机械论文:论电梯曳引钢丝绳的检验

　　论电梯曳引钢丝绳的检验
　　邓安贤
　　广东省特种设备检测院佛山分院
　　摘要随着城市中高层与小高层建筑的不断增加,电梯和人们日常生活的关系越来越紧密,电梯行业发展迅速,但是我国有独立知识产权的电梯产品还不多见,因此有必要对电梯深入研究。曳引钢丝绳的安全关系着电梯运行的安全。本文介绍了电梯钢丝绳的基本构造及如何选择,然后着重阐述了电梯定期检验过程中发现的主要问题,讨论了钢丝绳报废条件,同时有针对性地给出了钢丝绳使用保养的建议。
　　关键词电梯；曳引钢丝绳；检验；保养；测量
　　电梯曳引钢丝绳承受着电梯全部的悬挂重量,在运转过程中绕曳引轮、导向轮或反绳轮呈单向或交变弯曲状态,钢丝绳在绳槽中承受着较高的挤压应力,因此电梯曳引钢丝绳应具有较高的强度、挠性和耐磨性。钢丝绳使用过程中,由于各种应力、摩擦和腐蚀等,使钢丝绳产生疲劳、断丝和磨损。当强度降低到一定程度,不能安全地承受负荷时应报废。曳引钢丝绳的安全是电梯安全的重要保障。
　　1曳引钢丝绳的选择
　　电梯钢丝绳由绳股、绳股钢丝和绳芯组成,常用形式有西鲁型(外粗式)、瓦灵顿型(粗细式)和T型(填充式)。目前,我国电梯钢丝绳普遍使用西鲁型,其结构和直径应符合表1[1]的规定。单一强度级别钢丝绳用钢丝抗拉强度级别为1570N/mm2或1770N/mm2。GB7588规定,选用电梯钢丝绳公称直径不应小于8mm[2]。
　　表1钢丝绳结构和直径
　　钢丝绳规格公称直径/mm
　　6×19S+NF 6,8,10,11,13,16,19,22
　　8×19S+NF 8,10,11,13,16,19,22
　　目前各国电梯用钢丝绳规格并不一致,各国钢丝绳系列中优先选用的直径和法定最小直径见表2[3]。
　　表2国际上常用钢丝绳直径
　　国家
　　优先选用的
　　直径/mm 法定最小
　　直径/mm 强度级别/
　　(N•mm-2)
　　法国 10 8 1570
　　德国 13 8 1770
　　英国 11 8 1180/1770
　　美国 12.7(1/2″) 9.53(3/8″) 1180/1770
　　1570/1770
　　日本 12 10(允许8) 1320/1620
　　1620
　　钢丝绳选择[3]时,还要注意到:①尽量采用韧性好、强度级别适中的钢丝组成的钢丝绳;②钢丝绳直径的收缩率要小,尤其是制造商能担保正常使用1年后钢丝绳直径最大收缩率不大于5%的应首选;③天然绳芯储油性好,但容易造成钢丝绳起鼓。人造绳芯难保持稳定的物理和化学特性。
　　2曳引钢丝绳的检验
　　根据使用经验,电梯钢丝绳在正常工况下突然断裂的现象少见,其损坏一般是在长期运行中由于磨损、弯曲疲劳、锈蚀或外伤逐渐形成的[4]。
　　2.1钢丝绳磨损和变形检查
　　磨损包括钢丝绳表面、股与股之间、丝与丝之间的磨损。钢丝绳的机械磨损主要为外部均匀磨损、变形磨损和内部磨损3种。①纯机械磨损,一般来说,电梯钢丝绳在使用过程由于其硬度比绳槽高,磨损很慢。但由于张力、槽型、钢丝绳
　　在槽中打滑、偏磨、打滚,而与绳槽产生磨损,这种磨损在正常情况下是均匀的。②变形磨损,是指电梯钢丝绳在某一段内的局部磨损,由于电梯钢丝绳和绳轮经常发生慢性移位或电梯钢丝绳在绳轮上剧烈振动、冲击使电梯钢丝绳局部挤压
　　变形,虽然电梯钢丝截面积并未减小,但局部挤压处的钢丝材质已受损,容易断丝。③内部磨损,由于电梯钢丝绳经常弯曲,股中钢丝间产生相对移位,股与股之间接触压力增大,使相邻股间的钢丝产生局部压痕,时间一长会因应力集中而折断。
　　检验时首先观察钢丝绳直径变细情况,除目测外还要用游标卡尺测量绳径。《电梯监督检验规程》[5]中规定,当钢丝绳公称直径减少7%时,即使未发现断丝,该绳也应报废。
　　2.2钢丝绳锈蚀的检查
