电梯用钢丝绳寿命影响因素及损坏判定

时间：2024-05-04

谢智全，王保卫

（深圳市特种设备安全检验研究院，广东深圳 518000）

随着我国社会经济的快速发展以及高层建筑使用的日益增加，电梯作为一种重要的垂直运输工具，得到了广泛的应用，同时其安全问题也越来越受重视。其中，电梯曳引用钢丝绳承载着电梯的全部质量，对其使用寿命及质量具有较高的要求。因此，对影响电梯用钢丝绳寿命的因素及其损坏判定方法展开探讨具有十分重要的意义。

1 电梯钢丝绳规格参数

1.1 直径与测量方式

文件GB7588—2013明确指出，电梯使用的钢丝绳，数量上不得少于两根直径＞8 mm以上的钢丝绳，目前市面上常见的钢丝绳规格包含8，10，12，13，16 5款。对钢丝绳直径的测量，正确的方法是使用具备宽口的卡尺进行作业，同时要求卡尺钳口宽度必须满足对两个相邻股进行跨越。在测量期间，测量位置应该在距离端头15 m之外的部位，并且在同一界面互相垂直进行数据的测试。对钢丝绳直径的测试需要进行4次，随后取4次直径的平均值，就是其实测直径。此外，测量的位置，最好是位于轿厢最底层钢丝绳的加减速段。

1.2 捻距

捻距，指的是电梯使用钢丝绳绳股绕着绳芯旋转一圈其移动的距离。GB8903—2005文件中明确指出，电梯用钢丝绳的捻距，必须≤钢丝绳公称直径6.75倍。

1.3 含油率

不同电梯的符复核钢芯有所差异，含油率也有所不同。一般情况下，独立的钢丝绳芯含油率=0.8～1.8%，天然纤维绳芯含油率多数为10%～15%，人造纤维的含油率平均4%～10%。

1.4 伸长率

在日常电梯工作期间，钢丝绳凭借自己所具备的特点，会不断地变形、伸长。电梯用钢丝绳包括2种伸长方式，即弹性伸长、结构伸长，钢芯和纤维芯弹性伸长必须≤0.2%，结构伸长方面，必须≤0.6，钢芯方面，其弹性伸长不得超过0.6%，同时结构伸长必须≤0.45%。通常情况下，当其稳定在90D期间，基本就会保持稳定不变。

所谓钢丝绳的伸长，是股和股、丝和丝以及内层、外层之间存在的间隙的捻应力，其具体产生原理是因为电梯用钢丝绳的直径、捻距在工作期间受到变载荷。虽然施加的荷载能够消除，但是钢丝绳的结构伸长无法恢复，即钢丝绳产生塑性变形的问题，因此钢丝绳的伸长，对电梯使用过程会造成极大的隐患，具体反映在钢丝绳长度发生变化，因此需要对其经常进行调整，特别是在钢丝绳使用初期的阶段，维护人员在30 天之内有时候需要对其调整2～3次以上，例如电梯钢丝绳结构出现伸长现象，就无法保证电梯轿厢准确平层，不仅耽误时间，还存在安全隐患。

2 对电梯钢丝绳寿命造成影响的因素

电梯用钢丝绳，具备着高强度、弹性好、自重较轻，运行平稳，骤然断裂概率低且可以承受振动荷载的特点，除了电梯之外，同时被广泛使用在物品提升、起重的相关机械中，对影响钢丝绳使用寿命的各项因素进行深入分析和研究，保证对钢丝绳的正确使用，是提高电梯的安全性能和电梯钢丝绳使用寿命的重要途径[1]。

2.1 钢丝绳切口对其使用寿命造成的影响

因为钢丝绳包含多个种类，因此钢丝绳的切口，对使用寿命的影响程度也有所差异。图1和图2分别为切口对V形槽口钢丝绳、半圆槽钢丝绳使用寿命带来的影响示意。

图1 切口对半圆槽钢丝绳的使用寿命的影响

图2 切口对V型槽钢丝绳使用寿命的影响

观察图1，假设半圆槽钢丝绳在不存在切口的情况下，寿命=1，在切口角α=75°的情况下，此刻钢丝绳相比不带切口的半圆槽钢丝绳，寿命仅是前者的30%，在α=85°情况下，寿命会减少到不包含切口情况下的20%，这一现象充分说明切口角越大，钢丝绳使用寿命越短。

