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電梯曳引鋼絲繩磨損因素分析

作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發布日期：2022-07-12 14:13

信息摘要：

前言隨著我國城市化的快速發展，曳引式電梯的數量也越來越多，相應的電梯曳引鋼絲繩的使用也越來越廣泛。牽引鋼絲繩作為電梯牽引系統的主要傳動部件之一，其安全性在很大程度

前言
         隨著我國城市化的快速發展，曳引式電梯的數量也越來越多，相應的電梯曳引鋼絲繩的使用也越來越廣泛。牽引鋼絲繩作為電梯牽引系統的主要傳動部件之一，其安全性在很大程度上影響著整個電梯的安全運行。特別是鋼絲繩斷絲、斷股對使用中的電梯造成很大的安全隱患，威脅著用戶和乘客的人身、財產安全。

1、電梯鋼絲繩結構
         鋼絲繩由鋼絲、繩股及繩芯組成，如圖1所示。我國常用的電梯曳引鋼絲繩8×19S+NF截面如圖2所示。

圖 1 鋼絲繩結構                                圖 2 8 × 19S + NF 鋼絲繩截面
         鋼絲是鋼絲繩的基本強度單元，一般經過多道次冷拔、淬火等金屬加工工藝處理，要求有較高的強度和韌性。一般來說，鋼絲直徑越粗，耐腐蝕性能和耐磨損性能越強;鋼絲直徑越細，柔軟性能越好。繩股是由鋼絲捻制而成的，相同直徑與結構的鋼絲繩，股數多的抗疲勞強度就高。電梯用鋼絲繩的股數多是8股。繩芯是被繩股所纏繞的撓性芯棒，起支撐固定繩股的作用，分為纖維繩芯和金屬繩芯2種。電梯用鋼絲繩的繩芯有纖維芯、鋼芯和混合鋼芯。按照繩股中鋼絲的配置方式，鋼絲繩可分為西魯式、瓦林吞式、填充式3種，其中西魯式是電梯鋼絲繩中最常用的繩股結構。

2、鋼絲繩磨損分析
         2.1鋼絲繩與輪槽接觸磨損分析
         鋼絲繩與曳引輪輪槽接觸時，每個接觸點都會承受相應的接觸應力。在曳引機工作過程中，特別是啟停階段，鋼絲繩相對曳引輪槽產生微位移。因此，在接觸應力作用下，輪槽對鋼絲繩存在微動切削磨損、粘著磨損、磨粒磨損和疲勞磨損等多重復雜的磨損形式。根據N.B.克拉蓋爾斯基的固體磨損理論，鋼絲繩磨損厚度h與摩擦行程l相比的相對磨損量I為：

         式中，K2為表面單位不平度系數；FN為鋼絲繩與繩槽接觸壓力；a’為重疊系數；v為支承曲線參數，取值2；△為粗糙度綜合系數；E0為當量彈性模量，與相互接觸的兩種材料的彈性模量有關；k為系數，取值5；ty為摩擦疲勞曲線參數；fM為摩擦系數分子分量；0為鋼絲一次拉伸破壞應力；Kty為疲勞特性系數。確定8×19S為鋼絲繩的結構，其材料性能參數基本確定，而曳引輪的相應參數也是確定的。因此，在忽略潤滑劑及環境污物影響的前提下，決定鋼絲繩與金屬塊之間磨損的條件為外摩擦條件，即鋼絲繩與曳引輪輪槽的接觸壓力。由式（3）可知，鋼絲繩與輪槽之間接觸壓力的影響因素為鋼絲繩半徑和張力，而鋼絲繩直線段的張力主要取決于轎廂自重和負載，以及對重質量。綜上所述，在忽略環境、潤滑及油污等條件下，磨損的影響因素主要有：外摩擦條件（FN）、磨損材料的機械性能（ty、0、E0）、接觸表面幾何參數（△、v）和摩擦特性fM。
         2.2鋼絲繩內部磨損分析
         2.2.1鋼絲內部磨損損傷參數
         曳引鋼絲繩在實際工作過程中，鋼絲繩的受力狀態可分為直線段、過渡段和彎曲段三部分，其中過渡段是直線段變化為彎曲段或彎曲段變化為直線段的瞬間鋼絲繩所處的狀態，如圖3所示。

