電梯曳引鋼絲繩的磨損成因研究分析

李紅美

（廣東省特種設備檢測研究院惠州檢測院，廣東 惠州 516000）

曳引鋼絲繩是重要的電梯部件，也是易損件之一。為提高電梯的使用安全性能,在對電梯的正常運行開展維修調試的過程中需要保證鋼絲繩的正確安裝及維護，避免出現鋼絲繩磨損以及疲勞變形等情況的發生，從而影響電梯的正常運行。為了保證電梯的運行性能，保證鋼絲繩的正確使用及維護，以下從內部外部兩個方面對受力磨損特征展開分析，并對維護及檢驗提供了改善數據（圖1）。

圖1 鋼絲繩截面圖

1 接觸力分析

為了深入分析鋼絲繩的磨損情況，根據圖1鋼絲繩截面，并對圓心角展開了具體的受力分析，具體情況如圖2。

圖2 受力圖

圖 2中，T1、T2為張力；FN為接觸壓力。

在該計算中，若是忽略摩擦力，那么可得下述公式：

由T1=T2，

總接觸壓力為：

R為鋼絲繩半徑（mm）；T1為圓弧段鋼絲繩所受張力（N）。

2 鋼絲繩磨損分析

2.1 磨損分析

在電梯運轉的過程中，鋼絲繩和曳引輪槽會出現摩擦，并且在摩擦的過程中會產生相應的接觸應力，在啟停階段時，甚至會出現位移現象，這說明在接觸應力的情況下，輪槽會造成鋼絲繩較大的磨損出現，根據N·B·克拉蓋爾斯基的固體疲勞磨損理論得知，相對磨損量I 為：

上述公式中，K2為不平度系數；FN為接觸壓力；△為粗糙度系數；E0為彈性模量，k=5；ty為摩擦疲勞參數；σ0為鋼絲一次拉伸破壞應力。Kty為疲勞特性系數。通過上述公式中可以得出鋼絲繩與輪槽之間存在的接觸壓力以及鋼絲繩直線的張力由轎廂本身質量與負載質量總和、對重總質量決定。那么，在對上述分析研究后得知，若忽略了環境以及油污等方面的情況下，鋼絲繩外摩擦條件以及磨損材料的機械性能等方面都會造成磨損。

2.2 鋼絲繩磨損分析

（1）損傷參數。曳引鋼絲繩使用的過程中，其鋼絲繩存在的受力情況可以通過直線過渡和曲線等方式展現，在這三種形式中的過渡段是通過直線變化為彎曲段的狀態，主要如圖3所示。

圖3 鋼絲繩所處狀態示意圖

當電梯處于正常運行的狀態時，內部的直線段鋼絲繩的彎曲率是保持固定不變的，并且鋼絲繩并不會產生位移的情況，通過上述分析后得知，在電梯運行的過程中，其鋼絲繩的彎曲段以及過度段中的鋼絲會產生位移現象，造成鋼絲繩更為明顯的磨損以及產生疲勞情況，特別是當曳引鋼絲繩處于運動狀態時，鋼絲繩更是會加重張力，從而拉緊繩環，在拉緊的過程中，會因為變形的差異造成位移不同，造成曳引鋼絲繩的疲勞以及松弛等不同的傷害。

將電梯運行中的鋼絲簡化成不同的彎曲圓柱體，具體如圖4所示：當鋼絲受到相應拉力時，錯動距離為：

圖4 鋼絲簡化模型

上述公式中的S01、S02為鋼絲1、2的變形量（m）；x1、x2為單根鋼絲上兩個磨損點之間的長度（mm）；A0為鋼絲截面積（mm2）。鋼絲間的錯動距離為：

式中，Ti為捻距；Ra為曳引輪半徑；R0為鋼絲繩截面半徑。

鋼絲磨損的微動速度為：

v0為微動速度(μm/s)；△Ss為錯動距離(μm)；T、f為震動周期和振動頻率。

在相關技術人員對鋼絲繩簡化后的模型進行分析后，發現兩者的微動速度和轉速成正比。

（2）影響因素分析。通過分析得知，在鋼絲繩與曳引輪接觸的情況上可以看出，由于鋼絲繩內部磨損情況較為嚴重的具體位置是接觸點位置，所以對鋼絲繩內部磨損情況進行研究具有重要的實際意義。

鋼絲繩內部磨損情況的研究主要是對鋼絲繩鋼絲的磨損分析。在對其磨損情況進行分析時，還需要結合接觸應力以及接觸載荷和接觸面積等方面考慮，從而了解磨損程度與時間的關系。

通過上述公式分析后得知，鋼絲繩鋼絲出現磨損的深度與鋼絲運轉中存在的壓力以及磨損的時間有關并且成正比，但是與其磨損出現的磨痕面積成反比。在研究中更是發現了當磨損的時間增加，其磨痕面積會逐漸縮小，磨損的增長速度也會變小，鋼絲繩所受到的張力越大，鋼絲的磨損深度也就越大，特別是對于過渡段而言，鋼絲出現磨損的深度與其張力會起到共同影響的作用，尤其是當電梯正常運轉時，曳引輪的上過渡段的鋼絲更是會存在較為嚴重的磨損情況，需要相關技術人員對鋼絲繩進行張力的調整及維護，從而達到減輕磨損的目的。

3 結語

總而言之，在對上述情況進行分析研究后，了解了電梯運行中的鋼絲繩磨損情況，發現曳引輪輪槽上的鋼絲繩接觸的面積與載荷成正比，并且造成磨損的主要原因是兩者的材料的摩擦特性以及表面幾何性。而電梯的自重以及運行過程中的載重是造成電梯繩磨損的外部因素。除此之外，油污雜質以及周邊的環境也是造成電梯曳引鋼絲繩磨損的原因之一。在電梯處于正常運轉的過程中，鋼絲繩出現的磨損情況更多是發生在電梯的啟停階段，在過渡階段的磨損情況更為嚴重。若是處于相同的工作狀態下，比起纖維芯材質的鋼絲繩而言，鋼芯鋼絲繩會受到更加嚴重的磨損情況，所以一般電梯曳引鋼絲繩多采用纖維芯的鋼絲繩。同時，在實際工作中為保障電梯的運行安全，提高電梯整體安全性，還應嚴格控制電梯曳引鋼絲繩的制造質量，合理選擇、安裝、使用與維護鋼絲繩。