摘要：随着国内电梯数量的迅猛增长，与人们生命息息相关的电梯安全问题越来越受到社会广泛的关注，由于在电梯可能发生的事故中，“坠落”、“磨损”、“悬挂装置的破断”、“曳引轮上曳引绳失控滑移”等均有可能发生在钢丝绳上，因此本文就电梯钢丝绳的失效原因和提高电梯钢丝绳的使用寿命进行如上探讨。
关键词：电梯；曳引钢丝绳；检验检测
1 曳引钢丝绳使用寿命的影响因素
1.1 弯曲和拉伸交变应力
弯曲和拉伸力对曳引钢丝绳寿命的影响不容忽视，即受到力的作用而造成形变；拉伸是物体沿拉力方向的伸长现象。弯曲和拉伸是曳引钢丝绳承受的两个主要受力。电梯运行中，曳引钢丝绳经历的弯曲次数较多，由于弯曲应力是交变载荷，将会引起曳引钢丝绳的疲劳，从而影响曳引钢丝绳的寿命。而弯曲应力与曳引轮的直径成反比，所以规定曳引轮、反绳轮的直径不能小于曳引钢丝绳直径的40倍。运行中的动态拉力对曳引钢丝绳的寿命影响很大，各曳引钢丝绳的载荷不均匀也是影响寿命的重要方面。当曳引钢丝绳的拉伸载荷变化为20%时，则钢丝绳的寿命变化可达30%～200%。
1.2 钢丝绳磨损
磨损是曳引钢丝绳使用寿命最直接的影响因素。磨损是零部件失效的一种基本类型。通常意义上来讲，磨损是指零部件几何尺寸（体积）变小。零部件失去原有设计所规定的功能称为失效。失效包括完全丧失原定功能；功能降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性和安全性。电梯在运行过程中，曳引钢丝绳与绳槽相互作用引起绳槽的磨损是正常的，但是如果磨损过快，尤其是当各绳槽不均匀磨损时，不但影响曳引轮的寿命，也会造成电梯运行的不平稳。造成磨损的原因很多，在曳引轮方面主要有材质及其物理性能，尤其是轮槽材质的均匀性、槽面硬度的差异以及节圆半径不一和轮槽形状偏差。在载荷方面，主要是载荷过大造成曳引钢丝绳张力过大，曳引轮两侧曳引钢丝绳的张力差过大和各曳引钢丝绳之间的张力偏差等。
各曳引钢丝绳的张力不一，使各轮槽的比压不同，就会造成曳引钢丝绳不均匀的磨损。各轮槽节圆直径的不同，会使各曳引钢丝绳的曳引速度也不相同，造成运行时部分曳引钢丝绳在轮槽中滑动，使轮槽的磨损加剧，影响曳引钢丝绳的使用寿命。因此在安装曳引钢丝绳时，张力必须认真调节，各曳引绳的张力差必须严格控制，曳引轮各轮槽节径的相对误差一般应不大于0.10mm。
1.3 钢丝绳腐蚀
腐蚀指材料由于环境作用或化学作用而逐渐消损破坏。在不良的环境中，内部和外部的腐蚀会使曳引钢丝绳的寿命显著降低，横断面减小，使曳引钢丝绳磨损加剧。尤其是当麻质填料解体或水和尘埃深透到曳引钢丝绳的内部而引起腐蚀，对曳引钢丝绳的寿命影响会更大。
除以上原因外，电梯安装质量的优劣，维护是否及时和维修质量的优劣，曳引钢丝绳的日常润滑情况等，都会影响到钢丝绳的寿命。曳引钢丝绳本身的性能指标，直径大小，捻绕型式等，也会影响曳引钢丝绳的使用寿命。
2电梯钢丝绳的断丝类型
曳引钢丝绳承受着电梯全部悬挂部件的重量，在长期带负荷运行中，其钢丝由于磨损、弯曲疲劳和锈蚀会逐步出现断丝现象，特别是到了使用后期，断丝现象会迅速增加。钢丝绳断丝种类一般分为以下几种：
2.1磨损断丝
钢丝绳经常与曳引轮及各滑轮之间反复摩擦打滑，使得钢丝绳磨损严重而导致断丝，其断口扁平，断开两侧呈斜茬。
2.2 疲劳断丝
钢丝绳通过滑轮时，在允许应力作用下承受一点反复弯曲数次后，钢丝绳由于金属疲劳而产生的断丝。断口形状平齐，只有一小部分是最后被拉断的。疲劳断丝通常出现在表层钢丝，特别是绳股的弯曲程度较大的一侧外层钢丝上。
2.3 锈蚀断丝
锈蚀严重的钢丝绳，在使用一段时期后会出现锈蚀断丝，其断口形状不整齐，呈针尖状。
3 电梯钢丝绳的断丝原因分析
3.1 内部及外部磨损
内部磨损是由于当钢丝绳绕在绳轮上时，绳股之间必然会发生相对位移。各根细钢丝的曲率半径不可能完全相同，这导致了绳丝上表面（远离曳引轮的表面）绳丝的移动距离要大于下表面（靠近曳引轮表面）的位移距离。在丝绳的一侧，由于钢丝绳的弯曲，钢丝绳内部各根细钢丝就会相互产生作用力并且产生滑移，这时股与股之间接触应力增大，使钢丝绳相邻股间的钢丝产生局部压痕深凹。当反复循环拉伸弯曲时，在深凹处则产生应力集中以致被折断。
3.2 弯曲疲劳
