电梯用钢丝绳的特性分析和现场甄别

张小虎 / 上海市特种设备监督检验技术研究院

电梯用钢丝绳的特性分析和现场甄别

张小虎 / 上海市特种设备监督检验技术研究院

0 引言

随着社会经济的发展，城市不断地向“高”发展，随之电梯也向着高层、超高层发展，因此对电梯用钢丝绳的要求也越来越高，电梯用钢丝绳成为保障电梯安全运行一个的重要部件。

依据GB 8903-2005《电梯用钢丝绳》，在现场对电梯上使用的钢丝绳进行检测时，一般多为目视检测，主要为外观检查。通过手动各种功能开关的动作试验以及利用游标卡尺、钢直尺、卷尺和塞尺测量，并通过计算来检查或试验电梯相关设施和零部件设置的有效性、功能开关的可靠性，以及各种安全尺寸的符合性。该检查手段过分依赖于检测人员的工作经验，对于钢丝绳部分只能有限地观测其表面损伤或明显的绳径变化，而对其内部的断丝、磨损、锈蚀，特别是纯金属学性质引起的性能退化则基本无法察觉。

根据钢丝绳使用性能对电梯安全性能的影响，本文对电梯中使用的钢丝绳从几个方面进行分析。首先，对电梯用钢丝绳的相关参数进行介绍；其次，对影响钢丝绳的使用寿命的因素进行简要分析；最后，对电梯用钢丝绳进行现场判定分析。针对多种现场判定情况，给出合理的解决方法，以便延长钢丝绳的使用寿命，保证乘员的生命安全。

1 电梯用钢丝绳的相关参数

在电梯系统中，轿厢的振动水平是衡量电梯乘坐舒适性的一个重要指标。而电梯的曳引机构的平稳直接影响着电梯的舒适水平。在曳引机构中，钢丝绳型号的正确选择是保证电梯平稳运行的关键，下面对钢丝绳几个相关参数进行介绍。

1.1 电梯用钢丝绳的直径及测量方法

GB 7588-2013 规定电梯的曳引钢丝绳根数不能少于2根，直径不能小于8 mm，所以常用钢丝绳的公称直径为8 mm、10 mm、12 mm、13 mm以及16 mm。

钢丝绳直径的正确测量方法应使用带有宽口的游标卡尺来测量，其钳口的宽度要足以跨越两个相邻的股。

测量应在钢丝绳端头15 m外的平直部位上进行，在相距至少1 m的两截面上，并在同一截面互相垂直地测取两个数值，取四次测量结果的平均值，即为钢丝绳的实测直径。

测量位于轿厢最底层的加减速段的钢丝绳为最好。

1.2 捻距

绳股围绕绳芯旋转一周所移动的距离称之为捻距。GB 8903-2005 规定钢丝绳的捻距应不超过钢丝绳公称直径的6.75倍。

1.3 含油率

天然纤维芯的含油率为10%～15%，人造纤维芯的含油率为4%～10%，独立的钢丝绳芯含油率为0.80%～1.80%，复合钢芯根据复合芯的不同而不同。

需要注意的是GB 8903-2005 规定钢丝绳用的润滑剂应具有防锈性能。在捻股过程中对所有绳股进行润滑，最后合绳时不能使用润滑剂。

1.4 伸长率

伸长率：钢丝绳由于其生产特性、自身结构和材料性能，在使用过程中必然伴随着变形和伸长。钢丝绳的伸长有弹性伸长和结构伸长。纤维芯和钢芯各不同，纤维芯弹性伸长不能大于0.2%，结构伸长不能大于0.6%。钢芯弹性伸长不能大于0.15%，结构伸长不能大于0.45%。弹性伸长跟平层精度有关，与缓冲距离无关；结构伸长可能造成缓冲距离变小，但是一般90 d后就稳定不变了。

弹性伸长的大小主要取决于钢丝绳的结构及各组成元素的性能（强度、捻距、钢芯、纤维芯等）。当施加载荷消除后，其弹性伸长可以恢复，这种弹性伸长对钢丝绳的使用危害不太大，危害最大的是钢丝绳结构伸长。结构伸长是钢丝绳中丝与丝、股与股、内外层绳之间的间隙及捻制应力、直径、捻距等因素在钢丝绳受到交变载荷作用下发生变化产生的。当施加载荷消除后该结构伸长不能恢复，也就是发生了塑性变形。因此，钢丝绳结构伸长这一原因对钢丝绳的使用存在极大的潜在危害，主要反映在钢丝绳的使用长度发生变化，不能正常运行，造成钢丝绳需经常进行长度调整，尤其在钢丝绳使用的初级阶段情况更严重，30 d内有时需要调整2～3次。例如，电梯钢丝绳的结构伸长会影响电梯的停留高度，不能保证电梯轿厢平层的准确性，既不安全又耽误时间。

