曳引鋼絲繩磨損機制及質量控制的探討

謝斯

摘 要：曳引鋼絲繩對于電梯來說有著重要的作用，因此，應保障曳引鋼絲繩的質量，以免因其出現故障而影響電梯的正常工作。主要從曳引鋼絲繩的磨損機制和質量控制兩方面作了詳細的闡述和系統的分析，以期能為有關方面提供參考和借鑒。

關鍵詞：曳引鋼絲繩；磨損機制；質量控制；接觸應力

中圖分類號：TU857 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.156

曳引鋼絲繩對于電梯的運行來說有著相當重要的作用，因此，我們需要采取有效的措施做好相應的保護工作，以防因曳引鋼絲繩的質量問題而引發安全事故。基于此，本文對曳引鋼絲繩的磨損機制和質量控制進行探討，相信對有關方面有一定的幫助。

1 曳引鋼絲繩的磨損機制分析

電梯檢規對鋼絲繩作了如下規定，“出現下列情況之一時，懸掛鋼絲繩應當報廢：①出現籠狀畸變、繩芯擠出、扭結、部分壓扁、彎折；②斷絲分散出現在整條鋼絲繩上，任何一個捻距內單股的斷絲數多于4根，或者斷絲集中在鋼絲繩的某一部位或某一股，一個捻距內斷絲總數多于12根（對于股數為6的鋼絲繩來說）或者多于16根（對于股數為8的鋼絲繩來說）；③磨損后的鋼絲繩直徑小于鋼絲繩公稱直徑的90%.”這體現了電梯鋼絲繩的重要性及檢驗的嚴苛，也從側面反映了鋼絲繩綜合性能對其壽命的影響是巨大的。

通常，最為普遍的電梯鋼絲繩的受力分析如圖1所示。

從圖1可以看出，電梯鋼絲繩主要受3個力的作用，即彎曲應力、拉應力和接觸應力。由于拉應力與彎曲應力和接觸應力是正比關系，因此，重點分析彎曲應力和接觸應力對鋼絲繩使用壽命的影響。

彎曲應力的計算公式為：

式（1）中：σw為外層鋼絲所受的彎曲應力，MPa；T為鋼絲繩所受的總拉力，N；f為曳引輪當量摩擦因數；α為鋼絲繩在曳引輪上的包角，rad；n為鋼絲繩的根數；A為鋼絲繩金屬截面積，mm2；q為鋼絲繩的單位質量，kg/m；v為鋼絲繩的運行速度，m/s；δ為外層鋼絲直徑，mm；E為鋼絲繩的彈性模量，MPa；βr為外層鋼絲在股中的捻角，°； D為鋼絲繩直徑，mm；d為曳引輪直徑，mm。

鋼絲繩在半圓槽和V形槽中的接觸應力（即比壓）分布如圖2所示。

接觸應力的計算式如下。

鋼絲繩在半圓槽曳引輪中的比壓P的計算式為：

從彎曲應力的表達式可以看出，鋼絲繩開始磨損時，除了包角α、鋼絲繩直徑D和鋼絲繩金屬截面積A變小之外，其他參數保持不變，通過公式可計算出鋼絲繩所受的彎曲應力增大。無論是半圓槽，還是V形槽，其鋼絲繩比壓都會隨著鋼絲繩磨損程度的增加而增大，從而影響摩擦副的摩擦狀態，造成摩擦因數改變，導致電梯的曳引力變化，容易發生電梯事故。一旦鋼絲繩磨損加劇，將會有多種磨損的參與，比如磨損的磨屑將發生磨粒磨損。此類磨損將導致摩擦副的溫度升高，加劇氧化磨損和疲勞磨損，嚴重時會產生黏著磨損。由于曳引鋼絲繩在有潤滑油的介質下參與磨損，疲勞裂紋在循環交變載荷的作用下將加速擴展，并脫落成更大的磨粒參與磨損。如此反復作用，摩擦副的摩擦環境進一步惡化，導致鋼絲繩磨損嚴重，甚至于報廢。從這一意義上說，控制鋼絲繩的質量，增強鋼絲繩的耐磨性等綜合性能，保證電梯的安全顯得尤為重要。

