曳引钢丝绳磨损机制及质量控制的探讨

谢斯

摘 要：曳引钢丝绳对于电梯来说有着重要的作用，因此，应保障曳引钢丝绳的质量，以免因其出现故障而影响电梯的正常工作。主要从曳引钢丝绳的磨损机制和质量控制两方面作了详细的阐述和系统的分析，以期能为有关方面提供参考和借鉴。

关键词：曳引钢丝绳；磨损机制；质量控制；接触应力

中图分类号：TU857 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.156

曳引钢丝绳对于电梯的运行来说有着相当重要的作用，因此，我们需要采取有效的措施做好相应的保护工作，以防因曳引钢丝绳的质量问题而引发安全事故。基于此，本文对曳引钢丝绳的磨损机制和质量控制进行探讨，相信对有关方面有一定的帮助。

1 曳引钢丝绳的磨损机制分析

电梯检规对钢丝绳作了如下规定，“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上，任何一个捻距内单股的断丝数多于4根，或者断丝集中在钢丝绳的某一部位或某一股，一个捻距内断丝总数多于12根（对于股数为6的钢丝绳来说）或者多于16根（对于股数为8的钢丝绳来说）；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，也从侧面反映了钢丝绳综合性能对其寿命的影响是巨大的。

通常，最为普遍的电梯钢丝绳的受力分析如图1所示。

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和接触应力是正比关系，因此，重点分析弯曲应力和接触应力对钢丝绳使用寿命的影响。

弯曲应力的计算公式为：

式（1）中：σw为外层钢丝所受的弯曲应力，MPa；T为钢丝绳所受的总拉力，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；q为钢丝绳的单位质量，kg/m；v为钢丝绳的运行速度，m/s；δ为外层钢丝直径，mm；E为钢丝绳的弹性模量，MPa；βr为外层钢丝在股中的捻角，°； D为钢丝绳直径，mm；d为曳引轮直径，mm。

钢丝绳在半圆槽和V形槽中的接触应力（即比压）分布如图2所示。

接触应力的计算式如下。

钢丝绳在半圆槽曳引轮中的比压P的计算式为：

从弯曲应力的表达式可以看出，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，其钢丝绳比压都会随着钢丝绳磨损程度的增加而增大，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，比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，严重时会产生黏着磨损。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，控制钢丝绳的质量，增强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50～65号优质碳素钢或60Si2Mn钢制造。钢材获得高性能的方式之一是保证其组织的纯净度，即对夹杂物，特别是非金属夹杂物的控制应严格要求。这是因为夹杂物会破坏基体的连续性，加大组织的不均匀性，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、球状不变形夹杂物。A类夹杂物为硫化物，B类夹杂物为氧化铝类，C类夹杂物为硅酸盐，D类夹杂物为球状氧化物类，Ds类为单颗粒球状夹杂物。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性、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%.另外，还要注重脱氧过程，防止产生过多的Al2O3等不变形夹杂物，在钢材轧制或使用时容易形成裂纹源，影响钢材的塑性，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，减少钢中的夹杂物。

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、结疤等一些宏观缺陷。该类缺陷会造成组织不连续，应力集中，造成断丝。因此，应合理控制轧速，同时还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。如果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时，在未达到钢丝抗拉强度的情况下易发生断裂。

除了原材料和轧制因素外，钢丝的最终热处理也是影响质量的重要一环。钢丝最终热处理后的组织为组织致密、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而形成铁素体组织。铁素体会导致钢丝的综合力学性能下降，尤其会导致钢丝绳抗疲劳性能下降。脱碳可通过添加合金元素、控制炉内气氛、在钢丝表面刷高温涂料解决。另外，还应避免产生马氏体或者大量网状渗碳体。由于马氏体抗韧性很差，组织不稳定，容易发生相变而产生裂纹，因此，在热处理时，应合理控制冷却温度和速度，从而满足性能需求。

对于在用的电梯钢丝绳的日常保养同样重要。在电梯运行的过程中，钢丝绳的油芯被交变应力挤压，使用一段时间后，油芯的储油不足，会使钢丝绳锈蚀，因此，应定期使用专用润滑油对钢丝绳进行润滑。

3 结束语

综上所述，电梯作为如今高层建筑中必不可少的设施，其安全得到了高度的重视，而曳引钢丝绳的质量则对电梯起着非常重要的作用。因此，我们需要及时采取措施做好控制工作，保障曳引钢丝绳的质量，从而为电梯的安全运行带来帮助。

参考文献

[1]马鹏.电梯曳引钢丝绳磨损断丝的原因分析[J].中国机械，2015（21）.

[2]吴义群.电梯曳引钢丝绳强度的级别探析[J].科技资讯，2012（12）.

〔编辑：刘晓芳〕