2 影响钢丝绳寿命的主要因素

由钢丝绳构成的曳引装置是电梯运行的重要机构，用来承受电梯轿厢的全部重量并对其进行曳引。由于钢丝绳强度高、自重轻、能承受震动载荷；弹性好，能卷绕成盘；极少骤然断裂、高速下运行平稳；成本低等优点，一直广泛应用于物品的提升、起重、运输系统中。分析影响钢丝绳使用寿命的各种因素，对正确使用钢丝绳、延长其使用寿命，提高电梯安全性能，具有重要意义。

2.1 不同种类钢丝绳的使用寿命

在钢丝绳的使用过程中，切口是影响钢丝绳使用寿命的重要因素。而由于钢丝绳的种类不同，切口对其的影响也不同。图1、图2分别表明切口对半圆槽和V形槽这两种槽口型号钢丝绳使用寿命的影响情况。

图1 切口对半圆槽使用寿命影响

如图1所示，如果不带切口半圆槽钢丝绳的寿命为1，那么当切口角α= 75°时，其寿命只有不带切口半圆槽钢丝绳寿命的0.3；当α= 85°时，其寿命只有不带切口半圆槽钢丝绳寿命的0.2；当α=105°时，其寿命只有不带切口半圆槽钢丝绳寿命的0.05。也就是说，切口角越大，钢丝绳使用寿命越短。

图2 切口对V形槽使用寿命影响

如果不带切口半圆槽钢丝绳的寿命为1，那么当γ= 45°的V形槽时，其寿命只有不带切口半圆槽钢丝绳寿命的0.2；当α= 42°时，其寿命只有不带切口半圆槽钢丝绳寿命的0.16；当α= 35°时，其寿命只有不带切口半圆槽钢丝绳寿命的0.04。

由对图1、图2的分析可知，种类不同的钢丝绳其使用寿命为：半圆槽＞带切口的半圆槽＞V形槽＞带切口的V形槽的。

2.2 绳径比对钢丝绳使用寿命的影响

绳槽的形状问题直接影响着接触面积的大小，即比压问题，在实际的使用过程中发现，不同的绳径比对钢丝绳的使用寿命也有重要影响。如图3所示，比压越大，钢丝绳的使用寿命就越短。

图3 绳径比对使用寿命的影响

从图3可以看到，如果r/d= 0.5时，寿命最大（120%左右）。但是考虑到实际上钢丝绳是正公差，所以在应用时，选择r/d= 0.53。

2.3 检查与维护对钢丝绳使用寿命的影响

在日常使用过程中，定期的检查与维护直接影响钢丝绳的使用寿命，在钢丝绳上定期涂抹润滑油，会减小钢丝绳的使用损耗，也是延长其使用寿命的重要方法，如图4所示。

图4 使用润滑油对钢丝绳使用寿命影响

由图4可见，如果有润滑油的钢丝绳寿命为100%，那么没有润滑油的钢丝绳的寿命只有50%，有润滑油的钢丝绳+使用过程中再润滑可以达到150%的使用寿命。

因此，在钢丝绳型号的选用问题上，根据自身的使用情况，合理选择钢丝绳的种类是提高电梯安全性能的重要保障。而电梯的安装质量、维护的好坏以及钢丝绳的润滑情况等都会影响到钢丝绳的使用寿命。

3 电梯用钢丝绳损坏的现场判定

在现场的检查过程中，主要针对钢丝绳的直径、张力差、润滑以及锈蚀情况等依次进行排查。

3.1 直径检查

采用专业的测量仪器，对钢丝绳的各个绳股最外侧的直径进行测量。通常以相距1～2 m的两点进行操作，在每点相互垂直方向上分别测量三次，求取测量值的平均值为实测直径。

当发现钢丝绳断丝时，就必须使用放大镜对钢丝绳单股的一个捻距内断丝数进行计数，然后再检查断丝部位是分布在整根钢丝绳，还是个别地方。注意观察钢丝绳断丝的断口情况，其断口呈现杯状塑性收缩应为超载造成的；其断丝分布在表面，断口扁平，而且使用年限比较久，这种情况应该为磨损断丝；在钢丝绳最外层，断口形状平齐应为疲劳断丝；在使用环境特别差的电梯，出现断口不整齐，呈钎尖状应为锈蚀断丝；其断口呈剪切状，基本上是因受外力影响造成的剪切断丝。当判断钢丝绳出现断丝情况时，需维保人员及时更换钢丝绳。

3.2 张力差检查

钢丝绳的张力不均会加速钢丝绳的磨损情况，电梯用钢丝绳一般分为有无绳头弹簧两种。对于有绳头弹簧的钢丝绳，直接用直尺对弹簧的形变程度进行测量；而对于没有绳头弹簧的钢丝绳，选择让电梯停留在一定高度上，然后将各钢丝绳拉出一样的长度，观看各绳之间的张力差。两种检查方法的具体更换指标也需通过生产厂家的指标确定。

