電梯鋼絲繩磨損分析及預防

黃太池

（湖北特種設(shè)備檢驗檢測研究院黃石分院，湖北 黃石 435000）

電梯鋼絲繩磨損分析及預防

黃太池

（湖北特種設(shè)備檢驗檢測研究院黃石分院，湖北 黃石 435000）

電梯是指服務(wù)于建筑物內(nèi)若干特定的樓層，其轎廂運行在至少兩列垂直于水平面或與鉛垂線傾斜角小于15°的剛性軌道運動的永久運輸設(shè)備。我國已經(jīng)成為全球最大的電梯生產(chǎn)和消費市場，世界上主要的電梯品牌企業(yè)均在我國建立獨資或合資企業(yè)，是電梯領(lǐng)域的世界工廠和制造中心。全球70%的電梯在中國制造，60%~65%的電梯銷售在中國市場。近年來，隨著各種電梯事故的曝光，人們也逐漸對電梯安全問題重視起來。

電梯；曳引輪；鋼絲繩；磨損

鋼絲繩是機械中常用的柔性傳力構(gòu)件，是由若干鋼絲先捻成股，再由若干股捻成繩。一般中心還有用纖維或金屬制成的繩芯，以保持鋼絲繩的斷面形狀和貯存潤滑劑。在機械使用過程中，鋼絲繩的磨損問題是最為常見的。電梯鋼絲繩的磨損也是電梯使用過程中一直困擾著人們的重大問題。文章對鋼絲繩的磨損進行分析以及提出了預防方法。

1 鋼絲繩的磨損分析

一般鋼絲繩都是圓形股鋼絲繩，而且按繩中鋼絲接觸的狀態(tài)分為點接觸鋼絲繩、線接觸鋼絲繩和面接觸鋼絲繩。線接觸由于撓性好，使用壽命長，在電梯中得到了廣泛應(yīng)用。鋼絲繩的磨損包括鋼絲繩表面、股與股之間、絲與絲之間的磨損。鋼絲繩的機械磨損主要為外部均勻磨損、變形磨損和內(nèi)部磨損3種。

（1）外部均勻磨損。指的是鋼絲繩與曳引輪槽之間的磨損。現(xiàn)代摩擦學一般將磨損的機理分為四大類，磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。根據(jù)電梯曳引磨損的實際工況分析，主要是磨粒磨損與疲勞磨損。影響磨粒磨損的主要因素是材料的硬度以及材料與磨料的相對硬度。通常來說，材料的硬度越高，耐磨性能就越好。磨料硬度與試件材料硬度H之間的相對值對磨粒磨損的影響具有一定規(guī)律，當磨料（滑輪）硬度低于試件（鋼絲繩）材料硬度時，僅產(chǎn)生輕微磨損，當磨料（滑輪）超過材料（鋼絲繩）硬度后,磨損迅速增加。

影響鋼絲繩表面疲勞的主要因素是接觸表面摩擦力、材料性能和潤滑劑的物理與化學作用。接觸表面摩擦力越大，會增加裂紋萌生的可能性，從而促進接觸疲勞過程。鋼絲繩與曳引輪之間可視為滾動摩擦，而它們之間出現(xiàn)的滑動摩擦會顯著降低疲勞磨損壽命。通常增加材料的硬度可以提高抗疲勞磨損能力。但硬度過高的話，材料脆性增加，反而會降低接觸疲勞壽命。實驗表明，增加潤滑油的粘度將提高抗接觸疲勞能力，而潤滑劑中含氧和水分將劇烈地降低接觸疲勞壽命。 在特殊的場合比如化工廠中，由于環(huán)境中酸、堿、鹽等介質(zhì)含量比較高，金屬表面容易與之發(fā)生化學反應(yīng)或電化學反應(yīng)而形成腐蝕磨損 ，腐蝕磨損的現(xiàn)象顯著，腐蝕磨損的磨屑成顆粒狀和絲狀。

（2）變形磨損。是指電梯鋼絲繩在某一段內(nèi)的局部磨損，由于電梯鋼絲繩和繩輪經(jīng)常發(fā)生慢性移位或電梯鋼絲繩在繩輪上劇烈振動、沖擊使電梯鋼絲繩局部擠壓變形，雖然電梯鋼絲截面積并未減小，但局部擠壓處的鋼絲材質(zhì)已受損，容易斷絲。

（3）內(nèi)部磨損。由于電梯鋼絲繩經(jīng)常彎曲，股中鋼絲問產(chǎn)生相對移位，股與股之間接觸壓力增大，使相鄰股問的鋼絲產(chǎn)生局部壓痕，時間一長會因應(yīng)力集中而折斷。

