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電梯鋼絲繩使用壽命影響因素分析

作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發(fā)布日期：2022-08-08 14:01

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江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院揚(yáng)州分院江蘇揚(yáng)州 225000 摘要：隨著國內(nèi)電梯數(shù)量的迅猛增長，與人們生命息息相關(guān)的電梯安全問題越來越受到社會(huì)廣泛的關(guān)注，由于在電梯可能發(fā)

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院揚(yáng)州分院江蘇揚(yáng)州 225000
        摘要：隨著國內(nèi)電梯數(shù)量的迅猛增長，與人們生命息息相關(guān)的電梯安全問題越來越受到社會(huì)廣泛的關(guān)注，由于在電梯可能發(fā)生的事故中，“墜落”、“磨損”、“懸掛裝置的破斷”、“曳引輪上曳引繩失控滑移”等均有可能發(fā)生在鋼絲繩上，因此本文就電梯鋼絲繩的失效原因和提高電梯鋼絲繩的使用壽命進(jìn)行如上探討。
        關(guān)鍵詞：電梯；曳引鋼絲繩；檢驗(yàn)檢測
        1 曳引鋼絲繩使用壽命的影響因素
        1.1 彎曲和拉伸交變應(yīng)力
        彎曲和拉伸力對曳引鋼絲繩壽命的影響不容忽視，即受到力的作用而造成形變；拉伸是物體沿拉力方向的伸長現(xiàn)象。彎曲和拉伸是曳引鋼絲繩承受的兩個(gè)主要受力。電梯運(yùn)行中，曳引鋼絲繩經(jīng)歷的彎曲次數(shù)較多，由于彎曲應(yīng)力是交變載荷，將會(huì)引起曳引鋼絲繩的疲勞，從而影響曳引鋼絲繩的壽命。而彎曲應(yīng)力與曳引輪的直徑成反比，所以規(guī)定曳引輪、反繩輪的直徑不能小于曳引鋼絲繩直徑的40倍。運(yùn)行中的動(dòng)態(tài)拉力對曳引鋼絲繩的壽命影響很大，各曳引鋼絲繩的載荷不均勻也是影響壽命的重要方面。當(dāng)曳引鋼絲繩的拉伸載荷變化為20%時(shí)，則鋼絲繩的壽命變化可達(dá)30%～200%。
        1.2 鋼絲繩磨損
        磨損是曳引鋼絲繩使用壽命最直接的影響因素。磨損是零部件失效的一種基本類型。通常意義上來講，磨損是指零部件幾何尺寸（體積）變小。零部件失去原有設(shè)計(jì)所規(guī)定的功能稱為失效。失效包括完全喪失原定功能；功能降低和有嚴(yán)重?fù)p傷或隱患，繼續(xù)使用會(huì)失去可靠性及安全性和安全性。電梯在運(yùn)行過程中，曳引鋼絲繩與繩槽相互作用引起繩槽的磨損是正常的，但是如果磨損過快，尤其是當(dāng)各繩槽不均勻磨損時(shí)，不但影響曳引輪的壽命，也會(huì)造成電梯運(yùn)行的不平穩(wěn)。造成磨損的原因很多，在曳引輪方面主要有材質(zhì)及其物理性能，尤其是輪槽材質(zhì)的均勻性、槽面硬度的差異以及節(jié)圓半徑不一和輪槽形狀偏差。在載荷方面，主要是載荷過大造成曳引鋼絲繩張力過大，曳引輪兩側(cè)曳引鋼絲繩的張力差過大和各曳引鋼絲繩之間的張力偏差等。
        各曳引鋼絲繩的張力不一，使各輪槽的比壓不同，就會(huì)造成曳引鋼絲繩不均勻的磨損。各輪槽節(jié)圓直徑的不同，會(huì)使各曳引鋼絲繩的曳引速度也不相同，造成運(yùn)行時(shí)部分曳引鋼絲繩在輪槽中滑動(dòng)，使輪槽的磨損加劇，影響曳引鋼絲繩的使用壽命。因此在安裝曳引鋼絲繩時(shí)，張力必須認(rèn)真調(diào)節(jié)，各曳引繩的張力差必須嚴(yán)格控制，曳引輪各輪槽節(jié)徑的相對誤差一般應(yīng)不大于0.10mm。
