电梯曳引钢丝绳的磨损成因研究分析

李红美

（广东省特种设备检测研究院惠州检测院，广东 惠州 516000）

曳引钢丝绳是重要的电梯部件，也是易损件之一。为提高电梯的使用安全性能,在对电梯的正常运行开展维修调试的过程中需要保证钢丝绳的正确安装及维护，避免出现钢丝绳磨损以及疲劳变形等情况的发生，从而影响电梯的正常运行。为了保证电梯的运行性能，保证钢丝绳的正确使用及维护，以下从内部外部两个方面对受力磨损特征展开分析，并对维护及检验提供了改善数据（图1）。

图1 钢丝绳截面图

1 接触力分析

为了深入分析钢丝绳的磨损情况，根据图1钢丝绳截面，并对圆心角展开了具体的受力分析，具体情况如图2。

图2 受力图

图 2中，T1、T2为张力；FN为接触压力。

在该计算中，若是忽略摩擦力，那么可得下述公式：

由T1=T2，

总接触压力为：

R为钢丝绳半径（mm）；T1为圆弧段钢丝绳所受张力（N）。

2 钢丝绳磨损分析

2.1 磨损分析

在电梯运转的过程中，钢丝绳和曳引轮槽会出现摩擦，并且在摩擦的过程中会产生相应的接触应力，在启停阶段时，甚至会出现位移现象，这说明在接触应力的情况下，轮槽会造成钢丝绳较大的磨损出现，根据N·B·克拉盖尔斯基的固体疲劳磨损理论得知，相对磨损量I 为：

上述公式中，K2为不平度系数；FN为接触压力；△为粗糙度系数；E0为弹性模量，k=5；ty为摩擦疲劳参数；σ0为钢丝一次拉伸破坏应力。Kty为疲劳特性系数。通过上述公式中可以得出钢丝绳与轮槽之间存在的接触压力以及钢丝绳直线的张力由轿厢本身质量与负载质量总和、对重总质量决定。那么，在对上述分析研究后得知，若忽略了环境以及油污等方面的情况下，钢丝绳外摩擦条件以及磨损材料的机械性能等方面都会造成磨损。

2.2 钢丝绳磨损分析

（1）损伤参数。曳引钢丝绳使用的过程中，其钢丝绳存在的受力情况可以通过直线过渡和曲线等方式展现，在这三种形式中的过渡段是通过直线变化为弯曲段的状态，主要如图3所示。

图3 钢丝绳所处状态示意图

当电梯处于正常运行的状态时，内部的直线段钢丝绳的弯曲率是保持固定不变的，并且钢丝绳并不会产生位移的情况，通过上述分析后得知，在电梯运行的过程中，其钢丝绳的弯曲段以及过度段中的钢丝会产生位移现象，造成钢丝绳更为明显的磨损以及产生疲劳情况，特别是当曳引钢丝绳处于运动状态时，钢丝绳更是会加重张力，从而拉紧绳环，在拉紧的过程中，会因为变形的差异造成位移不同，造成曳引钢丝绳的疲劳以及松弛等不同的伤害。

将电梯运行中的钢丝简化成不同的弯曲圆柱体，具体如图4所示：当钢丝受到相应拉力时，错动距离为：

图4 钢丝简化模型

上述公式中的S01、S02为钢丝1、2的变形量（m）；x1、x2为单根钢丝上两个磨损点之间的长度（mm）；A0为钢丝截面积（mm2）。钢丝间的错动距离为：

式中，Ti为捻距；Ra为曳引轮半径；R0为钢丝绳截面半径。

钢丝磨损的微动速度为：

v0为微动速度(μm/s)；△Ss为错动距离(μm)；T、f为震动周期和振动频率。

在相关技术人员对钢丝绳简化后的模型进行分析后，发现两者的微动速度和转速成正比。

（2）影响因素分析。通过分析得知，在钢丝绳与曳引轮接触的情况上可以看出，由于钢丝绳内部磨损情况较为严重的具体位置是接触点位置，所以对钢丝绳内部磨损情况进行研究具有重要的实际意义。

钢丝绳内部磨损情况的研究主要是对钢丝绳钢丝的磨损分析。在对其磨损情况进行分析时，还需要结合接触应力以及接触载荷和接触面积等方面考虑，从而了解磨损程度与时间的关系。

通过上述公式分析后得知，钢丝绳钢丝出现磨损的深度与钢丝运转中存在的压力以及磨损的时间有关并且成正比，但是与其磨损出现的磨痕面积成反比。在研究中更是发现了当磨损的时间增加，其磨痕面积会逐渐缩小，磨损的增长速度也会变小，钢丝绳所受到的张力越大，钢丝的磨损深度也就越大，特别是对于过渡段而言，钢丝出现磨损的深度与其张力会起到共同影响的作用，尤其是当电梯正常运转时，曳引轮的上过渡段的钢丝更是会存在较为严重的磨损情况，需要相关技术人员对钢丝绳进行张力的调整及维护，从而达到减轻磨损的目的。

3 结语

总而言之，在对上述情况进行分析研究后，了解了电梯运行中的钢丝绳磨损情况，发现曳引轮轮槽上的钢丝绳接触的面积与载荷成正比，并且造成磨损的主要原因是两者的材料的摩擦特性以及表面几何性。而电梯的自重以及运行过程中的载重是造成电梯绳磨损的外部因素。除此之外，油污杂质以及周边的环境也是造成电梯曳引钢丝绳磨损的原因之一。在电梯处于正常运转的过程中，钢丝绳出现的磨损情况更多是发生在电梯的启停阶段，在过渡阶段的磨损情况更为严重。若是处于相同的工作状态下，比起纤维芯材质的钢丝绳而言，钢芯钢丝绳会受到更加严重的磨损情况，所以一般电梯曳引钢丝绳多采用纤维芯的钢丝绳。同时，在实际工作中为保障电梯的运行安全，提高电梯整体安全性，还应严格控制电梯曳引钢丝绳的制造质量，合理选择、安装、使用与维护钢丝绳。