曳引電梯反繩輪旋轉質量智能檢測技術研究

摘要：隨著我國經濟與科學技術的蓬勃發展，人民生活水平日新月異，電梯數量與日俱增，人們對于電梯乘運的舒適性要求越來越高，對于其安全性越來越重視。反繩輪作為電梯主要的旋轉及受力構件，其旋轉質量不僅影響電梯運行的平穩，還對電梯運行安全有著很大的影響，若反繩輪有了較大的偏轉，極易引發電梯事故。文中提出了一種曳引電梯反繩輪運行質量智能檢測技術，既可實現對反繩輪運行質量的精確檢測，亦可實現在線監測，提高電梯安全性能。

關鍵詞：曳引電梯；反繩輪；旋轉質量；安全性；檢測；在線監測

Research on Intelligent Detection Technology for Rotating Mass of Reverse Rope Wheel in Traction Elevator

SHEN Zhonglei

（ Zhangzhou Branch Of Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute， Zhangzhou 363000， Fujian， China ）

Abstract： With the vigorous development of China's economy， science and technology in recent decades， people's living standards have changed rapidly， and the number of elevators is increasing day by day. People have higher requirements for the comfort of elevator rides， and they are paying more and more attention to it，s safety. As the main rotating and load-bearing component of elevators， the rotating quality of the reverse pulley not only affects the smooth operation of the elevator， but also has a significant impact on the safety of elevator operation. If the reverse pulley has a significant deviation， it is very easy to cause elevator accidents. The article proposes an intelligent detection technology for the operation quality of the reverse pulley of a traction elevator， which can achieve accurate detection of the operation quality of the reverse pulley and on-line monitoring， improving the safety performance of the elevator.

Key Words： Traction elevator; Reverse rope pulley; Rotating mass; Security; Detection; On-line monitoring

0前言

近年來，我國電梯行業飛速發展，電梯使用量與日俱增，我國的監管制度及檢驗規則亦越來越完善。但由于電梯維保行業的競爭越發激烈，低價維保換市場占有量的行為愈演愈烈，維保質量有所下降，隨之而來的是電梯安全事故屢見不鮮，尤其是由非金屬材質反繩輪的失效或者損壞產生的事故，一般會造成較大的損失。現今，人民群眾對于電梯的使用安全要求越來越高，對曳引電梯反繩輪旋轉質量的檢測技術研究顯得尤為重要，且迫在眉睫。

1 反繩輪偏轉原因分析

曳引電梯反繩輪由繩輪輪體、滾動軸承、銷軸、擋圈等零件組成，如圖1所示。

反繩輪按輪體材質可分為兩類：一是金屬材質反繩輪，二是尼龍材質反繩輪。尼龍材質反繩輪按其輪體與滾動軸承裝配形式又可分為兩種：一是滾動軸承直接壓配入輪體內孔，二是尼龍輪體內孔鑲嵌金屬軸套，滾動軸承與金屬軸承裝配使用。下文依據不同材質反繩輪分別分析其旋轉質量差的原因。

1.1 金屬材質反繩輪偏轉原因分析

該結構反繩輪輪體內孔與滾動軸承外圈外圓、滾動軸承內圈內孔與銷軸外圓均為過盈配合，當繩輪出現偏轉時，可能由以下原因造成：一是滾動軸承內、外滾道、滾動體磨損，或者三者均出現磨損，導致滾動軸承徑向游隙過大，使繩輪偏轉；二是繩輪內孔與滾動軸承外圈外圓由過盈配合變成間隙配合，造成繩輪回轉時產生振動，使繩輪與軸承使用工況惡化，久而久之使繩輪與軸承造成較大磨損或者變形，導致繩輪偏轉；三是銷軸外圓與滾動軸承內圈內孔由過盈配合變成間隙配合，同第二點原因導致繩輪偏轉；四是滾動軸承軸向定位失效，在軸向力的作用下，軸承產生錯位，甚至脫落；五是銷軸軸向定位失效，使反繩輪整體失去軸向定位，導致偏轉。

1.2 尼龍材質反繩輪偏轉原因分析

金屬材質反繩輪偏轉的五點原因同樣可見于尼龍材質反繩輪，除此之外，仍有多方面原因導致尼龍材質反繩輪偏轉。

由于輪體材料的不同，輪體與滾動軸承的過盈配合量也不一致，尼龍材質比鑄鐵材質需要的過盈量多得多。尼龍繩輪材質的拉伸彈性模量≥2.8 GPa[1]，約2.8 ～3.6 GPa，而金屬材質反繩輪輪體材料——鑄鐵是75 ～110 GPa。由此可知，鑄鐵彈性模量是尼龍的30倍左右，根據彈性模量公式：

