电梯起重机械钢丝绳的检测与维护探讨

2023-05-24陈俊先

科技资讯 2023年8期

陈俊先

摘要：为了提高电梯运行的安全性，该文以电梯起重机的钢丝绳为研究对象，钢丝绳在使用过程中混出现磨损、形变等现象，影响电梯的正常使用，因此该文对对电梯钢丝绳的损伤形式和原因进行了研究，探索了现今情况下电梯钢丝绳的探伤方法，通过观察、无损检测等方式能对钢丝绳的内部及外部损伤进行检测，并针对电梯起重机械钢丝绳可能出现的问题提出了相应的维护的措施，以期为各位工程人员提供参考。

关键词：电梯钢丝绳检测维护

中图分类号：TU857 文献标识码：A

Discussion on the Detection and Maintenance of Wire Ropes of Elevator Hoisting Machinery

CHEN Junxian

（Hebei Special Equipment Technical Inspection Center， Baoding， Hebei Province， 071000 China）

Abstract： In order to improve the safety of elevator operation， this paper takes the wire ropes of elevator cranes as research objects. Wire ropes will appear wear and deformation during use， which will affect the normal use of elevators. Therefore， this paper studies the damage forms and causes of wire ropes of elevators， explores the flaw detection methods of wire ropes of elevators under the current situation， detects the internal and external damage of wire ropes by observation， nondestructive testing and other methods， and puts forward corresponding maintenance measures for the possible problems of wire ropes of elevator hoisting machinery， in order to provide reference for all engineers.

Key Words： Elevator; Wire rope; Detection; Maintenance

1 電梯起重机钢丝绳的损伤形式及原因

电梯是一种垂直运输的交通工具，以电动机作为动力，通过曳引系统实现运输运用。电梯可以运载乘客、货物，为人的生产生活提供便利。电梯内部结构包括井道、轿厢、机房以及层站，由动力系统、曳引系统等部分组成，曳引系统包括曳引钢丝绳、曳引轮、电机等部分。钢丝绳作为易损的动部件，一旦发生损坏会造成机械系统的故障，影响电梯设备的正常运行，严重时可能发生人员受困、受伤甚至死亡等严重事故。

1.1 钢丝绳的损伤形式

电梯起重机钢丝绳的损伤可以分为局部缺陷性损伤以及截面积损耗型损伤。局部损伤出现在钢丝绳的局部范围内，而截面积损伤则是在轴向方向上发生的范围较大、较深的损伤。

1.2 截面积损耗型损伤

1.2.1 钢丝绳的磨损损伤

电梯起重机在运作过程中，钢丝绳在接口处等位置会受到一定程度的摩擦，在外力作用下以及化学作用下钢丝的表面和内部也会存在一定的磨损。

（1）外部磨损。起重机的钢丝绳外周与钩头、滑轮等物体的连接位置相接触，在运作过程中发生摩擦，在使用过程中造成不同程度的磨损，该类磨损属于外部磨损，在绳索与其他物体的接触到的表面发生了一定程度的损害，具体表现在绳颈变细、外周表面磨平。

（2）变形磨损。在电梯运行过程中，人处在电梯内会使电梯发生不同程度的震动，因为震动和碰撞绳索表面可能造成一定程度的撞损，称之为变形磨损。起重机钢索之间碰撞或与滑轮发生挤压而产生局部变形。这种磨损表现为钢丝绳受到挤压处向两边舒展。

（3）内部磨损。在电梯起重机的运作过程中，绳索在使用时受到的负荷不均匀，每根绳索的曲率半径不完全相同，在不平衡的力的作用下，绳索内部发生弯曲和滑动，绳索内部的线股在滑轮回拉时因为局部压力而发生凹陷，凹陷处因为受到局部应力而发生断裂，造成了绳索的内部磨损。内部磨损与钢丝绳的弯曲程度、运动速度等有一定关系。

