電梯典型曳引鋼絲繩張力不均現(xiàn)象的研究分析

周顯元，王進(jìn)，芮道道

（湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院，湖南 長沙 410117）

0 引言

電梯曳引鋼絲繩作為電梯的重要部件，一方面懸掛承受著轎廂、對重以及乘客的重量，另一方面與曳引輪摩擦牽引實(shí)現(xiàn)轎廂上下運(yùn)動。電梯是八大類特種設(shè)備之一，根據(jù)《特種設(shè)備法》的規(guī)定，必須對在用電梯進(jìn)行定期檢驗(yàn)，在現(xiàn)場檢驗(yàn)工作中，發(fā)現(xiàn)有曳引鋼絲繩張力不均的現(xiàn)象存在，典型情況如圖1、圖2所示，電梯鋼絲繩為5根，圖中的鋼絲繩編號都是一一對應(yīng)，編號相同說明對應(yīng)同一根鋼絲繩。圖1所示為轎廂側(cè)鋼絲繩繩頭在轎廂處于頂層時和轎廂處于底層時的狀況，當(dāng)轎廂在頂層時，轎廂側(cè)3#和5#鋼絲繩張力較小，其余3根鋼絲繩張力較大，轎廂在底層時，情況則相反，圖2所示為對重側(cè)鋼絲繩繩頭在轎廂處于頂層時和轎廂處于底層時的狀況，轎廂在頂層時，對重側(cè)3#和5#鋼絲繩張力較大，其余3根鋼絲繩張力較小，轎廂在底層時，情況則相反。

圖1 轎廂側(cè)鋼絲繩繩頭張力狀況

圖2 對重側(cè)鋼絲繩繩頭張力狀況

根據(jù)電梯相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，電梯鋼絲繩之間張力差不應(yīng)大于5%，如果鋼絲繩張力嚴(yán)重不均會對電梯的安全使用產(chǎn)生較大影響[1]：①大大縮短鋼絲繩和曳引輪的使用壽命，給使用單位帶來沉重的負(fù)擔(dān)，造成整個社會的巨大浪費(fèi)。②容易產(chǎn)生鋼絲繩跳槽，存在重大安全隱患。③曳引能力減小，當(dāng)電梯緊急制動情況下，鋼絲繩在曳引輪上滑移超過限度，存在重大安全隱患。④對電梯的乘坐舒適性影響明顯，甚至報故障自動停梯，影響正常使用。

本文通過對電梯的張力情況進(jìn)行研究，分析其內(nèi)在原因，提出改善和避免此種現(xiàn)象的措施。

1 鋼絲繩張力調(diào)整情況工作介紹

本文以圖1和圖2所示繩頭電梯為例，檢驗(yàn)后出具鋼絲繩張力調(diào)整意見，與使用單位溝通了解到，該臺電梯更換過3根鋼絲繩，雖然維保公司建議全部更換，但使用單位考慮使用成本，沒有選擇全部更換，只更換了3根鋼絲繩，編號分別為：1#、2#、4#，更換后就出現(xiàn)了鋼絲繩張力不均的現(xiàn)象。該臺電梯現(xiàn)場檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋼絲繩張力不均后的調(diào)整過程筆者全程參與，圖1和圖2所示鋼絲繩繩頭的狀態(tài)是經(jīng)過調(diào)整之后的狀況。更換過的1#、2#、4#鋼絲繩繩頭螺桿已經(jīng)沒有調(diào)整空間，選擇在轎廂側(cè)繩頭處依次截短長度為170mm、190mm、130mm的鋼絲繩，截短的長度相對于舊鋼絲繩多截短了100mm，因?yàn)榭紤]到新舊鋼絲繩的彈性模量的區(qū)別[2]，彈性模量是指材料在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變之間的比例系數(shù)，新鋼絲繩開始時彈性模量較小，受拉后彈性變形大，隨著使用時間的增加，彈性模量增加，彈性變形變小，恢復(fù)各自的繩頭裝置，慢車全程運(yùn)行多次，鋼絲繩基本走順，后面根據(jù)相應(yīng)的張力調(diào)整方法多次重復(fù)的調(diào)節(jié)，都無法達(dá)到理想的效果，情況如圖1和圖2所示，這種張力難以調(diào)整至符合要求的情況在現(xiàn)實(shí)中非常具有典型性，應(yīng)主要考慮兩方面的原因：①新舊鋼絲繩之間彈性模量差別大；②新舊鋼絲繩在曳引輪上的旋轉(zhuǎn)半徑不同，后文將主要從這兩方面來研究分析其機(jī)理，并且分析某一因素時都是假定另外一種因素不產(chǎn)生影響。

2 鋼絲繩彈性模量的差別對張力的影響分析

不但新舊程度的鋼絲繩之間的彈性模量區(qū)別大，不同批次制造的鋼絲繩彈性模量也會有明顯的區(qū)別，當(dāng)轎廂停在中間樓層時，通過調(diào)節(jié)繩頭螺桿實(shí)現(xiàn)鋼絲繩之間張力均衡，轎廂上下運(yùn)行后，鋼絲繩會經(jīng)過曳引輪，當(dāng)轎廂向下運(yùn)行時，對重側(cè)的鋼絲繩會經(jīng)過曳引輪來到轎廂側(cè)[3]。在電梯運(yùn)行過程中，轎廂的重量是從空載到額載、從最低樓層到最高樓層變化的，對重的重量與轎廂的重量差別大，轎廂側(cè)與對重側(cè)的鋼絲繩張力差別也會大，如果鋼絲繩之間彈性模量差別大，鋼絲繩的彈性變形程度也會明顯不同，鋼絲繩在軸向力作用下的彈性變形：ε=σ／Es，式中ε為鋼絲繩的軸向應(yīng)變，σ為鋼絲繩受的軸向應(yīng)力，Es為彈性模量。在彈性范圍內(nèi)變形可以進(jìn)行下列公式的近似推導(dǎo)：