（1）

式中：為彈性模量，為施加的外力，為受力面積，/為應力，/為應變。

由此可知，在同樣的受力工況下，尼龍反繩輪輪體的應變約為鑄鐵的30倍。可見，尼龍繩輪輪孔在鋼絲繩張力作用下產生的應變比鑄鐵大30倍。所以，若尼龍材質反繩輪輪體與軸承過盈量不足的話，在鋼絲繩張力作用下，這兩者間亦有可能出現間隙，從而使反繩輪偏轉。

此外，尼龍反繩輪導熱性能較鑄鐵差，軸承工作時產生的熱量較不易散發。與安裝于鑄鐵反繩輪中的軸承相比，尼龍反繩輪中的軸承長期在溫度較高的環境中工作，不利于其承載，并使其加速磨損；與此同時，尼龍材質反繩輪中的軸承潤滑脂亦長期在較高的溫度下使用，更容易流失，造成軸承潤滑不良。以上因素均使安裝于尼龍反繩輪中的軸承更加容易失效，從而導致繩輪偏轉。

2 反繩輪偏轉智能檢測原理

反繩輪旋轉的核心部件是在繩輪孔內對稱分布的兩套深溝球軸承，由于軸承徑向工作游隙的存在，使反繩輪在承載的狀態下能夠不費力氣地旋轉。實際上，由于軸承徑向游隙、零件制造公差以及安裝公差的存在，即使是正常狀態下的反繩輪，運行時必定存在一定的偏轉角度，此偏轉為允許的偏轉，超過允許的偏轉，則可視為該反繩輪存在較大的風險，應采取措施以應對風險。

圖2 " "繩輪偏轉超過允許范圍

2.1 檢測原理

反繩輪的運動機理為銷軸及軸承內圈固定在支架上不動，軸承外圈與反繩輪輪體因鋼絲繩的摩擦力產生轉動力矩而轉動，且因銷軸空間結構較大，故以銷軸作為測量定位最佳基點，測量位置優先選擇外圈端面未被彈性擋圈覆蓋的部分，當外圈測量面不足或者測量不便時，可旋轉輪體端面作為測量點。運用該原理測量的結果為軸承外圈端面或輪體端面對于銷軸中心的軸向跳動度[2]，如圖3所示。

根據GB/T 307.1-2017《滾動軸承 向心軸承 產品幾何技術規范（GPS）和公差值》規定，成套軸承外圈端面對內圈內孔表面確定的軸線的軸向圓跳動有一最大允許值；根據JB/T5936-1991《工程機械 "機械加工件通用技術條件》規定，繩輪輪體端面對內孔表面確定的軸線的軸向圓跳動亦有一最大允許值。綜合此兩種允許值，即可視為合格繩輪的外圈或繩輪端面對銷軸表面確定的軸線的軸向跳動度最大允許值。此外，亦可通過“自學習”的方法得到反繩輪初始狀態的軸向跳動度值，即在安裝合格、尚未投入使用的反繩輪上測量其軸向跳動度，收集數據，分析并確定軸向跳動度的最大允許值。

2.2 測量方法

設計一套用以測量反繩輪偏轉程度的測量裝置，該裝置由磁性底座、水平導向桿、垂直導向桿、壓力傳感器（含彈簧）、顯示器等組成。

測量時，磁性底座吸附在銷軸外圓表面上，在導向桿上調節壓力傳感器測頭位置，使其以一定的初始壓力固定在軸承外圈端面或者繩輪端面上，檢修運行電梯，使反繩輪緩慢旋轉，壓力傳感器測出接觸端面給予測頭的壓力，讀取最大、最小壓力值，根據胡可定律公式：

（2）

可算出反繩輪傾斜值：

（3）

為彈簧彈性系數，1、2分別為最大壓力、最小壓力值。

2.3 在線監測

根據反繩輪偏轉檢測原理，除了可實現測量外，亦可實現反繩輪偏轉程度的在線監測。監測裝置由磁性底座、水平導向桿、垂直導向桿、距離傳感器、顯示器等組成，當測量出的距離大于設定值時，電梯發出警報，提示相關人員電梯存在風險。若將監測結果嵌入電梯模塊，當其監測值超過設定值時，電梯及時顯示故障，并自行停止運行電梯。

3 結語

文中針對反繩輪偏轉程度的問題，提出了一種曳引電梯反繩輪旋轉質量智能檢測技術，包含測量方法及其裝置。可對曳引電梯反繩輪偏轉程度進行測量，也可對運行過程中的反繩輪進行實時監測，當測量或監測到偏轉程度超過設定值時，有助于相關人員及時發現電梯安全隱患，可較大程度地減少因反繩輪偏轉而產生的電梯故障或者事故，提高電梯的安全性能。

參考文獻

[1]中國電梯協會標準委員會.電梯用聚酰胺（尼龍）

滑輪：T/CEA 0057-2023[S].河北：中國電梯協會，

2023：3.

[2]全國滾動軸承標準化技術委員會（SAC/TC 98）.滾動

軸承 向心軸承 產品幾何技術規范（GPS）和公差值：

GB/T 307.1-2017[S].北京：中國標準出版社，2017：11.