曳引鋼絲繩張緊力偏差自檢測方法研究

（福建省特種設備檢驗研究院 福州 350008）

隨著近年來我國房地產業的發展，導致電梯產業的迅猛發展，隨著電視網絡等多媒體對電梯事故知識安全的報道和宣傳，電梯的使用安全越來越引發人們的重視。電梯現在已成為高樓必不可少的交通工具，而作為電梯的主要承載力，曳引鋼絲繩張緊力的不均不僅會影響電梯的平穩運行，更會影響乘客的乘梯安全，因而，研究鋼絲繩張緊力實時監測的方法就尤為重要，但是，對于鋼絲繩張緊力實時監測的方法目前還較為少見[1]。

1 曳引鋼絲繩張緊力不均的原因與影響

目前在用主要的曳引乘客電梯是依靠鋼絲繩壓緊在曳引輪上所產生的摩擦力來實現轎廂與對重的上下移動的。這就要求每根曳引鋼絲繩的張緊力和即時速度必須完全相同，才能實現各根鋼絲繩所受的拉力相同，如果鋼絲繩張緊力不均，會加速曳引輪槽的磨損，甚至會使得電梯的曳引條件不滿足的危險的發生[2]。

1.1 曳引鋼絲繩張緊力不均的原因分析

為滿足曳引條件，鋼絲繩與輪槽接觸之間需要合適的比壓，根據比壓公式：

式中：

T——鋼絲繩的張緊力；

n——繩數；

d——直徑；

D——曳引輪的直徑；

β——半圓切口槽的切口角。

從式（1）可知，比壓p與張緊力T成正比，且徑向力的大小與繩槽磨損程度成正比。若各鋼絲繩與曳引輪槽之間的比壓不相等的情況下，會使得曳引輪各繩槽磨損不均勻，導致各曳引鋼絲繩張緊力不均。

圖1 受曳引鋼絲繩張緊力不均磨損的曳引輪

根據式（1）可知，比壓p與繩數n成反比，即受力的曳引繩數量越少，比壓就越大。圖1為實際檢驗過程中發現的曳引輪槽磨損，如圖1所示，該臺電梯有6根鋼絲繩，曳引比為2∶1，在曳引輪上可明顯看到各鋼絲繩嵌入曳引輪輪槽深淺不一，檢驗發現中間一根鋼絲繩的張緊力過大，會使得該根鋼絲繩加重對相應繩槽的磨損，造成鋼絲繩磨損較大致使直徑變小，并且相應的曳引繩槽的磨損也較大而使輪槽節圓直徑變小，然而其余五根相對松弛，使得該根曳引鋼絲繩比壓就相對增大了5倍，導致各根鋼絲繩的比壓不均等，隨著磨損的加劇，最終使得曳引條件得不到滿足[3]。

除此之外，以下3點也可能引起曳引鋼絲繩張緊力不均：

1）曳引輪節圓直徑在工廠加工時的精度誤差；

2）電梯新安裝過程中的各根鋼絲繩初始張緊力不一致；

3）曳引鋼絲繩內應力未得到完全消除，在電梯投入使用一段時間后，各鋼絲繩結構性伸長不一致。

1.2 曳引鋼絲繩張緊力不均的影響

鋼絲繩張緊不均會造成各曳引輪槽的節圓直徑差別增大，使得各根鋼絲繩的運行速度不一致：由鋼絲繩運行線速度公式：

式中：

ω——轉動角速度；

R——輪槽節圓半徑。

由式（2）可知，對于磨損較為嚴重的鋼絲繩相對應的輪槽半徑R就會變小，使得鋼絲繩運動的線速度就變小。相對應的，磨損相少的鋼絲繩，其線速度就變大[4]。但是，電梯轎廂到到達相應的樓層站時，電梯的運行行程相同，這就會導致速度快的鋼絲繩將在曳引繩槽內突然向后滑移，而速度慢的鋼絲繩突然向前滑移，這種滑移產生的振動和噪聲，不僅會影響乘坐舒適性，更嚴重會導致鋼絲繩在繩槽的磨損加劇，導致曳引條件不滿足等危險的發生[5-8]。

2 曳引鋼絲繩張緊力偏差自檢測原理

國家標準GB/T 10060—2011《電梯安裝驗收規范》5.5.1.9 項對曳引鋼絲繩張緊力的一致性提出要求：至少應在懸掛鋼絲繩或鏈條的一端設置一個自動調節裝置，用來平衡各繩或鏈條間的張緊力，使任何一根繩或鏈的張緊力與所有繩或鏈之張緊力平均值偏差不得大于5%。

目前，絕大部分曳引電梯的鋼絲繩調節裝置都如圖2所示，利用繩頭組合將鋼絲繩與螺桿連接，再利用彈簧，螺母以及墊片配合將螺桿固定在支架上，通過壓縮彈簧的變形伸縮量來判斷對應鋼絲繩的張緊力變化情況，但在日常的檢驗過程中，筆者經常發現曳引鋼絲繩的繩頭中經常出現圖3的狀況，即某一根的鋼絲繩張緊力過大，使得該根鋼絲繩的繩頭調節彈簧嚴重壓縮。而圖4所示的就是該根張緊力過大的鋼絲繩相對應的輪槽，從圖中可以發現，該半圓形輪槽已經磨到底了，這直接會導致半圓切口槽的切口角β增大，根據當量摩擦系數f的式（3）可知，若半圓切口槽的切口角β增大時，當量摩擦系數f也隨著增大，進而可能導致無法滿足曳引條件，這會引起當電梯的轎廂壓實緩沖器時，曳引輪能夠提升轎廂的情況即轎廂沖頂的發生。