由公式1和公式2推倒出下面公式3和公式4：

上式中，L為張緊狀態(tài)但幾乎無變形時鋼絲繩長度；A為鋼絲繩的截面積；△L1為鋼絲繩受力F1時鋼絲繩的伸長量，△L2為鋼絲繩受力F2時鋼絲繩的伸長量；Es為鋼絲繩彈性模量；△L為鋼絲繩受到不同拉力情況下伸長量的區(qū)別，△F為鋼絲繩受到拉力大小差值。

假定有1#、2#、3#鋼絲繩承載重物的總重量（6G），開始時3根鋼絲繩長度相同，每根承載的重量都是2G，1#、3#鋼絲繩模擬的是舊鋼絲繩，假設(shè)彈性模量為1.1Es,2#鋼絲繩為新鋼絲繩，假設(shè)彈性模量為Es，當(dāng)重物的重量變?yōu)?G時，按照理想狀態(tài)應(yīng)該是每根鋼絲繩承載的重量為G，但因?yàn)殇摻z繩彈性模量的區(qū)別，鋼絲繩承載的重量會有所不同，承載的重量發(fā)生變化而鋼絲繩系統(tǒng)達(dá)到新的平衡后，每根鋼絲繩的變形量△L是相同的，設(shè)舊鋼絲繩的最終張力為FO，張力變化量為△FO，設(shè)新鋼絲繩的最終張力為FN，變化量為△FN,根據(jù)題設(shè)列出下面的公式5和公式6：

列方程組如下：

從上面的計(jì)算結(jié)果可以得出，如果鋼絲繩之間的彈性模量差別比較大，即使轎廂停在某個位置時將張力調(diào)整均衡，電梯運(yùn)行，對重側(cè)與轎廂側(cè)質(zhì)量差別明顯，鋼絲繩經(jīng)過曳引輪，彈性模量不同的鋼絲繩的張力會發(fā)生不同的變化[4]。

3 鋼絲繩在曳引輪處旋轉(zhuǎn)直徑對張力的影響分析

鋼絲繩在曳引輪處旋轉(zhuǎn)直徑的不同可能有兩方面原因：鋼絲繩直徑的差別；曳引輪槽磨損程度的不同?，F(xiàn)場用寬口游標(biāo)卡尺測量現(xiàn)場5根鋼絲繩直徑，1#、2#、4#新鋼絲繩的直徑與3#、5#鋼絲繩的直徑基本沒有區(qū)別，在此忽略，現(xiàn)場測量鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)直徑，測量位置選擇靠近曳引輪處，在垂直方向用鋼板尺緊靠鋼絲繩[5]，發(fā)現(xiàn)3#、5#鋼絲繩與鋼板尺之間存在明顯間隙，其他3根新?lián)Q鋼絲繩沒有間隙，用塞尺測量間隙尺寸，3#鋼絲繩處間隙尺寸0.15mm，5#鋼絲繩處間隙0.4mm，換算后，3#鋼絲繩旋轉(zhuǎn)直徑比1#、2#、4#鋼絲繩小0.3mm，5#鋼絲繩旋轉(zhuǎn)直徑比1#、2#、4#鋼絲繩小0.8mm，曳引輪的節(jié)圓直徑為450mm，忽略鋼絲在曳引上打滑的影響，曳引輪每轉(zhuǎn)動一圈，3#鋼絲繩經(jīng)過曳引輪的長度比1#、2#、4#鋼絲繩短0.94mm（π×0.3），5#鋼絲繩經(jīng)過曳引輪的長度比1#、2#、4#鋼絲繩短2.5mm（π×0.8）。樓層27層，每層高度3m，轎廂從底層運(yùn)行到頂層，曳引輪大概需要旋轉(zhuǎn)120圈，以5#鋼絲繩為例，經(jīng)過曳引輪的鋼絲繩長度相比1#、2#、4#鋼絲繩短了300mm，第一會造成5#鋼絲繩的張力變化很大，這就能夠很好的說明了5#鋼絲繩繩頭張力變化程度很大，第二會造成鋼絲繩在曳引上的滑移嚴(yán)重，這也能很好說明了在電梯運(yùn)行過程當(dāng)中繩頭突然跳動的現(xiàn)象，更是進(jìn)一步加劇曳引輪的磨損。

4 結(jié)語

本文通過研究一種典型的電梯曳引鋼絲繩張力不均現(xiàn)象，分析其產(chǎn)生原因主要有兩個方面：①新舊鋼絲繩之間彈性模量差別大對張力的影響；②曳引輪繩槽磨損差異或者鋼絲繩直徑區(qū)別導(dǎo)致的鋼絲繩在曳引輪處的旋轉(zhuǎn)直徑的不同。據(jù)此提出減少和避免此種情況的建議措施：①鋼絲繩需要更換時應(yīng)當(dāng)全部更換，保證鋼絲繩之間彈性模量差別不大；②電梯如果出現(xiàn)鋼絲繩張力不均現(xiàn)象應(yīng)及時調(diào)整，如果張力調(diào)整不及時而使曳引輪繩槽磨損差異較大，這種情況就會造成鋼絲繩張力難以調(diào)整，只有通過更換曳引輪才能解決問題。這為改善廣大在用電梯的使用狀況、減輕使用單位電梯維護(hù)成本提供理論指導(dǎo)，具有重要的社會意義。