电梯曳引钢丝绳维保和更换时应注意的3个问题

一天天的过

本文刊登于《中国电梯》杂志2023年第11期
作：冯伟斌 / 广州特种机电设备检测研究院
曳引驱动电梯使用的钢丝绳一般是由多条高强度钢丝编绕在一起捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量的股捻绕成螺旋状的绳。因此，钢丝绳具有较高的抗拉强度、疲劳强度和冲击韧性。钢丝绳在长期带负荷使用中，其外层钢丝由于受到疲劳和磨损的影响，会出现断丝现象。钢丝绳局部的断丝甚至断股表明钢丝绳已存在机械缺陷，表现在两方面：
(1)钢丝绳在使用过程中承受拉伸应力，在通过电梯曳引轮和反绳轮时，还要承受压应力和弯曲应力。随着电梯运行次数的不断增加，钢丝绳频繁被拉伸、弯曲，容易使钢丝产生疲劳，韧性下降。
(2)钢丝绳在使用过程中由于受到交变应力的作用，当钢丝变形不同步时，钢丝之间就会有滑移，从而产生磨损，磨损造成钢丝绳直径减少，钢丝绳磨损处产生微裂纹，微裂纹尖端在切应力作用下发生塑性变形，使微裂纹扩展而产生断丝。钢丝绳产生断丝的过程，就是钢丝绳失效的过程[1]。钢丝绳失效后，使用单位和维保人员应及时更换钢丝绳，以免造成使用安全问题。同时，若钢丝绳更换方法不当，也会产生使用安全问题。下面笔者针对钢丝绳使用和更换中的3个问题，分析其对电梯安全运行的影响，并提出相应解决对策。
1 新旧曳引钢丝绳混合使用的问题
曳引驱动电梯由多根钢丝绳悬挂，在电梯安装时，钢丝绳会使用同一生产批次的。钢丝绳使用一段时间后，其自然拉伸达到极限，不再产生拉伸变化。如果某根钢丝绳出现断丝或者断股，会导致其余的钢丝绳张力不均。拉力增大的钢丝绳会产生塑性变形，钢丝绳的破断拉力和疲劳寿命随之大幅降低，甚至达到报废标准。更换钢丝绳时，如果只更换其中的1根或几根钢丝绳，而不是将所有钢丝绳同时更换，那么就会加快其余钢丝绳的报废速度，因为新旧钢丝绳张力不同。同时也会造成对曳引轮磨损不均，导致曳引轮损坏[2]。此外，钢丝绳张力不均还会带来其他问题。比如，钢丝绳绳端拉杆和弹簧受力不均，容易造成弹簧的变形和断裂；而钢丝绳张力不均导致的曳引轮磨损，会造成驱动主机晃动、编码器损坏、称重装置产生较大的误差等一系列的故障，严重时会造成电梯溜车事故。笔者对某住宅小区的乘客电梯进行检验时发现，同一批次的10台电梯，其中有4台电梯的曳引钢丝绳都有这样的情况：5根钢丝绳中有1根或2根是新更换的钢丝绳，其余是旧钢丝绳。旧钢丝绳都出现了断丝的情况，所有的断丝都处于对重一侧大约是井道上方1/3的位置。这一位置是整段钢丝绳受力较大且容易出现问题的地方。这些钢丝绳在电梯运行过程中摇摆幅度较大，张力明显不均。经了解，新更换上的钢丝绳才使用了1个月左右的时间。由此可见，只更换1根或几根钢丝绳会导致其余钢丝绳张力不均，而且很难将全部钢丝绳调到张力一致的状态。就算张力调整到接近一致，但由于旧钢丝绳相比新钢丝绳已运行了一段时间，已没有拉伸的余量，而新钢丝绳在经过一段时间运行后，很快会发生拉伸变化，出现新旧钢丝绳长短不一的情况，极易造成钢丝绳跳槽或乱绳等情况的发生。因此，同一台电梯，哪怕只有其中的1根钢丝绳达到报废标准，或者出现断丝断股现象，都应一起更换全部钢丝绳。
2 曳引钢丝绳出现生锈飞粉的问题
曳引钢丝绳出现生锈飞粉现象分为两种情况。(1)钢丝绳生锈形成锈粉。钢丝绳的绳芯在钢丝绳工作过程中起支撑绳股的作用，保证钢丝绳在使用过程中应有的形状和圆度；同时，绳芯的润滑油能在绳股和绳丝表面形成油膜，填充绳丝之间的间隙，减少绳股和绳丝之间的摩擦并防止钢丝绳被腐蚀生锈。在实际使用中，钢丝绳可能在安装工地曾经被水侵蚀过，或者钢丝绳长期暴露在潮湿的井道里，尤其是处于轿顶上装了空调的湿热井道环境中，水已进入绳芯中。由于水与油不相容，在绳压作用下，油很快被挤出绳芯，并与钢丝绳上面的铁粉末、尘埃混杂成一块块油泥，最后脱离钢丝绳，使钢丝绳表面出现干燥缺油的现象。同时，绳芯因缺油也会干枯萎缩。钢丝绳各绳股在拉力作用下挤在一起，造成钢丝绳绳股凹陷变形，绳股之间的磨损增大，寿命降低。在这种情况下，由于各绳丝之间相互摩擦，绳丝表面被磨下一层铁粉，绳股表面就会产生锈粉，此时的钢丝绳极易引发“雪崩式”脆性断裂。(2)曳引轮槽渗碳层被钢丝绳磨损后掉下来的粉末经氧化形成锈粉。钢丝绳因受力不均出现笼状畸变、绳股挤出，钢丝绳扭结、部分压扁、弯折甚至缺油干燥，对曳引轮伤害极大。曳引轮的材质是球墨铸铁，表面因为淬火处理呈黑色。由于钢丝绳硬度高，曳引轮槽与钢丝绳相互摩擦，就会掉铁末。新钢丝绳使用的剑麻纤维芯含油量高，对曳引轮槽的磨损相对较小，掉的铁末呈细小黑渣状。当曳引轮槽淬火层被磨掉后，渗碳层会被严重磨损。同时，渗碳层磨损颗粒大，会把剑麻纤维芯中的油挤出来。钢丝绳没有油，渗碳层的磨损速度也会加快。细小的铁粉与空气中的氧气和水汽充分接触，很快被氧化成红色粉末状态的Fe2O3，这就是经常能够看到的曳引轮周围布满的红粉。锈蚀对钢丝绳和曳引轮槽机械性能的影响远超过磨损对其的影响，对电梯的运行安全构成严重威胁。对已经严重锈蚀的钢丝绳视而不见，或者对其进行简单的除锈后继续使用都是危险的做法。发现钢丝绳严重锈蚀，维保单位应该告知使用单位问题的严重性及其后果，并及时更换新的钢丝绳。
3 曳引钢丝绳与曳引轮同时更换的匹配问题
曳引轮槽一旦出现磨损就必须及时更换曳引轮，否则会直接影响到电梯的运行安全。值得注意的是更换曳引轮的同时还必须把在用的旧钢丝绳一并更换，因为曳引轮槽的磨损与在用钢丝绳自身存在的问题有直接关系。在用钢丝绳自身可能存在如下问题：长期缺乏调整造成的张力不均；缺油干燥造成的摩擦力增大；没有拉伸余量，出现塑性变形；长期带负荷使用，机械性能大幅降低，钢丝脆性增大，其外层钢丝因疲劳和磨损出现微裂纹甚至出现断丝。这些问题仍会损坏新更换的曳引轮，所以曳引轮与旧的钢丝绳必须同时更换。在电梯运行过程中，曳引轮与钢丝绳直接接触，钢丝绳对曳引轮槽产生一定压力，在主机驱动下，曳引轮槽产生的摩擦力带动钢丝绳运动。钢丝绳外层钢丝是与曳引轮直接接触的部分，它和曳引轮是一对摩擦副，选择适合的硬度匹配关系才能使摩擦副达到最佳的使用效果。在更换曳引轮和钢丝绳时，必须注重两者在硬度、材质上的配合。在硬度上，一般情况下，曳引轮槽的硬度较钢丝绳的软一些，在电梯运行一段时间后，曳引轮槽经过适量的磨损后，钢丝绳卧入曳引轮槽内能够与曳引轮槽更好地配合。通过查阅相关资料，在选型时可参考表1确定钢丝绳外层钢丝强度与曳引轮布氏硬度的配合，但需要注意这并不是曳引轮与钢丝绳兼容的唯一决定因素[3]。

