摘要：在日常电梯检验工作中，遇到大量电梯钢丝绳出现锈蚀、断丝和磨损现象，电梯钢丝绳失效直接影响电梯安全运行，关系到乘客的人身安全，通过分析钢丝绳失效状况，找出钢丝绳锈蚀、断丝和磨损失效机理，针对钢丝绳的报废标准，提出检验方法，促进电梯的安全使用。
关键词：钢丝绳；锈蚀；断丝；磨损；检验；电梯
在电梯的年度定期检验过程中，经常会发现电梯钢丝绳存在失效的情况，可视的失效模式有：锈蚀、断丝和磨损三种。钢丝绳锈蚀的情况在观光电梯和货梯出现的比较多，从机房到井道到处都是红褐色的钢丝绳锈斑；钢丝绳断丝的情况是任何一种电梯都有存在的；钢丝绳磨损的情况是伴随着锈蚀，只要有锈蚀的钢丝绳也就伴随着磨损，钢丝绳磨损在电梯机房就可以清楚看得到，钢丝绳磨损时间久了就会再引起电梯曳引轮的磨损。可以看出钢丝绳失效情况的严重性。电梯钢丝绳锈蚀、断丝和磨损失效将直接导致电梯安全事故，为了尽可能避免人身事故的发生，应该引起用户、维保及检验相关部门的高度重视，促进电梯的安全使用。
1钢丝绳锈蚀、断丝和磨损失效机理
电梯钢丝绳锈蚀主要受环境和自身质量两个方面的影响，钢丝绳出现锈蚀后，力学性能降低，钢丝表面形成麻坑，钢丝直径变细或绳股外层钢丝松动、股间松动，以致发生脆性断裂。钢丝绳锈蚀产生的环境因素是酸、碱、盐等物质对钢丝表面的侵蚀，自身因素主要是绳芯缺油。钢丝绳的麻芯是储存着润滑油，对钢丝绳起润滑保护作用的。在高温环境下，如观光电梯受太阳暴晒后，钢丝绳的绳芯润滑油极易干枯，一旦绳芯缺油，钢丝绳在曳引轮上不断地反复旋转，将出现每一丝钢丝都是在相互干摩擦，时间久了，摩擦发热，铁锈铁粉就出来了，四处飞溢。
造成绳芯缺油有可能是以下几方面原因：
1）钢丝绳质量不好；
2）麻芯质量差，储油能力差；
3）钢丝绳在新安装电梯时就在户外风吹雨淋，麻芯受到腐蚀；
4）使用环境差，机房温度高，使用时间长，使用频率高，使得钢丝绳超负荷运行；
5）维护保养不到位，出现锈蚀没有及时保养，钢丝绳使用年限太长没有更换。
电梯钢丝绳断丝是电梯在使用过程中常见的一种现象，最主要的是疲劳断丝。由于电梯使用的环境和频率等条件的差异，钢丝绳断丝原因是多种多样。
1）超载断丝，在写字楼的电梯经常超载运行，钢丝绳超负荷承载，可能出现超载断丝。
2）磨损断丝，钢丝绳同曳引轮和导向轮之间磨擦打滑造成，随着使用时间的长久，不可避免的出现磨损断丝。
3）疲劳断丝，电梯使用年限久的或者导向轮节径比较小的，特别高速电梯，容易出现疲劳断丝。
4）锈蚀断丝，使用环境特别差的电梯特别是有腐蚀性气体影响的地方经常会出现锈蚀断丝。
5）剪切断丝，钢丝绳在井道或者滑轮间受到与电梯无关的尖锐物件剪切、挤压或者坚硬物体打击造成。电梯钢丝绳的磨损主要有磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损三种形式。
电梯用钢丝绳基本都是麻芯钢丝绳，麻芯一般用剑麻、黄麻或其它麻类制成，对钢丝绳起储油润滑和防腐作用，在钢丝绳加工前麻芯必须经过浸油，含油量为12％～15％。新出厂的钢丝绳表面，厂家为了防止钢丝绳在运输、储存过程中生锈，都会在钢丝绳表面涂上工业凡土林油或专用的防护油脂。电梯钢丝绳在运行过程中，由于建筑垃圾、装修粉尘、铁屑容易粘结于钢丝绳上，并与钢丝绳表面的油脂混合，就极其容易形成油垢。
油垢含有大量碾碎性磨粒，如沙子、铁粉、石英等，它们是高硬度颗粒，是一种磨料。油垢对钢丝绳造成的磨损就是磨料磨损。油垢不仅破坏油膜，阻碍油脂与钢丝绳的接触，磨料中细小颗粒嵌入钢丝绳内部，当钢丝绳受力伸缩时这些硬颗粒对钢丝起到磨损破坏作用。由于电梯钢丝绳高速运行，在导向轮之间不断高速弯曲、挤压、使磨粒在钢丝之间摩擦形成集中应力，使钢丝表面产生塑性变形，形成疲劳磨损。