电梯运行时，钢丝绳绕着曳引轮、导向轮或反绳轮单向或交变弯曲，容易使钢丝产生疲劳，韧性下降。在变应力的作用下，细钢丝表面首先由于各种滑移形成初始裂纹，然后裂纹尖端在切应力的作用下反复塑性变形，使裂纹扩展直至断裂，反向弯曲是造成钢丝绳弯曲疲劳的一个重要原因。当绷紧的钢丝绳经过弯曲的表面（如绳轮、绳鼓或滑轮等）时会产生疲劳，其原因是钢丝绳不但在绳轮上产生了折弯，还在折弯与载荷的共同作用下，在钢丝绳轴线方向产生弯曲附加应力，对于单根绳丝（仅是绳丝，而不是钢丝绳本身）遵循下面公式：
（1）
（2）
式中
为折弯矩，
为弹性模量，
为钢丝绳转动惯量，
为弯折半径，
为钢丝绳最大弯曲应力，
为绳丝中心到钢丝绳麻芯中心距离。
由（1）和（2）式可以得到：
将曳引轮半径
替代
钢丝绳半径
替代
，则：
式中，
为钢丝绳直径，
为曳引轮直径。
由折弯造成的附加应力以下式表示：
式中，
为钢丝绳金属截面积
，
为金属截面积系数（
系数参考值见GB 8903-2005《电梯用钢丝绳》附录A）
由折弯造成的附加应力可由下式获得：
以上计算仅供作绳轮直径与钢丝绳直径之比对钢丝绳寿命影响分析时参考。
弯曲应力通常只是出现在钢丝绳折弯的位置。无论任何半径的弯曲，钢丝绳的最大弯曲应力是发生在折弯接触长度等于钢丝绳捻距上，因为在这种情况下每一根钢丝都受到最大的应力。单纯增大接触长度而不增加弯曲半径是不能减小弯曲应力的。钢丝绳上的最大弯曲应力发生在系统中折弯半径最小的轮上，它与轮的数量无关。
3.3 锈蚀
钢丝绳锈蚀是因为使用的环境条件恶劣，受化学腐蚀或高湿度影响而产生的。发生锈蚀后，其机械性能降低，在静止段的钢丝绳通常由于外层绳股出现锈积而引起钢丝绳直径的增加，在绕过滑轮的弯曲部位直径则通常变小，钢丝绳股间松动，以致发生脆性断裂，它比一般的断丝或磨损更为危险。
4 曳引钢丝绳检验检测的方法
电梯的检验检测中，曳引钢丝绳的检验检测包括了外观的检测、平均张力检测和缺陷检测。认真做好电梯曳引钢丝绳的检验检测，对提高曳引钢丝绳的质量安全性能，延长曳引钢丝绳的使用寿命，确保曳引传动系统的曳引能力，确保电梯和乘客的安全，都具有十分重要的意义。
4.1 外观的检测
外观检测主要包括如下项目内容：
1）检测钢丝绳的公称直径（不应小于8mm）；
2）检查钢丝绳的表面是否存在油泥（污）；
3）检查钢丝绳的润滑状况、如发现钢丝绳出现“红油”，说明绳芯无油，内部生锈，应引起注意，必要时可剁绳头检钢丝绳的内部锈蚀情况；
4）钢丝绳的端部连接采用浇灌锥套（巴氏合金、环氧树脂）时应浇灌充盈、采用自锁楔形绳套时应确保绳尾绳卡、绳夹（一般用于杂物电梯）等端接装置的连接牢固可靠；
5）曳引轮、导向轮（或反绳轮）的节圆直径与悬挂钢丝绳的公称直径的比值不应小于40；
6）绳头板必须与固定承重梁连接牢固（一般采用焊接的方法）；
7）悬挂钢丝绳的数量应至少大于两根。
4.2 缺陷检测
缺陷，指零部件存在危及人身、他人财产安全的不合理的危险。为确保曳引钢丝绳安全、可靠、高效的工作，对曳引钢丝绳的运行状况（如断丝、磨损、锈蚀、以及疲劳、剩余承载能力、安全系数等）进行检测是十分必要的。曳引钢丝绳缺陷检测，首先是判定曳引钢丝绳是否达到报废标准的检测。断丝和实际直径减小是判断曳引钢丝绳是否报废的两个主要指标。如果断丝分布在各股中，则在整根曳引钢丝绳破坏最严重段里，一个捻距中的断丝数超过下表A栏中的数值时，应报废；如果断丝不均匀，明显集中于一股或两股中时，则在破坏最严重段里，一个捻距中的断丝数超过下表B栏中的数值时，应报废；如果并排破断的4根或5根钢丝穿过任何一股凸出，则在破坏最严重段里一个捻距中的断丝数超过下表C栏中的数值时，应报废；如果曳引钢丝绳存在腐蚀、股中个别钢丝过度磨损、绳的拉力不均匀、绳槽粗糙等任意一种情况，此时上述三种情况中任一种破断丝数超过下表的数值时，应报废。
结语
众所周知，曳引轮和曳引钢丝绳组成的曳引传动系统是曳引驱动电梯的机械特征，曳引钢丝绳是电梯的传力部件，其两端分别悬挂着电梯的轿厢和对重装置。本文着重阐述了影响电梯曳引钢丝绳使用寿命的几个重要因素，旨在引起电梯使用单位和检验检测机构的重视。在检验检测方面，根据检验检测的实践经验，推荐使用新的检验方法，以确保检验检测的准确率，为电梯安全提供有效的技术支撑。
参考文献：
[1] GB 8903-2005.电梯用钢丝绳[S].北京：中国标准出版社.
[2]魏孔平，朱蓉.电梯技术[M].北京：化学工业出版社，2010.
论文作者:吴龑,张楠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/16
标签：钢丝绳论文; 曳引论文; 弯曲论文; 电梯论文; 磨损论文; 应力论文; 直径论文; 《基层建设》2019年第17期论文;