电梯曳引钢丝绳的质量控制王家玮，吴英豪，辛宏彬 (陕西省特种设备质量安全监督检测中心，陕西 西安 710048) 摘要：分析了电梯曳引钢丝绳的受力和磨损机制，并通过对钢丝绳的冶炼、轧制、热处理以及使用过程等环节的工艺控制进行研究，从而增加了钢丝绳寿命，保障电梯安全。 关键词：曳引钢丝绳；磨损；质量；电梯 0 引言随着社会的发展，城市中的高楼大厦越来越多，电梯作为高层的交通工具，其需求日益增长。我国电梯行业虽起步较晚，但发展迅猛，截至目前我国已成为世界第一电梯制造国和新梯年增加量第一的国家，然而诸多品牌和技术的良莠不齐导致电梯安全问题相伴而生，通过统计在用电梯的使用情况以及事故调查，由曳引钢丝绳造成的安全隐患与事故是最为危险和致命的。由于电梯轿厢是通过电梯曳引钢丝绳与曳引轮摩擦所产生的曳引力来驱动，钢丝绳一旦出现磨损、断丝、断股等情况，电梯的安全就得不到保障，更换钢丝绳又会造成人力和财力的浪费，因此研究曳引钢丝绳的质量控制显得尤为重要。 1 曳引钢丝绳的磨损机制分析电梯检规中对钢丝绳有如下规定：出现下列情况之一时，悬挂钢丝绳应当报废：①出现笼状畸变、绳芯挤出、扭结、部分压扁、弯折；②断丝分散出现在整条钢丝绳，任何一个捻距内单股的断丝数大于4根，或者断丝集中在钢丝绳某一部位或一股，一个捻距内断丝总数大于12根(对于股数为6的钢丝绳)或者大于16根(对于股数为8的钢丝绳)；③磨损后的钢丝绳直径小于钢丝绳公称直径的90%。这体现了电梯钢丝绳的重要性及检验的严苛，从侧面也反映了钢丝绳的综合性能对其寿命的影响是巨大的。 一般最为普遍的电梯钢丝绳的受力分析如图1所示[1]。 从图1可以看出，电梯钢丝绳主要受3个力的作用，即弯曲应力、拉应力和接触应力。由于拉应力与弯曲应力及接触应力成正比关系，因此重点分析弯曲应力和接触应力对钢丝绳疲劳寿命的影响。 弯曲应力的计算公式为：
(1) 其中：σw为外层钢丝所受到的弯曲应力，MPa；βr为外层钢丝在股中的捻角，(°);δ为外层钢丝直径，mm；d为钢丝绳直径，mm；D为曳引轮直径，mm；E为钢丝绳的弹性模量，MPa；v为钢丝绳运行速度，m/s；q为钢丝绳单位质量，kg/m；T为钢丝绳所受总拉力，N；f为曳引轮当量摩擦因数；α为钢丝绳在曳引轮上的包角，rad；n为钢丝绳的根数；A为钢丝绳金属截面积，mm2。 钢丝绳在半圆槽和V形槽中的接触应力(即比压)示意图如图2所示。  图1 电梯钢丝绳的受力分析  图2 钢丝绳在半圆槽和V形槽中的比压 接触应力的计算式如下： (1) 钢丝绳在半圆槽曳引轮中的比压P计算式为[2]：
(2) 其中：β为曳引轮的下切口角，rad。特殊情况β=0时，其比压计算式为：
(3) (2) 对于钢丝绳在V形槽中的比压PV计算式为：
(4) 其中：γ为V形槽的槽角，rad。 从弯曲应力表达式可以看出，钢丝绳开始磨损时，除了包角α、钢丝绳直径d和钢丝绳金属截面积A均变小之外，其他参数保持不变，通过公式可计算出钢丝绳所受的弯曲应力增大。无论是半圆槽还是V形槽的钢丝绳比压同样会随着钢丝绳的磨损而增大，从而影响摩擦副的摩擦状态，造成摩擦因数改变，导致电梯的曳引力变化，容易发生电梯事故。一旦钢丝绳磨损加剧，将会有多种磨损的参与，如磨损的磨屑将发生磨粒磨损，此类磨损将导致摩擦副的温度升高，加剧氧化磨损和疲劳磨损，严重时会产生粘着磨损。由于曳引钢丝绳在有润滑油的介质下参与磨损，疲劳裂纹在循环交变载荷的作用下将加速扩展，并脱落成更大的磨粒参与磨损，如此反复作用，摩擦副的摩擦环境进一步恶化导致钢丝绳磨损严重甚至于报废，从这一意义上说，如何控制钢丝绳的质量，增加钢丝绳的耐磨性等综合性能，保证电梯的安全显得尤为重要。 2 曳引钢丝绳的质量控制方式电梯曳引钢丝绳通常采用50号～65号优质碳素钢或60Si2Mn钢制造。钢材获得高性能的原因之一是保证其组织的纯净度，即对夹杂特别是非金属夹杂[3]的控制应严格要求，因为夹杂物破坏了基体的连续性，加大了组织的不均匀性从而严重影响材料的性能。一般的夹杂物产生于钢的冶炼脱氧和凝固过程，按照塑性变形能力分为脆性夹杂物、塑性夹杂物、球状不变型夹杂。其中A类夹杂物是硫化物；B类夹杂物为氧化铝类；C类为硅酸盐；D类夹杂物为球状氧化物类；Ds类夹杂为单颗粒球状夹杂。其中B类夹杂属脆性夹杂，对钢丝的性能危害最大，应特别控制。