1.2.2 锈蚀

电梯间通风较差，电梯起重机的钢丝在潮湿、透气性较差的环境中容易发生腐蚀现象。当钢丝绳发生腐蚀现象时，其表面发生氧化还原反应，造成局部阳极或阴极，形成大量小电池，从而加快了腐蚀的发生。侵蚀发生的局部位置会产生应力集中点，容易在运作中发生破裂，使钢丝绳弹性降低，使其在面对强大作用力时难以受力均匀，承受冲击的能力降低。

1.3 局部缺陷型损伤

局部缺陷型损伤的判断标准是单位绳长内的断丝数量。根据我国钢丝绳报废的相关标准，我国起重机常用的钢丝绳股数是六股和八股。钢丝绳断丝可以由于磨损、锈蚀、疲劳等原因造成。

1.3.1 过载断丝

过载段是由于钢丝绳承载了超过其承受范围的重量，使其受到巨大的冲击力，造成负荷量增大，从而导致钢丝发生断裂。在电梯使用过程中，电梯内部装有超载警报提醒，可以在一定程度上避免该类事故的发生。但对绳索维护不当也会造成其承载能力降低。

1.3.2 磨损断丝

磨损断丝一般常常发生在煤矿井中，因作业过程中绳索会与井壁发生不同程度的摩擦，因而造成钢丝绳的磨损断丝。电梯起重机由于运行较为稳定，其磨损断丝一般发生在接口处，扁斜状的断口为这种断丝形式的特点。

1.3.3 疲劳断丝

疲劳断丝一般会发生在外部绳索上，由于钢丝绳在通过滑轮进行转动的过程中会发生一定程度的弯曲，而在反复作业的过程中，金属容易发生疲劳，在滑轮内弯曲时绳索内的绳股受到不同方向和大小的应力，因此在反复作业中绳丝的断裂会发生在外层钢丝弯曲程度较深的一侧。疲劳断丝的断丝口形状较为平齐，只要钢丝绳的最外缘部分会呈现拉断状态，并且距离断口拉开一定的距离[1]。

1.3.4 锈蚀断丝

锈蚀断丝的断口处不平整，呈现出针尖状。在发生腐蚀现象时，钢丝绳的物理性质会发生变化，钢丝绳的金属部分由于发生化学反应而使其刚度、延展性等性质发生变化，在腐蚀处金属断面积日渐减小，最终导致断丝。

1.4 造成钢丝绳缺陷的原因

电梯起重机的钢丝绳发生磨损、断裂等情况可能是由多方面原因造成的。钢丝绳自身的结构设计、材质问题以及规范性会影响钢丝绳的质量；电梯在制造过程中，由于计算失误或操作不当而导致钢丝绳失去原有的承载能力；电梯在安装过程中出现失误；放绳没有按照规范；缺乏后期对电梯的维护和保养；曳引的绕法、绳槽匹配程度以及钢丝绳端口安装装置不当；电梯在运输而储存环节由于操作不当而出现质量问题；电梯的使用环境较为恶劣而缺乏相应的维护等原因都有可能造成电梯起重机的钢丝绳出现问题。

2 电梯起重机机械钢丝绳的检测技术

钢丝绳有国家标准的规格指标和安全系数，对钢丝绳的直径、抗拉强度等方面有标准要求。钢丝绳有多根绳股组成，因此在检测时也分为外部检测和内部检测。外部检测可以用手摸目测的方式，通过简单的测量工具对其损伤情及段绳情况进行检查，而内部检测需要通过检测设备来确定钢丝绳是否存在内部损伤。

2.1 钢丝绳的标准规格

进行钢丝绳的质量检测时，需要测量钢丝绳的直径，选取在相隔大于 1m 的两端截面上进行，測量位置在界面的垂直方向，多次测量并计算平均值，得出钢丝绳的实测直径。

钢丝绳的报废标准：钢丝绳出现局部压扁、纽结、弯折；绳子测量直径小于公称直径的90%；钢丝绳大面积氧化，在钢丝绳绳股的缝隙存在大量氧化产物；钢丝绳断丝出现较多且曳引轮与绳之间磨损较为严重出现一定程度的横向位移。