另外，油垢由于龟裂还起到吸水作用使钢丝锈蚀，油垢中的酸性物质促进钢丝绳生锈，对钢丝绳产生酸性腐蚀，形成腐蚀磨损。例如在一些精装修楼盘的电梯，装修粉尘吸附到钢丝绳表面后，在绳芯润滑油的作用下，形成油垢，随着电梯的不断运行，各种磨料进入钢丝绳各个股间和绳芯，当维保人员用煤油进行除垢后，装修垃圾再次入侵钢丝绳，使钢丝绳的磨料磨损越变越复杂，腐蚀磨损也伴随其中。所以钢丝绳在使用过程中出现油垢之后，如果既不对钢丝绳除垢，也不涂油，则钢丝绳在疲劳、磨损、锈蚀等的综合作用下会很快失效。
图1 曳引钢丝绳锈蚀 图2 曳引钢丝绳锈蚀脱落
2曳引钢丝绳锈蚀作用机理
曳引钢丝绳锈蚀是曳引钢丝绳表面与周围介质发生化学或电化学作用而使曳引钢丝绳遭到破坏的现象。钢丝绳锈蚀产生的铁锈主要成分是红棕色的氧化铁。根据锈蚀作用机理．曳引钢丝绳的锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两类。
2.1化学锈蚀
化学锈蚀是指曳引钢丝绳直接与周围介质发化学反应而引起的锈蚀。这种锈蚀多发生的是氧化还原反应。往常温干燥环境中，曳引钢丝绳中的铁很准被空气中的氧气氧化。温度
升高到高温铁在空气中可以氧化生成氧化铁。温度对钢丝绳高温氧化影响很大，温度升高锈蚀进展加快。电梯使用环境中一般很少有特别高的温度，所以化学锈蚀在电梯使用中发生的较少。
2.2电化学锈蚀
电化学锈蚀是曳引钢丝绳接触列电解质溶液形成做电池发生原电池反应比较活泼的金失去电子被氧化而有电流伴生的锈蚀。电化学锈蚀是曳引钢丝绳锈蚀的最主要形式。影响钢丝绳锈蚀的主要因素有环境中的湿度、氧，介质中的酸、碱、盐．曳引钢丝绳钢材的化学成分及表面状况等。曳引钢丝绳在潮湿环境中,其表面因吸附作用而覆盖一层极薄的水膜,这层水膜含有少量的H+和OH-，还溶解了氧气等气体，在钢丝绳表面形成一层电解质溶液，它与钢丝绳本身含有的铁、碳等多种成分形成了许多微电池，铁是负极(阳极)，碳是正极(阴极)。
析氢锈蚀：在负极区，Fe失去电子形成Fe2十(Fe-2e→Fe)进入水膜；在正极区，水膜中H得~H2(2H++2e→H2)。随着H浓度的降低，水的电离平衡向右移，OH-浓度逐渐增大，则Fe与OH-结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中氧所氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3,脱去一部分水生成疏松的Fe2O3。
反应方程式如下：
负极
Fe-2e→Fe2+
Fe2++2OH-→Fe(OH)2
正极
2H++2e→H2
总反应：Fe+2H2O→Fe(OH)2+2H2
4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3
2Fe(OH)3-+Fe2O3+3HO
吸氧锈蚀：在负极区，Fe失去电了形成Fe2+(Fe-2e→Fe2+)进入水膜；往正极区，溶于水膜中的氧气得电子形成OH-离子(O2+2H2O+4e→4OH-)。随后负极产生的Fe和正极产生的OH-结合生成不溶于水的Fe(OH)2，然后Fe(OH)2任空气中进一步被氧化成为Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成疏松的Fe2O3
反应方程式如下：
负极
Fe-2e→÷Fe2+
Fe2++2OH-→Fe(OH)2
负极
O2+2H2O+4e→4OH-
总反应：Fe+O2+2H2O→2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3
2Fe(OH)3→Fe2O3+3H2O