圖 3 鋼絲繩所處狀態示意圖
電梯正常運行時，彎曲段鋼絲繩的曲率保持不變，且鋼絲間不產生相對位移。因此，直線段和過渡段鋼絲繩的內部鋼絲的微動磨損較為明顯。曳引鋼絲繩在曳引輪由靜止狀態開始轉動時，鋼絲繩所受張力增加，繩環張緊。在此過程中，股內鋼絲由于變形量的差異會產生相對位移，因此，鋼絲繩在直線段發生內部磨損。同理，在曳引機抱閘曳引輪停止轉動時，鋼絲繩松弛，此過程同樣有內部磨損的產生。將股內鋼絲簡化成接觸角為0的兩個彎曲圓柱體，如圖4所示。

圖4，鋼絲簡化模型
在直線段，鋼絲1受到軸向拉力T01時，則鋼絲間的錯動距離為：

式中，S01、S02為鋼絲1、2的變形量（m）；1、2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）。在過渡段，將鋼絲繩的中心軸線看做中性軸，繩股在半個捻距內，鋼絲間的錯動距離為：

式中，Ti為鋼絲的捻距（mm）；Ra為曳引輪半徑（mm）；R0為鋼絲繩截面的半徑（mm）。曳引電梯工作過程中，鋼絲繩會發生微小震動，直線段內鋼絲發生磨損的微動速度為：

在過渡段，鋼絲磨損的微動速度為：

         式中，v0為直線段鋼絲微動速度(m/s)；△Ss為單個磨損點錯動距離(m)；T、f為鋼絲繩的震動周期和振動頻率。
         分析可知，鋼絲在過渡段的微動速度與曳引輪轉速和半徑有關。轉動加速度越大，微動速度越大。曳引輪半徑越大，微動速度越小。
         2.2.2鋼絲繩內部磨損影響因素分析
         由鋼絲之間的接觸關系來看，鋼絲繩內部磨損較嚴重的區域為中心股側絲與側股側絲的接觸點位置，因此，此處只討論鋼芯鋼絲繩的情況，對于纖維芯鋼絲繩此類磨損可以忽略。根據接觸應力、接觸載荷和接觸面積三者之間的關系，考慮微動振幅、接觸載荷和時間等因素對鋼絲磨損深度產生的影響時，可得出內部鋼絲磨損深度隨時間的關系：

         式中，h（t）為經時間t后鋼絲的磨損深度（m）；A′k0為常數；Fn為鋼絲之間的接觸應力（N）；S（t）為經時間t后鋼絲之間的接觸面積；△S為鋼絲間的錯動距離(m)。
         由上式可得鋼絲的磨損深度與鋼絲之間的接觸壓力、磨損時間和鋼絲間的錯動距離呈正比，而與磨痕的面積呈反比。隨著磨損時間的增加，鋼絲磨痕的面積逐漸增減，磨損深度的增長速率逐漸減小。在直線段，鋼絲之間的接觸壓力與鋼絲繩的張力有關，鋼絲繩所受張力越大，股內鋼絲的磨損深度越大；在過渡段，鋼絲間的錯動距離與曳引輪半徑呈反比，鋼絲的磨損深度受鋼絲繩張力及曳引輪工作半徑的共同影響。在電梯正常運行時，曳引輪上兩個過渡段區域鋼絲微動磨損的程度較為嚴重。

3、結論
         （1）曳引輪輪槽上鋼絲繩所受接觸壓力與載荷成正比，與繩徑成反比；
         （2）鋼絲繩與曳引輪輪槽接觸磨損的主要內因是二者材料的摩擦特性以及表面幾何特性，外因主要是轎廂自重、對重重量以及實時的負載，另外還受到環境溫濕度、油污等外部條件的影響；
         （3）電梯正常工作中，鋼絲繩內部微動磨損主要發生在電梯的啟停過程，在過渡段和直線段磨損較為明顯，其中過渡段磨損相對嚴重，且與曳引輪半徑成負相關，另外過渡段的磨損情況還與鋼絲繩所受張力及曳引輪轉速成正相關；
         （4）在同等工況下，鋼芯鋼絲繩相比纖維芯鋼絲繩內部磨損情況更為嚴重。