假设半圆槽钢的使用寿命=1，在切口角γ=45°的情况下的V形槽，相比不带切口的半圆槽钢，寿命是知识前者的16%，在α=35°的情况下，其使用寿命是不带切半圆钢丝绳寿命的4%。经过对图1—2的分析，可以得出不同种类的钢丝绳，带有切口的钢丝绳的寿命从大到小的排列顺序为：半圆槽钢丝绳—带切口半圆槽—V形槽—带切口V形槽。

2.2 绳径比对使用寿命造成的影响

接触面积的大小，与绳槽的形状有着密切的关系，对电梯实际使用期间进行观察，可以发现，绳径不同的钢丝绳，其使用寿命也很大的不同，绳径比的比压力越大，对钢丝绳造成的影响就越大，即寿命越短。图3为绳径比对钢丝绳使用寿命的影响。

图3 绳径比对钢丝绳使用寿命的影响

同时，通过对图3的观察可以发现，在r/d=0.5的情况下，钢丝绳寿命最大，会达到120%，但是在实际中，钢丝绳为正公差，因此在应用前应该选择r/d=0.53。

2.3 维护与检查工作对寿命造成的影响

定期对钢丝绳进行润滑油的涂抹，能够很大程度降低钢丝绳使用的损耗，同时也是延长钢丝绳寿命的重要途径。图4为润滑油对钢丝绳寿命的影响。

图4 润滑油对钢丝绳寿命的影响

通过对图4的观察可以发现，在对钢丝绳涂抹润滑油后，其使用寿命会达到100%，不涂抹润滑油，钢丝绳的寿命只有原来的50%，如果对已经涂抹润滑油的钢丝绳再次润滑，可以达到150%使用寿命[2]。

3 对钢丝绳损坏的现场判定方法

3.1 钢丝绳直径检查

对钢丝绳直径的检查，需要使用专业测量仪器，进行钢丝绳最外股直径的测量，一般情况下，采用两点操作，两点距离为1～2 m，同时在每个点互相垂直的部位，进行3次测量，求得最后3次测量值的平均值作为钢丝绳的直径实测数据。

在检查期间，一旦发生钢丝绳断丝，那么就需要对钢丝绳单股的一个捻距中的断丝进行数量统计，随后检查这些断丝的部位是否有整根断丝的现象，并对断丝的断口仔细检查。正常情况下，断口呈线状收缩，都是由超载运输所引起；弱势断丝分布在钢丝绳表面，并且断口较为扁平，倘若使用年限较旧，那么就说明断丝是由磨损造成；倘若断口不整齐、为钎尖状态，那么应该是锈蚀引起的断丝；如果断口为剪状，那么就应该是因为受到外力的影响而造成的剪切断丝。总而言之，一旦发现钢丝绳断丝，维修人员就应该及时对钢丝绳进行更换，以保证电梯的运行安全[3]。

3.2 对钢丝绳的张力差检查

在对钢丝绳进行张力差检查阶段，如果设有绳头弹簧，可使用支持测量弹簧的变形程度，弱势钢丝绳不设置绳头弹簧，首先让电梯悬停在一定高度上，随后让各钢丝绳拉出相同的长度，进而对各钢丝绳之间的张力差进行观察。在钢丝绳受力不均匀的情况下，曳引轮各槽的比压有所差异，一部分钢丝绳会出现打滑现象，一部分不打滑，同时钢丝绳张紧不均匀的情况下，会造成绳槽磨损不均匀的现象，进而造成每个槽的节圆直径差，引发不平稳运行，轿厢抖动。针对这一问题，国家相关文件明确规定，电梯钢丝绳各绳的张力差必须≤5%，一旦出现超出规定范围，就必须对电梯进行停机维护，对张力差进行调整。