        1.3 鋼絲繩腐蝕
        腐蝕指材料由于環(huán)境作用或化學(xué)作用而逐漸消損破壞。在不良的環(huán)境中，內(nèi)部和外部的腐蝕會(huì)使曳引鋼絲繩的壽命顯著降低，橫斷面減小，使曳引鋼絲繩磨損加劇。尤其是當(dāng)麻質(zhì)填料解體或水和塵埃深透到曳引鋼絲繩的內(nèi)部而引起腐蝕，對曳引鋼絲繩的壽命影響會(huì)更大。
        除以上原因外，電梯安裝質(zhì)量的優(yōu)劣，維護(hù)是否及時(shí)和維修質(zhì)量的優(yōu)劣，曳引鋼絲繩的日常潤滑情況等，都會(huì)影響到鋼絲繩的壽命。曳引鋼絲繩本身的性能指標(biāo)，直徑大小，捻繞型式等，也會(huì)影響曳引鋼絲繩的使用壽命。
        2電梯鋼絲繩的斷絲類型
        曳引鋼絲繩承受著電梯全部懸掛部件的重量，在長期帶負(fù)荷運(yùn)行中，其鋼絲由于磨損、彎曲疲勞和銹蝕會(huì)逐步出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，特別是到了使用后期，斷絲現(xiàn)象會(huì)迅速增加。鋼絲繩斷絲種類一般分為以下幾種：
        2.1磨損斷絲
        鋼絲繩經(jīng)常與曳引輪及各滑輪之間反復(fù)摩擦打滑，使得鋼絲繩磨損嚴(yán)重而導(dǎo)致斷絲，其斷口扁平，斷開兩側(cè)呈斜茬。
        2.2 疲勞斷絲
        鋼絲繩通過滑輪時(shí)，在允許應(yīng)力作用下承受一點(diǎn)反復(fù)彎曲數(shù)次后，鋼絲繩由于金屬疲勞而產(chǎn)生的斷絲。斷口形狀平齊，只有一小部分是最后被拉斷的。疲勞斷絲通常出現(xiàn)在表層鋼絲，特別是繩股的彎曲程度較大的一側(cè)外層鋼絲上。
        2.3 銹蝕斷絲
        銹蝕嚴(yán)重的鋼絲繩，在使用一段時(shí)期后會(huì)出現(xiàn)銹蝕斷絲，其斷口形狀不整齊，呈針尖狀。
        3 電梯鋼絲繩的斷絲原因分析
        3.1 內(nèi)部及外部磨損
        內(nèi)部磨損是由于當(dāng)鋼絲繩繞在繩輪上時(shí)，繩股之間必然會(huì)發(fā)生相對位移。各根細(xì)鋼絲的曲率半徑不可能完全相同，這導(dǎo)致了繩絲上表面（遠(yuǎn)離曳引輪的表面）繩絲的移動(dòng)距離要大于下表面（靠近曳引輪表面）的位移距離。在絲繩的一側(cè)，由于鋼絲繩的彎曲，鋼絲繩內(nèi)部各根細(xì)鋼絲就會(huì)相互產(chǎn)生作用力并且產(chǎn)生滑移，這時(shí)股與股之間接觸應(yīng)力增大，使鋼絲繩相鄰股間的鋼絲產(chǎn)生局部壓痕深凹。當(dāng)反復(fù)循環(huán)拉伸彎曲時(shí)，在深凹處則產(chǎn)生應(yīng)力集中以致被折斷。
        3.2 彎曲疲勞
        電梯運(yùn)行時(shí)，鋼絲繩繞著曳引輪、導(dǎo)向輪或反繩輪單向或交變彎曲，容易使鋼絲產(chǎn)生疲勞，韌性下降。在變應(yīng)力的作用下，細(xì)鋼絲表面首先由于各種滑移形成初始裂紋，然后裂紋尖端在切應(yīng)力的作用下反復(fù)塑性變形，使裂紋擴(kuò)展直至斷裂，反向彎曲是造成鋼絲繩彎曲疲勞的一個(gè)重要原因。當(dāng)繃緊的鋼絲繩經(jīng)過彎曲的表面（如繩輪、繩鼓或滑輪等）時(shí)會(huì)產(chǎn)生疲勞，其原因是鋼絲繩不但在繩輪上產(chǎn)生了折彎，還在折彎與載荷的共同作用下，在鋼絲繩軸線方向產(chǎn)生彎曲附加應(yīng)力，對于單根繩絲（僅是繩絲，而不是鋼絲繩本身）遵循下面公式：

