絲繩的內部而引起腐蝕，對曳引鋼絲繩的壽命影響會更大。
        除以上原因外，電梯安裝質量的優劣，維護是否及時和維修質量的優劣，曳引鋼絲繩的日常潤滑情況等，都會影響到鋼絲繩的壽命。曳引鋼絲繩本身的性能指標，直徑大小，捻繞型式等，也會影響曳引鋼絲繩的使用壽命。
        2電梯鋼絲繩的斷絲類型
        曳引鋼絲繩承受著電梯全部懸掛部件的重量，在長期帶負荷運行中，其鋼絲由于磨損、彎曲疲勞和銹蝕會逐步出現斷絲現象，特別是到了使用后期，斷絲現象會迅速增加。鋼絲繩斷絲種類一般分為以下幾種：
        2.1磨損斷絲
        鋼絲繩經常與曳引輪及各滑輪之間反復摩擦打滑，使得鋼絲繩磨損嚴重而導致斷絲，其斷口扁平，斷開兩側呈斜茬。
        2.2 疲勞斷絲
        鋼絲繩通過滑輪時，在允許應力作用下承受一點反復彎曲數次后，鋼絲繩由于金屬疲勞而產生的斷絲。斷口形狀平齊，只有一小部分是最后被拉斷的。疲勞斷絲通常出現在表層鋼絲，特別是繩股的彎曲程度較大的一側外層鋼絲上。
        2.3 銹蝕斷絲
        銹蝕嚴重的鋼絲繩，在使用一段時期后會出現銹蝕斷絲，其斷口形狀不整齊，呈針尖狀。
        3 電梯鋼絲繩的斷絲原因分析
        3.1 內部及外部磨損
        內部磨損是由于當鋼絲繩繞在繩輪上時，繩股之間必然會發生相對位移。各根細鋼絲的曲率半徑不可能完全相同，這導致了繩絲上表面（遠離曳引輪的表面）繩絲的移動距離要大于下表面（靠近曳引輪表面）的位移距離。在絲繩的一側，由于鋼絲繩的彎曲，鋼絲繩內部各根細鋼絲就會相互產生作用力并且產生滑移，這時股與股之間接觸應力增大，使鋼絲繩相鄰股間的鋼絲產生局部壓痕深凹。當反復循環拉伸彎曲時，在深凹處則產生應力集中以致被折斷。
        3.2 彎曲疲勞
        電梯運行時，鋼絲繩繞著曳引輪、導向輪或反繩輪單向或交變彎曲，容易使鋼絲產生疲勞，韌性下降。在變應力的作用下，細鋼絲表面首先由于各種滑移形成初始裂紋，然后裂紋尖端在切應力的作用下反復塑性變形，使裂紋擴展直至斷裂，反向彎曲是造成鋼絲繩彎曲疲勞的一個重要原因。當繃緊的鋼絲繩經過彎曲的表面（如繩輪、繩鼓或滑輪等）時會產生疲勞，其原因是鋼絲繩不但在繩輪上產生了折彎，還在折彎與載荷的共同作用下，在鋼絲繩軸線方向產生彎曲附加應力，對于單根繩絲（僅是繩絲，而不是鋼絲繩本身）遵循下面公式：

