第37卷 第2期金 属 制 品2011年4月 V o l.37 N o.2M e t a l P r o d u c t s A p r i l2011 d o i:10.3969/j.i s s n.1003-4226.2011.02.018
电梯曳引钢丝绳断股现象引发的思考
赵迎龙
(江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院, 江苏 无锡 214000)
摘 要 针对一起典型的电梯曳引钢丝绳断股案例,结合现场检查结果,从曳引绳张力偏差(要求曳引绳张力与平均值偏差不大于5%)、曳引机曳引条件(要求设计合理)、钢丝绳日常维护(要求定期维护保养及检查)、安装(要求安装正确并及时调整钢丝绳张力)等4个方面分析可能造成钢丝绳产生断股的原因,判定由于操作不当对钢丝绳表面造成的机械损伤是导致钢丝绳断股的主要原因。针对钢丝绳在永磁同步无齿轮曳引机上应用的特点,从钢丝绳设计及选型、安装、日常管理与维护等方面进行分析,提出影响钢丝绳安全性能的因素及改进措施。
关键词 电梯曳引钢丝绳;永磁同步曳引机;钢丝绳检查;断股
中图分类号 T G356.4+5
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电梯作为大众运输工具正在越来越多地应用于人们的生活,而钢丝绳作为电梯的悬挂装置对电梯的安全运行至关重要。某次检验人员在对无锡某居民小区的电梯进行检查时发现,当电梯运行在12层左右位置时曳引机发出巨大噪声,后经检验发现其中一根钢丝绳已出现断股,断股钢丝绳与挡绳板碰擦产生了巨大的噪音。
正常工况下,电梯绳很少发生断股现象。在永磁同步曳引机广泛使用的今天,受绳径比的制约,钢丝绳的直径越来越小,钢丝绳断丝断股现象时有发生,给电梯的安全运行带来了一定的隐患。钢丝绳运行的可靠性和使用寿命应引起广泛关注,应通过提高产品质量、改善曳引能力设计、加强现场管理等多种方法来保证电梯悬挂用钢丝绳的安全性能。1 钢丝绳检查
钢丝绳状况的好坏直接影响到设备和乘客的安全,该钢丝绳断股后对钢丝绳做如下常规检查[1]。
(1)断股、断丝的根数及部位。钢丝绳有一处断股,断口整齐、光亮,其余各处无断丝,故未采用钢丝绳探伤仪对钢丝绳探伤。
(2)用游标卡尺测量钢丝绳公称直径减少量小于7%,钢丝绳表面无明显外部磨损现象。
(3)钢丝绳润滑、清洁状况良好,无锈蚀现象。
(4)绳头及其组合无异常情况。
(5)钢丝绳卧入绳槽情况良好,绳槽表面光滑,经深度卡尺测量钢丝绳卧入槽内深度基本一致。
根据2003年国家质检局下发的《电梯监督检验规程》附录2“电梯监督检验内容要求与方法”第5.1
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项要求:曳引绳不应有过度磨损、断股等缺陷,断丝数不应超过报废标准。此电梯的曳引绳存在断股现象,严重影响电梯的安全使用,判定该台电梯为不合格设备,应对断股钢丝绳予以报废,并及时更换新钢丝绳以保障电梯的安全运行。
2 钢丝绳断股原因分析及判断
钢丝绳非正常磨损导致断股、断丝现象的可能成因主要有以下几点。
2.1 曳引绳张力偏差过大
曳引绳张力偏差过大是导致钢丝绳及绳槽过度磨损及断丝、断股的重要原因,因此《电梯监督检验规程》要求曳引绳张力与平均值偏差不大于5%。
现场检验人员用钢丝绳测力计测量几根钢丝绳的张力偏差并进行计算,发现5根钢丝绳的张力基本均匀,且与平均值偏差都不大于5%,故排除此原因造成钢丝绳断股。
2.2 曳引机曳引条件设计不合理
为保证设计要求的曳引能力,在当量摩擦因数不变的情况下应增加曳引绳与曳引轮的包角。该电梯使用的是无齿轮曳引机,钢丝绳公称直径为10 m m,为了提供足够的曳引能力,电梯设计为复绕形式以增大包角,钢丝绳在曳引轮上需要多次正反方向弯折及缠绕,大大影响了钢丝绳的寿命,同时对钢丝绳的强度、韧性、抗弯曲性能等提出了更高的要求。
针对本案例,由于电梯为新装客梯,使用时间很短,钢丝绳基本未产生磨损,故由于设计原因造成钢丝绳断股基本可以排除。