2 減小鋼絲繩磨損的方法

（1）減少電梯鋼絲繩與曳引輪的相對滑動。在常規(guī)電梯中，鋼絲繩是與曳引輪配合運行的，一般要求與曳引輪接觸的鋼絲繩外層鋼絲硬度要低于曳引輪的硬度，以犧牲鋼絲繩為代價，保證曳引輪的運行和使用壽命。曳引輪一般用灰口鐵或鑄鋼制造，其硬度HRC50～55，要求鋼絲繩的外層鋼絲不能等同或超過這一硬度。所以選取硬度比曳引輪略小的鋼絲繩可以有效減小鋼絲繩的磨粒磨損。對于鋼絲繩的疲勞磨損來說，應(yīng)該考慮在保證曳引力的同時減小摩擦力，因此選擇好的繩槽形狀，使鋼絲繩在繩槽上有良好的接觸，減小摩擦，能減少磨損延長使用壽命，曳引輪通常采用半圓形開口槽。而鋼絲繩在曳引輪上的少量滑動是會加速磨損的，所以要使鋼絲繩承受合適的壓力，盡量減少電梯運行過程中鋼絲繩在曳引輪上的滑動。

（2）調(diào)整鋼絲繩張力。電梯通常采用多根鋼絲繩連接轎廂與對重，各繩張力如果差值過大的話，會大大增加鋼絲繩與曳引輪之間的摩擦磨損，所以在安裝之后及日常保養(yǎng)中定期測量鋼絲繩的張力，各鋼絲繩之問的差值不應(yīng)超過5%。

對于電梯鋼絲繩張力不均問題而言，可從兩個階段入手來予以解決，第一個階段是在電梯的安裝驗收階段予以解決；第二階段則是在電梯運行一段時間之后再予以解決。如果電梯屬于新安裝，那么對電梯鋼絲繩張力應(yīng)該基于驗收的角度來予以控制，通過“檢測→調(diào)整→檢測→調(diào)整→檢測→……”的方法來合理控制電梯鋼絲繩的張力程度，務(wù)必要達到“曳引繩的平均值與張力的偏差不低于5%”的要求。如果電梯屬于已經(jīng)運行了一段時間，那么鋼絲繩張力的調(diào)整及檢測應(yīng)該在運行一年內(nèi)完成，主要原因在于：根據(jù)多年的檢測檢驗來看，鋼絲繩結(jié)構(gòu)最大伸長階段往往是在電梯投入運行1年左右，對于鋼絲繩張力不均情況予以及時發(fā)現(xiàn)，并且予以適時調(diào)整，往往會直接影響到輪槽、鋼絲繩的使用壽命。值得注意的是，在對鋼絲繩進行更換時，即便其他的鋼絲繩還可使用，還沒有達到報廢條件，但是也應(yīng)該予以全部更換。主要原因在于：舊鋼絲繩已經(jīng)基本消除了結(jié)構(gòu)性伸長問題，而新投入使用的鋼絲繩的結(jié)構(gòu)性伸長量卻較大，如果混用新舊鋼絲繩，那么必然會出現(xiàn)電梯鋼絲繩張力不均的問題。

（3）保持鋼絲繩的潤滑。剛出廠的鋼絲繩通常做過潤滑，一段時間內(nèi)可以不用加潤滑油，但是只要在鋼絲繩上發(fā)現(xiàn)生銹或干燥跡象，必須加潤滑油。潤滑油要使用鋼絲繩專用潤滑脂，選用粘度較高、添加劑能夠生成較強的表面膜并能減小摩擦的潤滑脂對提高抗疲勞磨損能力有利。變形磨損和內(nèi)部磨損通常是不顯著的，提高安裝質(zhì)量，加強日常的保養(yǎng)，使電梯的運行平穩(wěn)正常就可以了。

3 結(jié)語

鋼絲繩是電梯的主要受力構(gòu)件。電梯通過曳引鋼絲繩與曳引輪緣上繩槽的摩擦力傳遞動力。鋼絲繩在電梯運行時彎曲次數(shù)頻繁，并且由于電梯經(jīng)常處于無制動狀態(tài)下，因此不但承受著交變彎曲應(yīng)力，還承受著不容忽視的動載荷。鋼絲繩的磨損不可避免，但平時注意保養(yǎng)，從以上各方面來做，可以很大程度上延長鋼絲繩的壽命。

［1］朱德文.電梯安全和應(yīng)用［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［2］曹祥.電梯安裝與維修實用技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［3］毛懷新.電梯與自動扶梯技術(shù)檢驗［M］.北京：學苑出版社，2001.

W ear Analysis and Prevention of Elevator W ire Rope

HUANG Tai-chi
（Hubei Special Equipment Inspection and Research Institute Huangshi Branch，Huangshi，Hubei 435000，China）

An elevator is to serveanumberofspecific floorsin abuildingwhose car is runningat leasttwo rowsof rigid orbital motion perpendicular to thehorizontalplaneorwithan inclinationangleof less than 15°with theverticalline.Chinahasbecome the world's largestelevatorproduction and consumermarket.Theworld'smajorelevatorbrand enterprises in China have established a wholly-ownedor jointventure，which istheworld'sfactoriesandmanufacturingcentersin theelevator field.70%oftheworld'selevatoraremanufactured in China，60%to65%of theelevatorsalesisin theChinesemarket.In recentyears，with theexposureofvarious elevatoraccidents，peoplehavegraduallyattached importance toelevatorsafety issues.

elevator；tractionwheel；wire rope；wear

TU857

A

2095-980X（2017）05-0027-01

2017-04-20

黃太池（1986-），男，湖北大冶人，大學本科，助理工程師，主要研究方向:機械工程及自動化。