析氢锈蚀主要发生在酸性较强的环境中，而吸氧诱蚀发生在弱酸性或中性环境中，实际曳引钢丝绳在大气中锈蚀主要是吸氧锈蚀。例如部分观光曳引式电梯安装在建筑物外部，曳引钢丝绳经过暴晒再加上有些使用地点周围环境湿度较大，这样曳引钢丝绳发生了吸氧锈蚀。尤其是在一些恶劣环境下使用的钢丝绳，锈蚀造成的损伤就更严重。钢丝绳一以出现诱蚀的情况，钢丝绳与曳引轮轮槽之间产生干摩擦，从而加重曳引轮轮槽和曳引钢丝绳的磨损。
3电梯钢丝绳的检验及钢丝绳无损探伤电梯检规
对于电梯悬挂钢丝绳和补偿钢丝绳报废已有明确的规定，在日常定期检验工作中，如何进行操作，以下分享几点经验做法。电梯钢丝绳在检验过程中应该认真仔细检查以下各方面内容：
1）检查断丝的根数、部位和一个捻距内断丝情况；
2）检查电梯钢丝绳的张力，张力不均容易引起钢丝绳磨损，各绳张力相互差值不应超过5%；
3）观察钢丝绳直径变化情况，是否有笼状畸变、绳芯挤出、扭结、部分压扁、弯折情况；
4）检查钢丝绳的润滑、清洁情况；
5）检查绳头及其组合情况，绳头是否松动，螺母固定情况；
6）要特别注意钢丝绳的磨损、锈蚀的检查。
对正常环境下的电梯钢丝绳主要用肉眼观察，钢丝绳直径常用游标卡尺测量。通常以相距1m～2m的两点进行，在每点相互垂直方向上分别测量三次，取测量值的平均值为钢丝绳的实测直径。当发现钢丝绳有断丝时，就必须用放大镜对钢丝绳单股一个捻距内断丝数进行计数，然后再检查断丝部位是否分布在整根钢丝绳，还是个别地方。
检验人员和维保人员可以站在轿顶，由维保人员以最慢的电梯检修速度行走，用放大镜检查每一根钢丝绳。注意观察钢丝绳断丝的断口情况，其断口呈现杯状塑性收缩应为超载造成的；其断丝分布在表面，断口扁平，而且使用年限比较久，这种情况应该为磨损断丝；在钢丝绳最外层，断口形状平齐应为疲劳断丝；在使用环境特别差的电梯，出现断口不整齐，呈钎尖状应为锈蚀断丝；其断口呈剪切状基本上是因受外力影响造成的剪切断丝。
最终由这些断丝的综合情况判定钢丝绳是否更换。对钢丝绳粘满油垢的电梯，在检验过程中要更加细心仔细，要求维保人员进行配合处理，首先钢丝绳位置要选择在油垢最多的地方和电梯停靠在基站时钢丝绳靠近导向轮最多的地方，用破布把表层的油垢擦干净，然后用煤油进行清洗，对钢丝绳进行观察分析，是否存在磨料磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损三种情况。对磨料磨损严重的又无法用肉眼判断报废的情况，必须借助无损探伤仪等工具对钢丝绳进行详细验证检查。
对整根存在锈蚀的钢丝绳，首先要测量其钢丝绳直径，然后检查断丝和锈蚀情况。当发现钢丝绳直径变化大，有扭结变形、断丝或者严重生锈的时候，特别是油垢严重的钢丝绳、受外界环境影响腐蚀与锈蚀严重的钢丝绳，无法用肉眼判断其是否有缺陷时，无法判断其内部状况，就应该利用钢丝绳无损探伤仪器进行检测，作出综合判断结果。
4结束语
钢丝绳是电梯当中一个重要组件，承受电梯轿厢内所有载重量和轿厢及其附件的自身重量，钢丝绳质量的好坏直接影响到电梯的安全性能。在日常维护保养中、在日常检查中，我们应该尽可能发现问题，分析出钢丝绳是哪一种失效方式，针对钢丝绳存在锈蚀、断丝和磨损不同情况，采取相应的维护措施。只要对电梯钢丝绳进行科学地保养，合理地润滑，是可以延长钢丝绳使用寿命的。
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论文作者:王兆东
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/17
标签：钢丝绳论文; 锈蚀论文; 电梯论文; 磨损论文; 油垢论文; 曳引论文; 情况论文; 《基层建设》2018年第29期论文;