2.3 钢丝绳日常维护不到位
钢丝绳是电梯的一个重要载重部件,承载着电梯轿厢的全部质量,在电梯维护保养时要特别注意对钢丝绳的维护保养。对于检验人员而言,日常监督检验及定期检验时要特别关注钢丝绳的状态。
针对这一案例,钢丝绳基本处于全新状态,未发现断股钢丝绳与其他钢丝绳的外观质量存在明显的差异,因此可以排除由于钢丝绳本身力学性能不达标或维护保养不到位而产生突然断股现象。
2.4 安装因素
电梯在安装过程中采用不合理的放绳方式,造成钢丝绳发生扭结,导致钢丝绳结构破坏,这也是导致钢丝绳投入使用后很快出现断丝断股的原因。
此外,安装时操作工操作不当,对钢丝绳表面造成的机械损伤也是钢丝绳断丝断股的重要诱因。
结合断股处钢丝绳的表面状态及其他钢丝绳的磨损情况判定,由于操作工操作不当对钢丝绳表面造成的机械损伤是导致钢丝绳断股的主要原因。但也不排除由于放绳方式不当,致使钢丝绳局部扭结,在多次运行中产生磨损并最终导致钢丝绳断股。
3 影响钢丝绳安全性能的因素及改进措施
钢丝绳作为电梯的悬挂装置,对其他安全保护装置的可靠性提供了基础性保障。以往采用涡轮蜗杆传动的曳引机其钢丝绳直径(常见的有12,13 m m)一般比较大,使用过程中的失效形式主要为磨损。而今被广泛应用的永磁同步曳引机,对电梯的轻量化设计及使用过程中的节能环保做出了重要贡献,但也对钢丝绳带来了一些新的要求和影响,需要在设计、安装、使用、维保等多方面引起重视。
针对这一现状,笔者认为有必要讨论影响永磁同步曳引机悬挂用钢丝绳安全性能的因素,并提出相应的改进意见,为永磁同步曳引机钢丝绳的选型及检验检测工作提供参考。
3.1 设计因素及钢丝绳选型
为降低永磁同步无齿轮曳引机的生产成本,减小电动机功率及曳引机的体积,达到降低曳引机的销售价格及节约使用成本(节约电能)的目的,各电梯生产厂家通常采用的曳引轮直径为400m m,受绳径比40的限制,其悬挂用钢丝绳的直径最大不得超过10m m,全系列2∶1悬挂。
曳引轮直径变小后,设计时更多会采用表面硬度更高的曳引轮材质,比如Q T700,钢丝绳表层钢丝的强度和硬度必须相应提高才能匹配[2]。国家金属制品质量监督检验中心曾进行过锻打与不锻打电梯钢丝绳疲劳寿命对比试验,在其他技术参数和试验参数相同的条件下,经过锻打的钢丝绳疲劳寿命比不锻打的钢丝绳高93%[3]。
现在的主流设计是采用直径400m m的曳引轮和直径10m m的钢丝绳,此时绳径比取极限值40,而过去的设计大多采用50倍以上的绳径比。绳径比极限值的选择必然会使钢丝绳承受更大的弯曲,从而影响钢丝绳的寿命。同时,由于钢丝绳直径变细,对钢丝绳直径的均匀性、绳芯质量、油脂品质、钢丝绳结构选择设计以及捻制质量等提出了更严格的要求[4],如果按原来的设计提供钢丝绳已经不能满足目前的使用要求。采用更合理的配丝尺寸,采用预变形、股淋油、合绳过程张力控制、在线预张拉等工艺措施,都可以起到提高钢丝绳破断拉力和疲劳寿命的作用[5]。在永磁同步无齿轮曳引机应用的
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第2期赵迎龙:电梯曳引钢丝绳断股现象引发的思考
前提下,钢丝绳的制造工艺需要有大幅度的改进与提高才能适应市场的需求。
另外,由于其全系列采用2∶1悬挂,钢丝绳运行线速度相当于同梯速1∶1悬挂有齿轮电梯的2倍,这就意味着电梯使用3a,钢丝绳相当于过去使用6 a。钢丝绳线速度的变化直接影响钢丝绳寿命,在进行永磁同步无齿轮电梯的设计时应充分考虑这一因素。比如采用纤维芯的钢丝绳,过去一般线速度在1～4m/s,现在相当于绳速2～8m/s,对钢丝绳的选择必须有所区分,才能保证使用中不出问题。
此外,在钢丝绳选择上还应考虑钢丝绳曳引条件。无齿轮曳引机的曳引方式有2种,一种为复绕式,另一种为单绕式。但由于其采用2∶1的绕绳设计,因此无论采用复绕式或单绕式曳引方式,曳引钢丝绳均需要多次折弯,每增加一次弯曲都会降低钢丝绳寿命。如果设计的导绳轮与曳引轮之间距离过小,导绳轮直径不够大,导绳轮过多的转角,绳轮与曳引轮过大的偏角,采用诸如过于苛刻的大压下量反向压绳轮绕绳方式等,都会加大钢丝绳损坏速度。另外,不合理的包角设计,过大的下切口角设计,过小的V型槽角设计等都会严重影响钢丝绳寿命[6]。