2.2 钢丝绳国际 ISO 报废标准

在实际的使用中，需要对钢丝绳进行定期检验，根据钢丝绳状态判断在下次检验之前，钢丝绳的损伤程度是否会超过安全标准。目前电梯设备中主要应用 6 股钢丝绳，通过 6 股绳股捻绕绳芯制得。由国际标准 ISO 4309：2010 可知，通过对钢丝绳的断丝情况进行量化可确定是否报废[2]。

2.3 钢丝绳的安全性能评价标准

电梯钢丝绳的安全性能评价需要对钢丝绳的张力、钢丝绳与曳引轮的匹配程度、钢丝绳的润滑情况以及钢丝绳的磨损、断丝、变形、损伤、腐蚀等方面的情况进行检测，并制定相应的评判等级，根据等级采取不同的应对措施。

钢丝绳的直径应与曳引轮的直径相匹配，以确保钢丝绳不会受到较大程度的弯曲而造成疲劳和损伤，曳引轮的直径应当在钢丝绳直径的40倍以上，减少钢丝绳因受到过度弯曲而造成的累计损伤。

在电梯曳引系统中，钢丝绳分为独立的5组和6组，各组钢丝对电梯承载的重量进行平均，各组钢丝绳在正常情况下受力均匀。在对钢丝绳的张力进行检测时，需要判别钢丝绳在使用过程中所受到的张力是否均匀和充分，运用张紧力测试仪等工具进行检测。

钢丝绳在使用过程中受到一定程度的磨损和腐蚀，当磨损量超过钢丝绳直径的10%时应当对其进行维修更换，对于受到腐蚀的钢丝绳，要求其辅食的深度不超过钢丝绳直径的30%。在检测过程中，对损伤和腐蚀程度进行分级评判并采取不同的维护和维修措施。

在检测钢丝绳的断丝情况时，当断丝达到一定程度时，钢丝绳的局部受力会超过其所能接受的强度极限，不及时更换则会引发电梯坠落事故。对于六股绳的电梯钢丝绳来说，当一个捻距中的断丝数大于12根应将该绳报废，同时要检测钢丝绳绳端的段丝情况，对断丝超标的钢丝绳进行更换。同样，在钢丝绳出现畸变、纽结、弯折、严重锈蚀、外层松动等情况时，应当报废钢丝绳。

在对钢丝绳的润滑情况进行检测时，需要确保钢丝绳绳心含有足量的润滑油，在受到挤压时会有少量的润滑油从绳中溢出，以此来减少震动、摩擦过程中对钢丝绳造成的磨损，同时也要避免过度润滑，钢丝绳的过度润滑会在电梯运行过程中容易造成曳引轮的打滑，引起电梯运行失控。在检测过程中，如出现钢丝绳内部润滑油过度挤出的现象，则表明钢丝绳老化超载，应当及时对其更换。

2.4 电梯钢丝绳的手摸目测检测方法

电梯钢丝绳的手摸目测法是通过直观的方式以及简单的工具对电梯钢丝绳质量进行检测，判断其磨损程度和腐蚀程度，通过游标卡尺测量钢丝绳的直径，并与公称直径相比较计算出钢丝绳的磨损量，判断钢丝绳是否应该报废，并且根据其磨损程度来制定后期的保养计划。该方法只能对外部磨损以及腐蚀情况进行检测，当钢丝绳的内部存在断丝等情况时该方法则难以对内部磨损进行检查。

