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曳引電梯鋼絲繩磨損失效分析

作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發布日期：2022-08-17 15:19

信息摘要：

上海三菱電梯有限公司臨沂分公司摘要：現如今，我國的科學技術在快速的發展，社會在不斷的進步，我國的電梯建設在不斷的增多，曳引式電梯轎廂運動是通過曳引繩和曳引輪間的摩

上海三菱電梯有限公司臨沂分公司
        摘要：現如今，我國的科學技術在快速的發展，社會在不斷的進步，我國的電梯建設在不斷的增多，曳引式電梯轎廂運動是通過曳引繩和曳引輪間的摩擦力（曳引力）來實現的。曳引鋼絲繩的安全直接關系到曳引式電梯的安全性和可靠性，一直以來是研究曳引電梯安全的熱點和焦點。衡量曳引電梯鋼絲繩是否失效與報廢的主要指標有磨損、銹蝕、斷絲斷股等。磨損是鋼絲繩在使用過程中最常見的也出現最多的失效形式，是導致鋼絲繩直徑減少和斷絲的主要原因之一，由于其外表面的特殊性及工作環境的復雜性，在鋼絲繩的磨損機理及磨損過程問題上至今還沒有一套成熟的理論。
        關鍵詞：曳引電梯；鋼絲繩；磨損；失效
        引言
        鋼絲繩是電梯上的重要部件，鋼絲繩的優劣直接決定了電梯運行的安全性和舒適性。但是絕大多數電梯制造單位和安裝維保單位重視程度不夠，認為電梯鋼絲繩屬于一般部件，到了一定年限直接更換即可。在電梯市場競爭日益激烈的今天，電梯整機制造廠商和鋼絲繩制造廠商不斷降低成本，從設計選型到生產制造逐步往低配方向發展，僅是滿足最低標準要求。雖然滿足了國標，但是在長期的使用過程中容易出現各種問題，對電梯使用的安全性和舒適性都不利。隨著電梯行業技術的不斷發展，電梯行業對配套的鋼絲繩品種、規格、性能參數和壽命都提出了更高的要求。因此，筆者認為電梯制造單位、安裝單位、維保單位和檢驗檢測單位都應認識到電梯鋼絲繩的重要性，鋼絲繩從設計選型到安裝維護和日常檢驗都應該得到重視，避免發生安全事故。
        1電梯鋼絲繩簡介
        電梯鋼絲繩是電梯上用來懸掛轎廂和對重的重要部件，承載電梯的全部懸掛重量。電梯利用鋼絲繩與曳引輪之間的摩擦力來驅動轎廂和對重上下運行。電梯鋼絲繩繞著曳引輪、導向輪或反繩輪單向或交變彎曲。電梯鋼絲繩通常由鋼絲、繩股和繩芯組成。根據鋼絲的配置方式不同常分為西魯式（Seale）、瓦林吞式（Warrington）和填充式（Foller），其中西魯式應用最為廣泛。根據繩芯的不同，通常分為鋼芯鋼絲繩和纖維芯鋼絲繩，其中纖維芯又有天然纖維芯和人造纖維芯的區別。為了滿足新技術新產品的需要，在高速梯及使用要求高的場所，磷化鋼絲繩、涂層鋼絲繩，碳纖維鋼絲繩等新型鋼絲繩應運而生。
        2磨損失效分析
        2.1鋼絲繩磨損
        曳引鋼絲繩安裝和維保過程中，鋼絲繩安裝時表面沾有大量沙粒，加速了繩與輪槽間磨損。繩與輪槽未對中，出現了輪槽與鋼絲繩相互磨損。曳引鋼絲繩懸掛時間過長且未正常運行，導致表面油脂失效，或正常維保過程中未及時發現，使得繩與輪槽間較長時間無良好的潤滑。電梯設計過程中，曳引輪輪槽硬度與曳引鋼絲繩外層鋼絲硬度不匹配，導致二者之間產生嚴重磨損；曳引鋼絲繩相對于輪槽的放繩角度過大，導致繩與輪緣磨損；曳引鋼絲繩對輪槽的比壓過大，且二者之間產生的相對滑動位移較大。曳引鋼絲繩制造過程中，曳引鋼絲繩外層鋼絲硬度過高，曳引鋼絲繩表面油脂含量過低，曳引鋼絲繩的實際直徑過小或過大，與輪槽不匹配。
        2.2鋼絲繩通過曳引輪的微動磨損
        鋼絲繩是彈性體，在繩長方向其變形遵循胡克定律，伸長量會隨著外載荷的變化而變化。電梯在運行過程中曳引輪的兩側重量不同，造成鋼絲繩的張力不同，即在曳引輪兩側會出現松邊和緊邊，在曳引輪兩側產生不同的彈性變形。電梯在運行過程中，鋼絲繩在與曳引輪剛接觸時，鋼絲繩的線速度和曳引輪的圓周速度相同。但是隨著運行，鋼絲繩從接觸到離開曳引輪的過程，鋼絲繩所受的拉力發生變化，鋼絲繩的彈性變形量也發生相應的變化。