在钢丝绳材质上，除了最基础的钢丝绳安全系数要满足要求外，还要考虑钢丝绳预拉伸量、使用频率、抗拉等级以及与曳引轮槽的匹配；曳引轮槽磨损的快慢与曳引轮制造材料的强度、延伸率和硬度有关，适当配置强度、硬度和韧性，既可提高材料的耐磨性，又能使曳引轮槽有适当的软性，这样能够延长新更换钢丝绳的使用寿命。
4 结语
在电梯定期检验中，钢丝绳属于查验性的检验项目，因此许多维保人员不重视对钢丝绳的日常维护保养。检验时往往遇见一种不能理解的现象：钢丝绳严重磨损，出现生锈飞粉，甚至是断丝断股现象，导致张力严重不均，而使用单位和维保工作人员却视而不见，直到检验机构开具整改单才按相关要求认真整改。同样，如果检验人员不认真检查，那么在一个检验周期内所需承担的安全风险是较大的。因此，使用单位和维保单位应重视钢丝绳失效产生的风险和可能带来的经济损失，检验人员必须认真重视钢丝绳的现场检验，只有这样才能保证钢丝绳使用安全，保障电梯运行安全。
参考文献
[1]李海.浅谈电梯用钢丝绳的损坏检验及维护保养[J].技术与市场,2021(1):92-93.
[2]韩丹.电梯用钢丝绳维氏硬度检测影响因素分析[J].金属制品,2016(3):49-52.
[3]吴剑平,屠雪萍.引起电梯曳引钢丝绳与曳引轮失效的原因分析[J].中国电梯,2018,29(17):29-