　　电梯钢丝绳如果使用条件恶劣,维修保养不到位会发生锈蚀,使机械性能降低,钢丝直径变细、股间松动,以致发生脆性断裂。这种断裂是“雪崩式”的断裂,它比一般的断丝或磨损更危险。检验中凡遇到钢丝绳锈蚀要加倍重视,仔细观察,如发现锈蚀严重已形成麻坑或绳股外层钢丝有松动现象,不论断丝与否或绳径变细多少都应更换;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,必要时可剁绳头检查钢丝绳的内部锈蚀情况。防止钢丝绳锈蚀的方法是在绳上涂油保护。
　　2.3钢丝绳断丝的检查
　　①过载断丝。电梯钢丝绳承受过载负荷或冲击负荷造成的,其断口呈现杯状塑性收缩,由于电梯钢丝绳的安全系数大,这种断丝少见。②疲劳断丝。出现在股的弯曲程度最大一侧的外层钢丝,金属疲劳产生的断丝,断口形状平齐。③磨损断丝。钢丝绳同曳引轮之间摩擦打滑造成,这种断丝是在钢丝磨损极其严重且发生在外层钢丝,断口两侧呈斜茬,断口扁平。④锈蚀断丝。断口不整齐,呈钎尖状。⑤剪切断丝。被硬性拉断或受较大外力打击、挤压造成,断口呈剪切状。⑥扭结断丝。这种断丝在正常使用中很少出现,只有在钢丝绳出现松驰造成扭结才出现。断口形状平整、光滑。
　　根据经验,电梯钢丝绳存在内部断丝时,电梯钢丝绳在运行中能听到“咔嚓”的响声。传统检验中上述3方面的检验主要靠检验员自身经验进行判断《,电梯监督检验规程》中提到必要时使用钢丝绳探伤仪全长检测或分段抽测。现在普遍使用的是钢丝绳超声波探伤仪,它能够检测出钢丝绳的疲劳断丝、磨损、腐蚀、变形、机械损伤、松股和松丝等损伤,不仅能够解决人的检验效率低、无法检验内部断丝和腐蚀及人为因素影响等问题,而且能够帮助检验人员迅速找到损伤部位,给出定量结论。
　　2.4钢丝绳张力的测量
　　《电梯监督检验规程》要求曳引绳张力应均衡,每根绳的张力与全部绳张力的平均值偏差不大于5%。
　　轿厢停在井道适当的高度(一般用弹簧测力计水平拉对重钢丝绳时,用100N的力可位移100-150mm左右即可),用弹簧测力计将对重侧钢丝绳逐根水平拉动,拉动的距离应相同,一般不小于100mm。记录每根钢丝绳的拉力值(一般以80-100N为宜)。计算其平均值,再将每根绳拉力与平均值比较。
　　这种检验方法精度较差,人为影响因素较多。现在有一种新的设备———钢丝绳张紧力测试仪,其基本原理是通过径向力的测量推导出纵向力的大小。数据采集盒中的嵌入式计算机系统采用人工智能、模糊处理等技术对由传感器传来的信息进行分析处理,通过特定的数学模型计算出曳引绳张力的均匀度情况。与传统方法(弹簧秤拉等)相比,具有自动在线检测、人为因素少、准确度高、支持张紧力在线调整、直接给出是否合格的判断等优点。
　　除上述几项重点检验项目外,还应检查绳头及其组合情况,全长有无其他异常情况,比如绳的异常伸长变化等。
　　3曳引钢丝绳的报废
　　《电梯监督检验规程》中规定钢丝绳断丝数不应超过报废标准。在选定部位的6d或30d长度范围内(绳端处也应作为选择范围之一),目测检查钢丝绳的可见断丝数。规定报废标准见表3。
　　表3曳引绳报废标准
　　钢丝绳类型
　　测量长度范围(d为钢丝绳直径)
　　 6d 30d
　　西鲁式 6×19 6 12
　　 8×19 10 19
　　瓦灵顿式 6×19 10 19
　　填充式 8×19 13 26
　　美国ASME/A17.2《升降机和自动过道的检验员手册》[6]中对传动比1∶1和2∶1的电梯曳引绳的报废有如下规定:
　　(1)如果断丝均布在各股中,则在整根曳引绳破坏最严重段里,1个捻距中的断丝数超过表4中A栏的数值时,应报废。
　　(2)如断丝数不均匀,明显集中于1股或2股中时,则在破坏最严重段里,1个捻距中的断丝数超过表4中B栏的数值时,应报废。
　　(3)如并排破断的4根或5根钢丝穿过任何一股凸出,则在破坏最严重段里,1个捻距中的断丝数超过表4中C栏的数值时