曳引钢丝绳张紧力偏差自检测方法研究

（福建省特种设备检验研究院 福州 350008）

随着近年来我国房地产业的发展，导致电梯产业的迅猛发展，随着电视网络等多媒体对电梯事故知识安全的报道和宣传，电梯的使用安全越来越引发人们的重视。电梯现在已成为高楼必不可少的交通工具，而作为电梯的主要承载力，曳引钢丝绳张紧力的不均不仅会影响电梯的平稳运行，更会影响乘客的乘梯安全，因而，研究钢丝绳张紧力实时监测的方法就尤为重要，但是，对于钢丝绳张紧力实时监测的方法目前还较为少见[1]。

1 曳引钢丝绳张紧力不均的原因与影响

目前在用主要的曳引乘客电梯是依靠钢丝绳压紧在曳引轮上所产生的摩擦力来实现轿厢与对重的上下移动的。这就要求每根曳引钢丝绳的张紧力和即时速度必须完全相同，才能实现各根钢丝绳所受的拉力相同，如果钢丝绳张紧力不均，会加速曳引轮槽的磨损，甚至会使得电梯的曳引条件不满足的危险的发生[2]。

1.1 曳引钢丝绳张紧力不均的原因分析

为满足曳引条件，钢丝绳与轮槽接触之间需要合适的比压，根据比压公式：

式中：

T——钢丝绳的张紧力；

n——绳数；

d——直径；

D——曳引轮的直径；

β——半圆切口槽的切口角。

从式（1）可知，比压p与张紧力T成正比，且径向力的大小与绳槽磨损程度成正比。若各钢丝绳与曳引轮槽之间的比压不相等的情况下，会使得曳引轮各绳槽磨损不均匀，导致各曳引钢丝绳张紧力不均。

图1 受曳引钢丝绳张紧力不均磨损的曳引轮

根据式（1）可知，比压p与绳数n成反比，即受力的曳引绳数量越少，比压就越大。图1为实际检验过程中发现的曳引轮槽磨损，如图1所示，该台电梯有6根钢丝绳，曳引比为2∶1，在曳引轮上可明显看到各钢丝绳嵌入曳引轮轮槽深浅不一，检验发现中间一根钢丝绳的张紧力过大，会使得该根钢丝绳加重对相应绳槽的磨损，造成钢丝绳磨损较大致使直径变小，并且相应的曳引绳槽的磨损也较大而使轮槽节圆直径变小，然而其余五根相对松弛，使得该根曳引钢丝绳比压就相对增大了5倍，导致各根钢丝绳的比压不均等，随着磨损的加剧，最终使得曳引条件得不到满足[3]。

除此之外，以下3点也可能引起曳引钢丝绳张紧力不均：

1）曳引轮节圆直径在工厂加工时的精度误差；

2）电梯新安装过程中的各根钢丝绳初始张紧力不一致；

3）曳引钢丝绳内应力未得到完全消除，在电梯投入使用一段时间后，各钢丝绳结构性伸长不一致。

1.2 曳引钢丝绳张紧力不均的影响

钢丝绳张紧不均会造成各曳引轮槽的节圆直径差别增大，使得各根钢丝绳的运行速度不一致：由钢丝绳运行线速度公式：

式中：

ω——转动角速度；

R——轮槽节圆半径。

由式（2）可知，对于磨损较为严重的钢丝绳相对应的轮槽半径R就会变小，使得钢丝绳运动的线速度就变小。相对应的，磨损相少的钢丝绳，其线速度就变大[4]。但是，电梯轿厢到到达相应的楼层站时，电梯的运行行程相同，这就会导致速度快的钢丝绳将在曳引绳槽内突然向后滑移，而速度慢的钢丝绳突然向前滑移，这种滑移产生的振动和噪声，不仅会影响乘坐舒适性，更严重会导致钢丝绳在绳槽的磨损加剧，导致曳引条件不满足等危险的发生[5-8]。

2 曳引钢丝绳张紧力偏差自检测原理

国家标准GB/T 10060—2011《电梯安装验收规范》5.5.1.9 项对曳引钢丝绳张紧力的一致性提出要求：至少应在悬挂钢丝绳或链条的一端设置一个自动调节装置，用来平衡各绳或链条间的张紧力，使任何一根绳或链的张紧力与所有绳或链之张紧力平均值偏差不得大于5%。

目前，绝大部分曳引电梯的钢丝绳调节装置都如图2所示，利用绳头组合将钢丝绳与螺杆连接，再利用弹簧，螺母以及垫片配合将螺杆固定在支架上，通过压缩弹簧的变形伸缩量来判断对应钢丝绳的张紧力变化情况，但在日常的检验过程中，笔者经常发现曳引钢丝绳的绳头中经常出现图3的状况，即某一根的钢丝绳张紧力过大，使得该根钢丝绳的绳头调节弹簧严重压缩。而图4所示的就是该根张紧力过大的钢丝绳相对应的轮槽，从图中可以发现，该半圆形轮槽已经磨到底了，这直接会导致半圆切口槽的切口角β增大，根据当量摩擦系数f的式（3）可知，若半圆切口槽的切口角β增大时，当量摩擦系数f也随着增大，进而可能导致无法满足曳引条件，这会引起当电梯的轿厢压实缓冲器时，曳引轮能够提升轿厢的情况即轿厢冲顶的发生。