永磁同步无齿轮曳引机的应用对钢丝绳选型带来了诸多变化,设计时要综合考虑各种因素,合理选择。
3.2 安装因素
不正确的钢丝绳切割、放绳、安装、维护方式也是造成钢丝绳寿命急剧缩短的另一主要原因。
采用2∶1方式绕绳的电梯,在安装时需要彻底改进钢丝绳的放绳方式,才能保证钢丝绳放绳、安装时,不扭结、不产生内应力,否则钢丝绳存在内应力,扭结部位会加速磨损,很快出现断丝、断股。比如,用支架将缠绕钢丝绳的工字轮支起,用引绳按绕绳顺序牵引安装的方式,能保证安装质量,避免钢丝绳扭结。有效地提高安装工人素质,进行必要的培训,提高钢丝绳安装质量是当务之急。
近些年很多电梯公司采用了无脚手架安装新型电梯,把电梯轿厢本身作为一个起升平台,在底层拼装轿厢,利用提升轿厢的方式嫁接导轨。由于最初并未对钢丝绳张力进行严格调整,张力差过大,加速受力过大的某一根或几根钢丝绳的损坏。建议在完成钢丝绳安装工序后,及时调整钢丝绳张力,保证钢丝绳张力均匀。在日常使用时还应定期采用专用的钢丝绳张力检测装置,检查并调整钢丝绳张力。
3.3 日常管理与维护
电梯的使用寿命及故障率与电梯的安全管理质量息息相关,使用单位应设置专职或兼职的特种设备安全管理员,加强对电梯的日常管理。
设备安全管理员应督促电梯维保单位做好日常维护保养工作,并针对电梯钢丝绳检查以下项目。
(1)钢丝绳断丝的根数、部位和损坏最严重的一个捻距内的断丝根数。(2)钢丝绳直径变细情况,除目测外定期用游标卡尺测量绳径和磨损情况。
(3)钢丝绳的张力,各绳张力相互差值不应超过5%。(4)钢丝绳的润滑、清洁和锈蚀情况。(5)钢丝绳卧入绳槽的情况。(6)绳头及其组合情况,全长应无其他异常情况,如钢丝绳异常伸长等。
钢丝绳的润滑可以有效地减少钢丝绳的摩损,延长钢丝绳的使用年限[7]。一般来说,在曳引轮直径较大,温度干燥的使用场所,钢丝绳使用3～5a 自身仍有足够的润滑油,不必添加新油。由于2∶1绕绳方式,钢丝绳运行速度加倍,对钢丝绳润滑要求更高,需加大对钢丝绳的清理、再润滑频次。一般使用半年或达到20万次必须处理一次。但不管使用时间多长,只要在电梯钢丝绳上发现生锈或干燥迹象时,必须加润滑油[8]。
检验人员在日常监督检验和定期检验时,一定要特别注意对电梯钢丝绳的检验,及时发现问题,提醒使用单位人员注意,采取相应的整改措施,避免事故的发生。
参考文献
[1] 夏常福,周子龙,梁丽华.由钢丝绳断股断丝引起的故
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[2] 赵维垲,张春雷,蔡磊.制绳钢丝力学性能与钢丝绳疲
劳寿命的关系[J].金属制品,2006(2):22-23. [3] 缑庆林,钱宾旗,许恩荣.国内电梯钢丝绳的需求与生
产研发[J].金属制品,2006(2):6-9.
[4] 全国钢标准化技术委员会.G B8903—2005电梯用钢
丝绳[S].北京:中国标准出版社,2005.
[5] 张伟东,殷淼,刘健.O T I S电梯用钢丝绳的生产工艺研
究[J].金属制品,2006(5):6-10.
[6] 毛怀新.电梯与自动扶梯技术检验[M].北京:学苑出
版社,2001.
[7] 秦万信,岳磊.从钢丝绳突然断裂谈润滑对其使用寿
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[8] 秦万信,王强.对钢丝绳润滑问题的认识[J].金属制
品,2009(5):1-4.
(收稿日期:2010-12-16)
作者简介
赵迎龙 1981年生,江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院助理工程师。
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