2 曳引鋼絲繩的質量控制方式

電梯曳引鋼絲繩通常采用50～65號優質碳素鋼或60Si2Mn鋼制造。鋼材獲得高性能的方式之一是保證其組織的純凈度，即對夾雜物，特別是非金屬夾雜物的控制應嚴格要求。這是因為夾雜物會破壞基體的連續性，加大組織的不均勻性，從而嚴重影響材料的性能。一般的夾雜物產生于鋼的冶煉脫氧和凝固

過程，按照塑性變形能力分為脆性夾雜物、塑性夾雜物、球狀不變形夾雜物。A類夾雜物為硫化物，B類夾雜物為氧化鋁類，C類夾雜物為硅酸鹽，D類夾雜物為球狀氧化物類，Ds類為單顆粒球狀夾雜物。其中，B類夾雜屬脆性夾雜，對鋼絲的性能危害最大，應特別控制。同時，磷和硫會導致鋼的塑性、韌性降低，導致鋼絲易發生疲勞斷裂，因此，電梯鋼材中的P和S的質量分數都應低于0.025%.另外，還要注重脫氧過程，防止產生過多的Al2O3等不變形夾雜物，在鋼材軋制或使用時容易形成裂紋源，影響鋼材的塑性，造成應力集中，導致斷絲。因此，應使用RH精煉爐與VD爐等先進設備，減少鋼中的夾雜物。

鋼絲在軋制中因軋速不當或軋機的機械損傷，易出現折疊、表面裂紋、劃傷、結疤等一些宏觀缺陷。該類缺陷會造成組織不連續，應力集中，造成斷絲。因此，應合理控制軋速，同時還應及時檢查軋制設備，防止生產出殘次品，造成資源浪費。

軋后冷卻過程中應控制冷速。如果表面冷卻速度大于中心速度，鋼絲易發生C、Mn、Cr偏析，導致鋼絲中心產生馬氏體或網狀滲碳體。偏析和組織轉變會造成鋼絲在拉拔狀態下整體承受外力不均，芯部便會產生微裂紋并向偏析區擴展。當鋼絲拉拔力超過裂紋的臨界擴展應力時，在未達到鋼絲抗拉強度的情況下易發生斷裂。

除了原材料和軋制因素外，鋼絲的最終熱處理也是影響質量的重要一環。鋼絲最終熱處理后的組織為組織致密、晶粒度細小、有很高強度和韌性的索氏體組織，應避免因熱處理不當造成表層脫碳而形成鐵素體組織。鐵素體會導致鋼絲的綜合力學性能下降，尤其會導致鋼絲繩抗疲勞性能下降。脫碳可通過添加合金元素、控制爐內氣氛、在鋼絲表面刷高溫涂料解決。另外，還應避免產生馬氏體或者大量網狀滲碳體。由于馬氏體抗韌性很差，組織不穩定，容易發生相變而產生裂紋，因此，在熱處理時，應合理控制冷卻溫度和速度，從而滿足性能需求。

對于在用的電梯鋼絲繩的日常保養同樣重要。在電梯運行的過程中，鋼絲繩的油芯被交變應力擠壓，使用一段時間后，油芯的儲油不足，會使鋼絲繩銹蝕，因此，應定期使用專用潤滑油對鋼絲繩進行潤滑。

3 結束語

綜上所述，電梯作為如今高層建筑中必不可少的設施，其安全得到了高度的重視，而曳引鋼絲繩的質量則對電梯起著非常重要的作用。因此，我們需要及時采取措施做好控制工作，保障曳引鋼絲繩的質量，從而為電梯的安全運行帶來幫助。

參考文獻

[1]馬鵬.電梯曳引鋼絲繩磨損斷絲的原因分析[J].中國機械，2015（21）.

[2]吳義群.電梯曳引鋼絲繩強度的級別探析[J].科技資訊，2012（12）.

〔編輯：劉曉芳〕