2.5 电梯钢丝绳的超声波检测方法

超声波检测方法能够极大程度地提高起重机钢丝绳质量检验的准确程度。超声波检验依赖于超声波设备和控制处理系统，在进行检测时，通过对电梯起重机钢丝绳内部的振动频率等技术参数测定来判断钢丝绳的内部磨损情况。在进行超声波检测时，钢丝绳由于出现磨损而是局部介质物理性质发生改变，超声波在通过绳索时，在发生变化的介质中其传播速度会发生变化，根据传播速度的变化状态可以获得钢丝绳内部磨损及腐蚀的具体情况。超声波检测法能更加精准、高效地确定钢丝绳具体磨损的位置以及磨损程度。但该方法在使用过程中也会存在一定的问题，由于电梯间密闭且空间较小，因此出现噪音时会对电子检验的效果产生较大影响。另外，电磁检测系统有传感器、处理器等多部分组成，在设备安装的过程中较为复杂，容易出现操作不当而造成测量结果可靠性以及稳定程度降低。

2.6 钢丝绳损伤电磁检测

对于不同物质来说，导磁能力存在着较大的差异。电梯钢丝绳的漏磁检测法是通过永久磁铁对钢丝绳进行检测，在检测过程中使用传感器感应钢丝绳磁场周围发生的变化[3]。由于钢丝绳发生磨损处以及腐蚀处的物理性质会发生变化，在永久磁铁经过时会发生漏磁现象。通过传感器对磁场的变化程度和变化位置进行检测，可以进一步分析和计算出钢丝绳的磨损与断丝情况。

3 电梯钢丝绳的维护措施

造成钢丝绳缺陷的主要因素包括：钢丝绳的预张力、曳引轮的轮绳比、绳型与绳槽的匹配、偏角、润滑性能、工作环境。电梯应用在人的日常生活中，一旦发生事故会对人的生命健康造成极大的威胁。因此，对电梯设备的维护应该体现在电梯全寿命的各个阶段中，包括电梯的设计、制造、安装、调试、使用、查找故障和维修、拆卸及运输等，并且需要考虑电梯运作的动态情况，将一切可能发生的事故进行考虑并预防。电梯的起重机拥有动能大、势能高的特点，并且机械结构较为复杂。电梯在运行中所处的环境处于密闭空间，需要进行一定程度的维护来防止钢丝绳出现锈蚀情况。

3.1 电梯钢丝绳设计、保存、运输及安装环节的维护

在电梯设计过程中，需要按照相关标准来确定曳引轮轮绳比，通过精确的计算使轮与绳硬度相匹配，在电梯运作的过程中钢丝绳所受到的单强度/双强度符合承载能力范围。对于不同规格的电梯需要根据其具体情况来选择钢丝绳的规格，选择适合工程设计规范的钢丝绳避免其绳芯在使用過程中出现问题。

曳引轮是曳引系统的主要载体，在电梯的使用过程中，由于电梯上下运动而产生静摩擦，绳槽处出现偏移，会对钢丝绳造成一定程度的磨损，不均匀磨损在电梯运行过程中还会产生震动，影响电梯的安全。因此，需要对曳引轮绳槽的整个壁面在足够的深度上具有相等的均匀组织及相同的硬度。

在电梯的储存运输过程中，要确保在干燥环境下对电梯绳进行储存，并且注意对绳索的保护，避免钢丝绳在运输和储存过程中锈蚀、磨损断丝等情况。运输过程中保证其不会受到雨水、暴晒等天气因素的影响[4]。

3.2 从不同故障原因角度进行电梯维护

机械磨损故障常发生于电梯内的动部件，在电梯的运输过程中，由于震动等原因会造成钢丝绳的磨损，这是电梯在正常运行中必然发生的机械磨损，因此需要定期对电梯进行大的检修。同样，电梯机械系统中的机械疲劳故障较常造成钢丝绳的变形和断裂，钢丝绳长期受到拉应力的作用下由于受力不均而发生局部疲劳，对于磨损及疲劳故障，需要每隔3～5年对电梯的钢丝绳、轴承等动部件进行维修。