同时磷和硫会导致钢的塑、韧性降低，导致钢丝易发生疲劳断裂，因此电梯钢材中的P和S的质量分数都应低于0.025%，同时还要注重脱氧，防止产生过多的Al2O3 等不变形夹杂，影响钢材塑性，在钢材轧制或使用时容易形成裂纹源，造成应力集中导致断丝。因此应使用RH精炼炉与VD炉等先进设备，减少钢中夹杂。 钢丝在轧制中因轧速不当或轧机的机械损伤，易出现折叠、表面裂纹、划伤、结疤等一些较为宏观的缺陷，该缺陷会造成组织不连续，易产生应力集中造成断丝，因此应合理控制轧速，同时应及时检查轧制设备，防止生产出残次品，造成资源浪费。 轧后冷却过程中应控制冷速[4]。若表面冷却速度大于中心速度，钢丝易发生C、Mn、Cr偏析，导致钢丝中心产生马氏体或网状渗碳体。偏析和组织转变会造成钢丝在拉拔状态下整体承受外力不均，芯部便会产生微裂纹并向偏析区扩展，当钢丝拉拔力超过裂纹的临界扩展应力，在未达到钢丝抗拉强度的情况下易发生断裂。 除了原材料和轧制的因素外，钢丝的最终热处理[5]也是影响质量的重要一环。钢丝最终热处理后的组织应为组织致密、晶粒度细小、有很高强度和韧性的索氏体组织，应避免因热处理不当造成表层脱碳形成铁素体组织，铁素体会导致钢丝的综合力学性能下降，尤其导致钢丝绳疲劳性能下降，脱碳可通过添加合金元素、控制炉内气氛、钢丝表面刷高温涂料解决。同时也应避免产生马氏体或者大量网状渗碳体，因为马氏体抗韧性很差，组织不稳定，容易发生相变而产生裂纹。因此应合理控制冷却温度和速度进行热处理从而达到所需性能。 对于在用的电梯钢丝绳的日常保养同样重要，由于电梯在运行过程中，钢丝绳的油芯被交变应力挤压，使用一定时期后，油芯的储油不足，会使钢丝绳产生锈蚀，因此应定期使用专用润滑油对钢丝绳进行润滑。 3 结语严格控制钢丝绳生产、使用的各个环节，钢丝绳的寿命就能得以延长，电梯的安全就能得到保障，人民的生活水平才能不断提高。 参考文献： [1] 胡吉全，胡正权.钢丝绳受力特性对疲劳寿命的影响[J].港口装卸，2005(1)：159. [2] 全国电梯标准化技术委员会.GB/T 7588—2003电梯制造与安装安全规范[S].北京：中国标准出版社，2003：102-106. [3] 夏木阳，刘建平.非金属夹杂物对钢丝性能的影响[J].金属制品，2001(1)：44. [4] 王鸿利.影响盘条表面处理质量的因素[J].金属制品，2008(3)：10-11. [5] 陈方玉.82B线材脆性断裂原因分析[J].武钢技术，2005，43(6)：9. Quality Control of Elevator Hoisting RopeWANG Jia-wei, WU Ying-hao, XIN Hong-bin (Shanxi Province Special Equipment Quality and Safety Supervision and Inspection Center, Xi’an 710048, China) Abstract：In this article, the stress and wear mechanism of the elevator hoisting rope were analyzed，at the same time, the production process of the elevator hoisting rope was studied, including smelting, rolling, heat treatment, to make the rope more durable and safe in use. Key words：elevator hoisting rope; wear and tear; quality; elevator 文章编号：1672- 6413(2015)06- 0205- 02 收稿日期：2015- 10- 05； 修订日期：2015- 10- 19 作者简介：王家玮(1987-)，男，陕西榆林人，助理工程师，硕士，主要从事特种设备监督检验工作。 中图分类号：TH22 文献标识码：B |
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