（1）

（2）
式中

為折彎矩，

為彈性模量，

為鋼絲繩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，

為彎折半徑，

為鋼絲繩最大彎曲應(yīng)力，

為繩絲中心到鋼絲繩麻芯中心距離。
由（1）和（2）式可以得到：

將曳引輪半徑

替代

鋼絲繩半徑

替代

，則：

式中，

為鋼絲繩直徑，

為曳引輪直徑。
由折彎造成的附加應(yīng)力以下式表示：

式中，

為鋼絲繩金屬截面積

，

為金屬截面積系數(shù)（

系數(shù)參考值見GB 8903-2005《電梯用鋼絲繩》附錄A）

        由折彎造成的附加應(yīng)力可由下式獲得：
        以上計(jì)算僅供作繩輪直徑與鋼絲繩直徑之比對鋼絲繩壽命影響分析時(shí)參考。
        彎曲應(yīng)力通常只是出現(xiàn)在鋼絲繩折彎的位置。無論任何半徑的彎曲，鋼絲繩的最大彎曲應(yīng)力是發(fā)生在折彎接觸長度等于鋼絲繩捻距上，因?yàn)樵谶@種情況下每一根鋼絲都受到最大的應(yīng)力。單純增大接觸長度而不增加彎曲半徑是不能減小彎曲應(yīng)力的。鋼絲繩上的最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在系統(tǒng)中折彎半徑最小的輪上，它與輪的數(shù)量無關(guān)。
        3.3 銹蝕
        鋼絲繩銹蝕是因?yàn)槭褂玫沫h(huán)境條件惡劣，受化學(xué)腐蝕或高濕度影響而產(chǎn)生的。發(fā)生銹蝕后，其機(jī)械性能降低，在靜止段的鋼絲繩通常由于外層繩股出現(xiàn)銹積而引起鋼絲繩直徑的增加，在繞過滑輪的彎曲部位直徑則通常變小，鋼絲繩股間松動(dòng)，以致發(fā)生脆性斷裂，它比一般的斷絲或磨損更為危險(xiǎn)。
        4 曳引鋼絲繩檢驗(yàn)檢測的方法
        電梯的檢驗(yàn)檢測中，曳引鋼絲繩的檢驗(yàn)檢測包括了外觀的檢測、平均張力檢測和缺陷檢測。認(rèn)真做好電梯曳引鋼絲繩的檢驗(yàn)檢測，對提高曳引鋼絲繩的質(zhì)量安全性能，延長曳引鋼絲繩的使用壽命，確保曳引傳動(dòng)系統(tǒng)的曳引能力，確保電梯和乘客的安全，都具有十分重要的意義。
        4.1 外觀的檢測
        外觀檢測主要包括如下項(xiàng)目內(nèi)容：
        1）檢測鋼絲繩的公稱直徑（不應(yīng)小于8mm）；
        2）檢查鋼絲繩的表面是否存在油泥（污）；
        3）檢查鋼絲繩的潤滑狀況、如發(fā)現(xiàn)鋼絲繩出現(xiàn)“紅油”，說明繩芯無油，內(nèi)部生銹，應(yīng)引起注意，必要時(shí)可剁繩頭檢鋼絲繩的內(nèi)部銹蝕情況；
        4）鋼絲繩的端部連接采用澆灌錐套（巴氏合金、環(huán)氧樹脂）時(shí)應(yīng)澆灌充盈、采用自鎖楔形繩套時(shí)應(yīng)確保繩尾繩卡、繩夾（一般用于雜物電梯）等端接裝置的連接牢固可靠；
        5）曳引輪、導(dǎo)向輪（或反繩輪）的節(jié)圓直徑與懸掛鋼絲繩的公稱直徑的比值不應(yīng)小于40；
        6）繩頭板必須與固定承重梁連接牢固（一般采用焊接的方法）；
        7）懸掛鋼絲繩的數(shù)量應(yīng)至少大于兩根。
        4.2 缺陷檢測
        缺陷，指零部件存在危及人身、他人財(cái)產(chǎn)安全的不合理的危險(xiǎn)。為確保曳引鋼絲繩安全、可靠、高效的工作，對曳引鋼絲繩的運(yùn)行狀況（如斷絲、磨損、銹蝕、以及疲勞、剩余承載能力、安全系數(shù)等）進(jìn)行檢測是十分必要的。曳引鋼絲繩缺陷檢測，首先是判定曳引鋼絲繩是否達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的檢測。斷絲和實(shí)際直徑減小是判斷曳引鋼絲繩是否報(bào)廢的兩個(gè)主要指標(biāo)。如果斷絲分布在各股中，則在整根曳引鋼絲繩破壞最嚴(yán)重段里，一個(gè)捻距中的斷絲數(shù)超過下表A欄中的數(shù)值時(shí)，應(yīng)報(bào)廢；如果斷絲不均勻，明顯集中于一股或兩股中時(shí)，則在破壞最嚴(yán)重段里，一個(gè)捻距中的斷絲數(shù)超過下表B欄中的數(shù)值時(shí)，應(yīng)報(bào)廢；如果并排破斷的4根或5根鋼絲穿過任何一股凸出，則在破壞最嚴(yán)重段里一個(gè)捻距中的斷絲數(shù)超過下表C欄中的數(shù)值時(shí)，應(yīng)報(bào)廢；如果曳引鋼絲繩存在腐蝕、股中個(gè)別鋼絲過度磨損、繩的拉力不均勻、繩槽粗糙等任意一種情況，此時(shí)上述三種情況中任一種破斷絲數(shù)超過下表的數(shù)值時(shí)，應(yīng)報(bào)廢。
        結(jié)語
        眾所周知，曳引輪和曳引鋼絲繩組成的曳引傳動(dòng)系統(tǒng)是曳引驅(qū)動(dòng)電梯的機(jī)械特征，曳引鋼絲繩是電梯的傳力部件，其兩端分別懸掛著電梯的轎廂和對重裝置。本文著重闡述了影響電梯曳引鋼絲繩使用壽命的幾個(gè)重要因素，旨在引起電梯使用單位和檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)的重視。在檢驗(yàn)檢測方面，根據(jù)檢驗(yàn)檢測的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推薦使用新的檢驗(yàn)方法，以確保檢驗(yàn)檢測的準(zhǔn)確率，為電梯安全提供有效的技術(shù)支撐。
        參考文獻(xiàn)：
        [1] GB 8903-2005.電梯用鋼絲繩[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.
        [2]魏孔平，朱蓉.電梯技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

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