图2 钢丝绳绳头调节装置

图3 某根钢丝绳张紧力过紧致绳头压缩

图4 曳引轮磨损

曳引钢丝绳张紧力偏差设计原理如下：

为了解决曳引钢丝绳张紧力不均引起的轮槽磨损而导致曳引条件无法满足的情况，本文设计一款在无须改变现有电梯钢丝绳绳头结构，并能够实时在线监测曳引钢丝绳张紧力不均并且超过5%的情况时，能够发出灯光报警信号，及时提醒维保人员调整钢丝绳张紧力，避免危险的发生。本装置所发出的灯光报警信号是独立的监测信号，与电梯运行的安全回路并无关联，不会对电梯运行产生影响。该监测信号是电梯空载正常运行时，若电梯钢丝绳钢丝张紧力不均超过5%时，则发出灯光警报信号。因这种张紧力偏差超过5%后并不会自动恢复，在维保人员人工恢复的前提下，是一直处于这种状态的，灯光报警信号也随之存在。因钢丝绳绳端是固定的，电梯若从空载到满载或者电梯满载时在加速或减速阶段也可能会引起钢丝绳张紧力整体发生变化导致本装置短暂地发出灯光报警信号，但是如果电梯恢复空载正常运行后，钢丝绳张紧力就会整体恢复原状，此时灯光报警信号就会消失，这样就可迅速地排除非曳引钢丝绳张力不均所引发的故障信号。

图5 钢丝绳曳引力检测装置

该装置的基本结构原理如图5所示，在该装置中，通过L连接板将钢丝绳绳头螺杆与导绳轮固定连接在一起，以确保绳头预紧弹簧压缩时，L板上的导绳轮中心在垂直方向上的位移与预紧弹簧的压缩量保持一致。在U型装置的内上方的相应位置上安装了与U型装置固定连接的反绳轮，再利用一根细钢丝绳连续绕着导绳轮与反绳轮将各绳头螺杆串联在一起。最终将细的钢丝绳绕过刻度盘5固定在绳头螺杆3上。依据胡克定律，算出绳头固定的预紧弹簧的压缩量Δx，弹簧选定后，劲度系数是固定常数，因此，曳引力与钢丝绳位移变化量成正比，通过监测钢丝绳的位移变化量来判断钢丝绳曳引力的张紧平衡状况，最终实现曳引钢丝绳张紧力的实时监测。并可将电梯空载正常运行状态时，将各根钢丝绳绳头预紧弹簧的预紧力调整为一致的时候，将刻度轮初始刻度设为0，若某根钢丝绳张紧力偏差值超过5%时，该装置会发出灯光报警信号。

3 曳引钢丝绳张紧力偏差自检测实效分析

根据GB 7588—2003附录M，通过某一台电梯设定的参数，可以计算得到校核符合要求的曳引力T1、T2，再由电梯曳引比得出钢丝绳绳头预紧力Fh=T1，根据电梯所选择的绳头预紧弹簧的劲度系数，当电梯空载运行时，各根钢丝绳绳头预紧弹簧的预紧力调整为一致时，调整刻度轮与指针打板的位置，如图5所示，指针打板指在刻度盘上0刻度处，设定为初始位置。可以计算出该根钢丝绳的弹压缩减小量为。

当某一根钢丝绳张紧力发生较大变化的变化时（超过5%时）即该根钢丝绳的张紧力为1.05Fh时，根据胡克定律，该根钢丝绳的弹簧进一步压缩量Δl，根据式（4）将钢丝绳位移Δl数值相对应的转化标定到刻度轮8的圆弧位移上。通过细钢丝绳带动刻度轮旋转，将直线位移1∶1的转化为刻度轮的圆弧位移。且指针打板是固定连接在刻度轮上，保证两者同步旋转，依据同心圆原理，刻度轮与刻度盘的半径比值r1∶r2=1∶5，因而可将较小的位移放大5倍转化到刻度盘上。

如图6和图7所示，当电梯空载运行时，钢丝绳的张紧力超过平均值的5%时，指针打板6向下旋转，并触碰到检测开关7，然后将信号转化为声音和灯光预警信号，提示维保人员迅速尽快故障。即实现了曳引钢丝绳张紧力偏差的自监测功能。

4 总结

图6 初始刻度轮调整位置

图7 出发开关指针旋转位置

本文针对日常检验过程中发现曳引钢丝绳张紧力不均的问题，结合曳引钢丝绳的运行状况和曳引条件，提出一种新型实时在线监测曳引钢丝绳张紧力的检测方案，并由此设计一种检测装置。该装置可对运行过程中的钢丝绳张紧力及其变化情况进行实时监测，若发生钢丝绳张紧力不均偏差值超过5%，则自动会发出声光报警信号，及时提醒维保人员检查、调整各根钢丝绳的张紧力，使之处于平衡状态，以减少钢丝绳对曳引轮槽的非正常磨损，进而消除电梯的安全隐患，降低电梯事故的发生概率，使电梯的运行平稳和安全得到了有效保障。