当钢丝绳受力不均匀时，导致曳引轮各槽比压不同，有的钢丝绳在曳引轮槽之间打滑，有的钢丝绳不打滑。钢丝绳张紧不均匀，引起各绳槽不均匀磨损，形成各槽的节圆直径差，造成运行不平稳，从而带动轿厢抖动。根据国家标准规定，各绳之间的张力差不能超过5%。当测量结果超出规定范围，则应及时停机维护，重新调整张力差，将轿厢的重量平均分配到每根钢丝绳上。

3.3 润滑问题

在电梯定期检验中，维保人员经常会发现钢丝绳表面积聚着一层油污，这是从钢丝绳内渗出的润滑油和灰尘混在一起形成的。油污的附着不仅影响钢丝绳的使用寿命，还会改变钢丝绳在曳引轮槽中的摩擦因数，降低曳引能力。在轿厢轻载或重载的情况下，可能造成钢丝绳打滑，导致轿厢冲顶或蹲底。维保人员应该在发现油污时，及时对其进行清洗并重新进行润滑工作。

通常情况下，新出厂钢丝绳大部分在生产时已经进行了润滑处理，但在使用过程中润滑油脂会流失减少。鉴于润滑不仅能够对钢丝绳在运输和存储期间起到防腐保护作用，而且能够减少钢丝绳使用过程中钢丝之间、绳股之间和钢丝绳与曳引轮槽之间的磨损，对延长钢丝绳使用寿命十分有益。因此，为把腐蚀、磨损对钢丝绳的危害降低到最低程度，进行润滑保养十分必要。

首先，一定要选择适宜的钢丝绳润滑脂。电梯钢丝绳润滑脂应采用有一定摩擦因数的专用摩擦脂，高性能的钢丝绳润滑脂是维护钢丝绳、延长钢丝绳寿命的根本保障。其次，要采取正确的润滑方法。通常对钢丝绳的润滑保养有几种方法：一种方法是将钢丝绳拆卸下来，放在80～100 ℃的润滑油中浸泡约2～4 h；另一种方法是用刷子将润滑剂直接刷在钢丝绳上，关键是涂刷的方法和间隔要掌握好。一般直径约12 mm的钢丝绳，每40 m涂刷1 kg左右的润滑脂，涂刷间隔在14 d左右；第三种方法是使用专用的钢丝绳润滑设备对钢丝进行润滑，这种方法简易但成本高。具体采用哪种润滑剂及润滑方法应按钢丝绳制造厂的规定要求进行。

4）锈蚀问题

钢丝绳的锈蚀是指其金属表面受周围化学、电化学介质以及其他腐蚀性物质的腐蚀而产生的破坏现象。钢丝绳在使用过程中的锈蚀现象非常普遍，钢丝绳外部锈蚀容易被观察发现，而内部锈蚀则较难检测和评价。在有些使用场合，锈蚀对钢丝绳机械性能的影响远远超过断丝和磨损的影响。

钢丝绳一旦被腐蚀，导致有效面积减少，承受冲击载荷能力降低，使磨损速度加快，使用寿命将大大缩短。当检查发现钢丝绳锈蚀严重，或点蚀麻坑形成沟纹，或用锤敲打发现外层钢丝松动时，不论断丝数多少或绳径是否变化，必须立即更换钢丝绳。当钢丝绳内部生锈及绳芯无油时，则外观会出现“红油”，此时应剁开钢丝绳绳头部位，检查钢丝绳内部情况，若为内部腐蚀导致，则需及时更换钢丝绳。

钢丝绳是保证电梯安全运行的关键因素，在日常管理中，除了对电梯钢丝绳进行检查外，也要重视电梯钢丝绳的维护管理，定期对钢丝绳进行除锈、绳面防腐剂涂抹等工作，延长钢丝绳的使用寿命。

4 结语

钢丝绳作为电梯的重要曳引装置，承受着电梯轿厢的全部重量，同时依靠槽轮摩擦力来对轿厢升降进行驱动，钢丝绳的质量可以说是确保电梯使用安全的关键因素。从使用经验上来看，电梯钢丝绳损害主要由于长时间工作的磨损、锈蚀、弯曲疲劳以及外伤形成的。因此，在电梯安装前和日常的使用过程中，对钢丝绳的检验工作是十分重要的。在电梯的日常维护检查中，始终保留完整详细的记录。将使用前和使用中的测量数据、表面情况、以及提升过程中发生的变化进行详细记录，以便从中找出钢丝异常变化的原因，掌握钢丝绳强度变化情况，完善钢丝绳的使用环境，及时发现问题、处理问题，延长钢丝绳的使用寿命，从而确保电梯在安装及使用过程中的安全。

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