圖2 鋼絲繩繩頭調節裝置

圖3 某根鋼絲繩張緊力過緊致繩頭壓縮

圖4 曳引輪磨損

曳引鋼絲繩張緊力偏差設計原理如下：

為了解決曳引鋼絲繩張緊力不均引起的輪槽磨損而導致曳引條件無法滿足的情況，本文設計一款在無須改變現有電梯鋼絲繩繩頭結構，并能夠實時在線監測曳引鋼絲繩張緊力不均并且超過5%的情況時，能夠發出燈光報警信號，及時提醒維保人員調整鋼絲繩張緊力，避免危險的發生。本裝置所發出的燈光報警信號是獨立的監測信號，與電梯運行的安全回路并無關聯，不會對電梯運行產生影響。該監測信號是電梯空載正常運行時，若電梯鋼絲繩鋼絲張緊力不均超過5%時，則發出燈光警報信號。因這種張緊力偏差超過5%后并不會自動恢復，在維保人員人工恢復的前提下，是一直處于這種狀態的，燈光報警信號也隨之存在。因鋼絲繩繩端是固定的，電梯若從空載到滿載或者電梯滿載時在加速或減速階段也可能會引起鋼絲繩張緊力整體發生變化導致本裝置短暫地發出燈光報警信號，但是如果電梯恢復空載正常運行后，鋼絲繩張緊力就會整體恢復原狀，此時燈光報警信號就會消失，這樣就可迅速地排除非曳引鋼絲繩張力不均所引發的故障信號。

圖5 鋼絲繩曳引力檢測裝置

該裝置的基本結構原理如圖5所示，在該裝置中，通過L連接板將鋼絲繩繩頭螺桿與導繩輪固定連接在一起，以確保繩頭預緊彈簧壓縮時，L板上的導繩輪中心在垂直方向上的位移與預緊彈簧的壓縮量保持一致。在U型裝置的內上方的相應位置上安裝了與U型裝置固定連接的反繩輪，再利用一根細鋼絲繩連續繞著導繩輪與反繩輪將各繩頭螺桿串聯在一起。最終將細的鋼絲繩繞過刻度盤5固定在繩頭螺桿3上。依據胡克定律，算出繩頭固定的預緊彈簧的壓縮量Δx，彈簧選定后，勁度系數是固定常數，因此，曳引力與鋼絲繩位移變化量成正比，通過監測鋼絲繩的位移變化量來判斷鋼絲繩曳引力的張緊平衡狀況，最終實現曳引鋼絲繩張緊力的實時監測。并可將電梯空載正常運行狀態時，將各根鋼絲繩繩頭預緊彈簧的預緊力調整為一致的時候，將刻度輪初始刻度設為0，若某根鋼絲繩張緊力偏差值超過5%時，該裝置會發出燈光報警信號。

3 曳引鋼絲繩張緊力偏差自檢測實效分析

根據GB 7588—2003附錄M，通過某一臺電梯設定的參數，可以計算得到校核符合要求的曳引力T1、T2，再由電梯曳引比得出鋼絲繩繩頭預緊力Fh=T1，根據電梯所選擇的繩頭預緊彈簧的勁度系數，當電梯空載運行時，各根鋼絲繩繩頭預緊彈簧的預緊力調整為一致時，調整刻度輪與指針打板的位置，如圖5所示，指針打板指在刻度盤上0刻度處，設定為初始位置。可以計算出該根鋼絲繩的彈壓縮減小量為。

當某一根鋼絲繩張緊力發生較大變化的變化時（超過5%時）即該根鋼絲繩的張緊力為1.05Fh時，根據胡克定律，該根鋼絲繩的彈簧進一步壓縮量Δl，根據式（4）將鋼絲繩位移Δl數值相對應的轉化標定到刻度輪8的圓弧位移上。通過細鋼絲繩帶動刻度輪旋轉，將直線位移1∶1的轉化為刻度輪的圓弧位移。且指針打板是固定連接在刻度輪上，保證兩者同步旋轉，依據同心圓原理，刻度輪與刻度盤的半徑比值r1∶r2=1∶5，因而可將較小的位移放大5倍轉化到刻度盤上。

如圖6和圖7所示，當電梯空載運行時，鋼絲繩的張緊力超過平均值的5%時，指針打板6向下旋轉，并觸碰到檢測開關7，然后將信號轉化為聲音和燈光預警信號，提示維保人員迅速盡快故障。即實現了曳引鋼絲繩張緊力偏差的自監測功能。

4 總結

圖6 初始刻度輪調整位置

圖7 出發開關指針旋轉位置

本文針對日常檢驗過程中發現曳引鋼絲繩張緊力不均的問題，結合曳引鋼絲繩的運行狀況和曳引條件，提出一種新型實時在線監測曳引鋼絲繩張緊力的檢測方案，并由此設計一種檢測裝置。該裝置可對運行過程中的鋼絲繩張緊力及其變化情況進行實時監測，若發生鋼絲繩張緊力不均偏差值超過5%，則自動會發出聲光報警信號，及時提醒維保人員檢查、調整各根鋼絲繩的張緊力，使之處于平衡狀態，以減少鋼絲繩對曳引輪槽的非正常磨損，進而消除電梯的安全隱患，降低電梯事故的發生概率，使電梯的運行平穩和安全得到了有效保障。