3.3 利用检测结果制订维护及维修计划

对电梯的使用状况以及绳索的质量进行检测，能够及时发现安全问题，并采取一定的维修以及维护措施，来确保电梯使用过程中的安全性。在进行电梯钢丝绳的检查时，需要对钢丝绳的使用情况、钢丝绳的使用年限及标准规定、钢丝绳的腐蚀、磨损及断丝情况进行检测。通过具体的损坏程度来进行的钢丝绳维护。

在电梯运行过程中，由于钢丝绳内部绳丝的受力情况不同，因此形变程度较大的绳丝会发生断裂现象，导致电梯钢丝绳的断丝。电梯的正常运行有可能导致的损耗和断丝，在运行过程中由于巨大冲击力同样可导致钢丝绳的扭断和拉断丝，电梯的磨损情况可以体现在直径的变化上，钢丝绳的直径变化会直接导致电梯整体的承载能力发生变化。对于断丝情况的出现，需要根据断丝程度来对钢丝绳及时进行维修和替换。避免因钢丝绳他损坏而对电梯的承载能力造成影响。

3.4 做好钢丝绳保养维护工作

电梯钢丝绳各钢丝绳间张力严重不均、绳芯缺油、曳引轮落槽、环境锈腐蚀、更换不同规格的钢丝绳、严重超载等情况都有可能造成钢丝绳的磨损。电梯钢丝绳在使用过程中，机房和井道内的温度、湿度、气体介质等环境条件，对钢丝绳的使用寿命也有重要影响。在较恶劣的环境下长时间工作会加剧钢丝绳的磨损断丝、锈蚀，最终影响整体曳引系统的安全性能。

钢丝绳的保养和维护能够极大程度地提高钢丝绳的使用寿命，确保电梯运行过程中安全性。按照电梯运行的动态情况以及检测结果来选择合适的保养维护方案，同时参考相关的电梯维护规定确定保养的次数、间隔时间以及保养方式，使钢丝绳保持良好的技术状态，在一定程度上减少由于作业造成的不同程度的磨损、锈蚀、霉烂等情况。提升电梯整体运行的安全与稳定性。在实际的电梯钢丝绳的维护工作中，钢丝绳的维护主要可以通过以下几个方面进行。

3.4.1加强对电梯起重机钢丝绳的潤滑

根据维护计划定期对钢丝绳的内芯添加润滑油。若电梯在实际运行过程中使用时间和频率发生较大程度的变化，要及时根据实际环境条件调整添加润滑油的时间和频率。

3.4.2对电梯起重机的钢丝绳进行平衡调整

在进行电梯钢丝绳的检测过程中，若发现钢丝绳在运行过程中的受力产生了一定问题，需要对钢丝绳及时进行调整，确保运行过程中电梯的平衡性，同时也避免绳索由于受力不均匀在长期运行中导致的损坏[5-6]。

3.4.3定期对钢丝绳的表面进行清洁

在电梯的运行过程中，钢丝绳的表面容易形成润滑油的油污，油污会在一定程度上改变钢丝绳局部摩擦力，容易在局部区域出现磨损情况。因此需要对块状油污及时进行清理。保持钢丝绳的表面清洁也能在一定程度上避免腐蚀的发生。

3.4.4重视钢丝绳检验与养护的记录管理

在钢丝绳的维护过程中，对钢丝绳的状态以及维护进行记录。掌握电梯使用规律和频率以及钢丝绳的工作环境、强度变化状况和动态状态，当检测出钢丝绳发生磨损时，根据记录情况对磨损原因进行推测分析，及时调整维护措施。

4结语

该文对电梯起重机械的钢丝绳磨损原因进行了探究，研究了现有的钢丝绳检测方法，传统的目测方法、超声波检测方法以及电磁检测法在钢丝绳的检测中较常得到应用。根据检测结果，需要对受损钢丝绳进行替换或维护，重点探究了钢丝绳的维护方法。

参考文献

[1] 路贵兰.电梯钢丝绳断丝故障检测系统[D].河北：河北科技大学，2019.