（1）

（2）
式中

為折彎矩，

為彈性模量，

為鋼絲繩轉動慣量，

為彎折半徑，

為鋼絲繩最大彎曲應力，

為繩絲中心到鋼絲繩麻芯中心距離。
由（1）和（2）式可以得到：

將曳引輪半徑

替代

鋼絲繩半徑

替代

，則：

式中，

為鋼絲繩直徑，

為曳引輪直徑。
由折彎造成的附加應力以下式表示：

式中，

為鋼絲繩金屬截面積

，

為金屬截面積系數（

系數參考值見GB 8903-2005《電梯用鋼絲繩》附錄A）

        由折彎造成的附加應力可由下式獲得：
        以上計算僅供作繩輪直徑與鋼絲繩直徑之比對鋼絲繩壽命影響分析時參考。
        彎曲應力通常只是出現在鋼絲繩折彎的位置。無論任何半徑的彎曲，鋼絲繩的最大彎曲應力是發生在折彎接觸長度等于鋼絲繩捻距上，因為在這種情況下每一根鋼絲都受到最大的應力。單純增大接觸長度而不增加彎曲半徑是不能減小彎曲應力的。鋼絲繩上的最大彎曲應力發生在系統中折彎半徑最小的輪上，它與輪的數量無關。
        3.3 銹蝕
        鋼絲繩銹蝕是因為使用的環境條件惡劣，受化學腐蝕或高濕度影響而產生的。發生銹蝕后，其機械性能降低，在靜止段的鋼絲繩通常由于外層繩股出現銹積而引起鋼絲繩直徑的增加，在繞過滑輪的彎曲部位直徑則通常變小，鋼絲繩股間松動，以致發生脆性斷裂，它比一般的斷絲或磨損更為危險。
        4 曳引鋼絲繩檢驗檢測的方法
        電梯的檢驗檢測中，曳引鋼絲繩的檢驗檢測包括了外觀的檢測、平均張力檢測和缺陷檢測。認真做好電梯曳引鋼絲繩的檢驗檢測，對提高曳引鋼絲繩的質量安全性能，延長曳引鋼絲繩的使用壽命，確保曳引傳動系統的曳引能力，確保電梯和乘客的安全，都具有十分重要的意義。
        4.1 外觀的檢測
        外觀檢測主要包括如下項目內容：
        1）檢測鋼絲繩的公稱直徑（不應小于8mm）；
        2）檢查鋼絲繩的表面是否存在油泥（污）；
        3）檢查鋼絲繩的潤滑狀況、如發現鋼絲繩出現“紅油”，說明繩芯無油，內部生銹，應引起注意，必要時可剁繩頭檢鋼絲繩的內部銹蝕情況；
        4）鋼絲繩的端部連接采用澆灌錐套（巴氏合金、環氧樹脂）時應澆灌充盈、采用自鎖楔形繩套時應確保繩尾繩卡、繩夾（一般用于雜物電梯）等端接裝置的連接牢固可靠；
        5）曳引輪、導向輪（或反繩輪）的節圓直徑與懸掛鋼絲繩的公稱直徑的比值不應小于40；
        6）繩頭板必須與固定承重梁連接牢固（一般采用焊接的方法）；
        7）懸掛鋼絲繩的數量應至少大于兩根。
        4.2 缺陷檢測
        缺陷，指零部件存在危及人身、他人財產安全的不合理的危險。為確保曳引鋼絲繩安全、可靠、高效的工作，對曳引鋼絲繩的運行狀況（如斷絲、磨損、銹蝕、以及疲勞、剩余承載能力、安全系數等）進行檢測是十分必要的。曳引鋼絲繩缺陷檢測，首先是判定曳引鋼絲繩是否達到報廢標準的檢測。斷絲和實際直徑減小是判斷曳引鋼絲繩是否報廢的兩個主要指標。如果斷絲分布在各股中，則在整根曳引鋼絲繩破壞最嚴重段里，一個捻距中的斷絲數超過下表A欄中的數值時，應報廢；如果斷絲不均勻，明顯集中于一股或兩股中時，則在破壞最嚴重段里，一個捻距中的斷絲數超過下表B欄中的數值時，應報廢；如果并排破斷的4根或5根鋼絲穿過任何一股凸出，則在破壞最嚴重段里一個捻距中的斷絲數超過下表C欄中的數值時，應報廢；如果曳引鋼絲繩存在腐蝕、股中個別鋼絲過度磨損、繩的拉力不均勻、繩槽粗糙等任意一種情況，此時上述三種情況中任一種破斷絲數超過下表的數值時，應報廢。
        結語
        眾所周知，曳引輪和曳引鋼絲繩組成的曳引傳動系統是曳引驅動電梯的機械特征，曳引鋼絲繩是電梯的傳力部件，其兩端分別懸掛著電梯的轎廂和對重裝置。本文著重闡述了影響電梯曳引鋼絲繩使用壽命的幾個重要因素，旨在引起電梯使用單位和檢驗檢測機構的重視。在檢驗檢測方面，根據檢驗檢測的實踐經驗，推薦使用新的檢驗方法，以確保檢驗檢測的準確率，為電梯安全提供有效的技術支撐。
        參考文獻：
        [1] GB 8903-2005.電梯用鋼絲繩[S].北京：中國標準出版社.
        [2]魏孔平，朱蓉.電梯技術[M].北京：化學工業出版社，2010.