在空載轎廂下行過程中，轎廂側重量比對重側重量輕，鋼絲繩在通過曳引輪時，鋼絲繩的彈性變形量也相應的減小，這樣隨著曳引輪的轉動鋼絲繩是一面隨著曳引輪前進，一面隨著拉力的減小而收縮，這樣使得鋼絲繩的線速度略小于曳引輪轉動的圓周速度，造成鋼絲繩與曳引輪發生彈性滑動。由于電梯的特殊結構，彈性滑動是曳引電梯不可忽略一種現象。彈性滑動的存在導致鋼絲繩與曳引輪產生滑移和磨損。彈性滑移量與曳引輪兩側的張力比有關系，張力比越大，產生的滑移量就越大。曳引輪節圓直徑加工誤差在曳引輪的制造過程中不可避免，因此在多根鋼絲繩通過曳引輪時線速度不同，節圓直徑較小的線速度比其他線速度要小，因此會造成速度較低的鋼絲繩在曳引輪繩槽中要發生滑移。由于使用過程中鋼絲繩的張力差以及材料的不均勻性導致的曳引輪不均與磨損也會造成曳引輪節圓直徑的差距，導致鋼絲繩與曳引輪發生滑移。
        2.3鋼絲繩和曳引輪異常磨損
        電梯鋼絲繩數目一般是3根及3根以上，在日常保養過程中應定期測量每根鋼絲繩張力，如若發現鋼絲繩之間張力差別過大，應及時調整張力差，否則會發生鋼絲繩和曳引輪過度磨損。隨著樓層的增高，梯速的增快，為了得到高懸掛比和高擾度，目前常見的鋼絲繩直徑已經降至10mm甚至8mm，鋼絲繩變得又長又細。部分廠家為了節省制造成本，曳引輪直徑尺寸設計過小，僅僅滿足D/d大于40最低要求。這一臨界值的尺寸設計是存在一定風險的，鋼絲繩直徑和曳引輪直徑越來越小，對制造精度的要求就越來越高，部分生產廠家根本沒有生產能力，這里就存在鋼絲繩和曳引輪的匹配問題；對安裝和維保的要求也相應的提高，鋼絲繩又細又長，更容易發生扭曲，鋼絲繩之間的張力差也更難控制。在檢驗過程中，筆者發現某品牌的某個系列電梯鋼絲繩和曳引輪之間容易發生異常磨損，常常需要批量更換鋼絲繩和曳引輪。該鋼絲繩直徑為8mm，曳引輪直徑為330mm，滿足D/d大于40的最低要求。發生這種異常磨損的原因有二，其一，由于鋼絲繩直徑較小，鋼絲繩擾度較大，安裝時細長鋼絲繩應力釋放不完全，在電梯運行中鋼絲繩存在自身扭曲現象，扭力過大；其二，由于曳引輪節圓尺寸較小，鋼絲繩各繩之間張力差比較難控制，常常會出現各繩之間張力差過大的情況，導致單根鋼絲繩與曳引輪過度摩擦。
        2.4內部磨損
        曳引鋼絲繩是由鋼絲與鋼絲以一定的角度關系捻制成股，股與股之間再以一定的角度關系捻制而成，由于結構的特殊性，曳引鋼絲繩在受到軸向的突變載荷、交變載荷或者彎曲載荷的時候，鋼絲繩內部的鋼絲與鋼絲、繩股與繩股之間會發生相互作用和微小滑移，鋼絲繩內部就會產生微動磨損。彎曲載荷由于曳引鋼絲繩在經過曳引輪或導向輪等時，鋼絲繩所承受的載荷會全部壓在與繩輪接觸的鋼絲繩一側，同時，由于鋼絲繩的彎曲，鋼絲繩內部各繩股與鋼絲的曲率不一樣，鋼絲繩內部的各繩股與各鋼絲之間的接觸應力增大，各繩股與各鋼絲之間也會因相互作用力并且產生相對滑移，引起微動磨損。在使用過程中經受反復的拉伸載荷或者突變載荷時，鋼絲繩內部股與股、絲與絲之間存在不同微動振幅的微動滑移，而且鋼絲還要承受交變的載荷，引起曳引鋼絲繩的微動疲勞磨損。
        結語
        決定電梯曳引鋼絲繩使用壽命的因素除其本身質量外，電梯設計、安裝和維護也非常重要，故電梯安裝和維護過程中，首先要正確安裝鋼絲繩，避免違規操作，其次要定期維護保養；電梯設計時要合理設計各個系統，如曳引系統，注意部件參數選取及細節控制；曳引鋼絲繩制造過程中，需嚴格對原材料進行控制，同時對生產過程各個環節進行規范，保證其質量穩定性。實踐證明，通過一系列的實踐改進，有效提高了曳引鋼絲繩的使用壽命，大大降低了曳引鋼絲繩發生早期斷絲、斷股、磨損、銹蝕、轎廂下沉等現象的概率。
        參考文獻：
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        [2]溫詩鑄，黃平.摩擦學原理：第3版[M].北京：清華大學出版社，2008：259-304.