影响电梯钢丝绳使用寿命的因素

影响电梯钢丝绳使用寿命的因素

刘红芳

（江苏法尔胜技术开发中心有限公司，江苏江阴，214433）

摘要：电梯用钢丝绳主要是指曳引用钢丝绳，曳引绳承受着电梯的全部重量，并在电梯运行中，绕着也引轮、导向轮或者反绳轮单向或交变弯曲。钢丝绳在绳槽中也承受着较高的比压，因此电梯钢丝绳必须具有较高的强度，挠性及耐磨性，本文从电梯钢丝绳的安装使用、维护保养以及生产过程来分析影响疲劳寿命的主要因素。

关键词：电梯钢丝绳，钢丝绳使用寿命

钢丝绳是电梯中一个载重元件，几乎承受着电梯的全部重量，钢丝绳的质量好坏会直接影响到电梯运行的安全。在电梯运行中，钢丝绳绕曳引轮、导向轮以及反绳轮单向或交变弯曲。钢丝绳在绳槽中承受着较高的比压，因此要求电梯用钢丝绳具有较高的强度，挠性及耐磨性。

电梯用钢丝绳一般是圆形股状结构，主要由钢丝组成的绳股和绳芯组成。钢丝是钢丝绳的基本组成元件，要求钢丝有很高的强度和韧性。钢丝绳股由钢丝捻成，一般8到9股。绳芯通常由纤维剑麻或烯烃类的合成纤维制成。

影响电梯用钢丝绳使用寿命的因素主要包括以下几个方面：曳引钢丝绳的安全系数、钢丝绳的拉伸载荷、钢丝绳使用中的弯曲半径、曳引轮材质及槽型、钢丝绳本身的材质及捻制质量、钢丝绳的润滑、钢丝绳的使用与维护等。

1、曳引钢丝绳的安全系数

电梯的安全系数部分取决于曳引钢丝绳的安全系数，钢丝绳在工作中存在静态和动态两种载荷，但影响钢丝绳使用寿命的主要还是静态载荷，实际应用中，为了计算简化，仅考虑静态载荷做实用计算。选择电梯用钢丝绳，钢丝绳的直径很重要，为了提高钢丝绳的强度，延长使用寿命，钢丝绳的直径必须选择最合适的大小，对于安全系数的计算，通过选择钢丝绳的直径按照国家核定标准计算出相应的安全系数，依次来权衡电梯用钢丝绳的安全性能，从而保证钢丝绳的使用寿命。

2、钢丝绳的拉伸载荷

拉伸载荷是钢丝绳在电梯使用运行中所承受的载荷及其运动中的变化量。在保养调试良好的电梯上，各根钢丝绳在运行过程中所承受的载荷应该基本相同。如果由于钢丝绳保养不当，各根钢丝绳在运行中张力不均匀的时候，则会使其中一根或者几根钢丝绳与轮槽之间的压应力大大增加，加速钢丝绳的磨损，直接影响到钢丝绳的使用寿命。因此在电梯监督检验规则中明确规定曳引钢丝绳张力与平均值偏差均不大于5%。

3、钢丝绳使用中的弯曲半径

钢丝绳的曲率半径，在钢丝绳使用中，根据曳引轮、反绳轮、导向轮的节径和相对位置而确定，不同的位置，不同的节径决定了钢丝绳在使用中的弯曲次数和弯曲应力。弯曲应力与各轮节径成反比，节径越大，弯曲应力越小。在GB7588-1995<<电梯制造与安装安全规范>>中第9.2.1条规定，不论钢丝绳股数多少，曳引轮、滑轮或卷筒的节圆直径与悬挂绳的公称直径之比不应小于40.在钢丝绳弯曲的过程中，钢丝绳股中钢丝产生相对位移，其内部存在着磨损，弯曲应力越大，股与股之间接触应力越大，相邻股的钢丝之间磨损就越大，还会产生局部压痕，随着时间的积累，钢丝因应力集中而折断。因此选择设计钢丝绳，应该在曳引能力满足的状况下，尽量增大曲率半径，减少绳轮数量，避免钢丝绳反向弯曲或扭曲，减小使用过程中的钢丝绳弯曲应力，从而减小对钢丝绳使用寿命的不利因素。

4、曳引轮材质及槽型

4.1曳引轮的槽型与材质与钢丝绳的使用寿命密切相关。一般来说，电梯钢丝绳在使用过程中由于其硬度比绳操高，磨损应该很慢。但由于钢丝绳张力和槽型的匹配，钢丝绳在槽中打滑、偏磨、打滚，而与绳槽产生磨损。通常使用的曳引轮槽型有半圆槽、带切口的半圆槽和V型槽。半圆槽与钢丝绳的接触面积相对较大，钢丝绳在绳槽中的比压分布更均匀，对于钢丝绳的磨损相对较小。在绳槽没有进行附加的硬化处理时，为了限制由于磨损而导致曳引条件的恶化，所以常对曳引轮下部进行切口处理，钢丝绳在带切口的半圆槽中的比压分布相对半圆槽集中，当切口角增大比压增大。而V型槽由于和钢丝绳接触面积小，钢丝绳在绳槽中的比压分布相对集中，V型角减少比压增大，使用中对于钢丝绳的损伤较大，影响钢丝绳的使用寿命。

4.2曳引轮的材质，一般要考虑槽的硬度、弹性模量，如果使用材质较软的材料，外部应力降低了，但钢丝绳的磨损会转向钢丝绳的内部，钢丝绳内部的钢丝破断会增加。因此可以建议在曳引轮上使用聚氨酯绳槽衬垫，衬垫嵌入相应的轮槽，衬垫上加工出横向槽纹，合适的槽纹轮面对无润滑的钢丝绳摩擦系数几乎保持不变，而且聚氨酯耐磨，这样就提高了衬垫的使用寿命，也大大增加了钢丝绳的使用寿命。

5、钢丝绳本身因素

疲劳是电梯钢丝绳使用过程中内部产生较多断丝的主要原因之一，绕曳引轮运动部分的电梯钢丝绳断丝是弯曲疲劳与磨损疲劳共同作用的结果，对生产过程和疲劳本质的研究认识，有助于生产过程中采取措施，提高电梯钢丝绳的耐疲劳性能，延长电梯钢丝绳使用寿命，降低运行成本，提高电梯运行安全可靠性。

5.1制绳钢丝的影响

优质碳素钢丝适合拉拔并得到最佳力学性能的金相组织是索氏体组织。生产过程中由于钢丝表面损伤，或者严重的划痕、斑疤、锈蚀坑，以及钢材冶炼过程中形成的非金属夹杂物都很容易形成疲劳源。钢材中非金属夹杂物的含量及粒度的大小对钢丝绳疲劳性能有至关重要的影响，因为索氏体化后金相组织中的网状铁素体会促使疲劳裂纹的快速扩展，因此铅淬火钢丝不允许存在网状铁素体，钢丝奥氏体化温度与铅淬火等温转变温度的高低对网状铁素体的产生有决定性的影响，铅淬火生产线的自动控制炉温、铅温技术有利于索氏体组织的均匀一致，铅液循环有利于在铅锅不同位置的钢丝获得均匀的索氏体化组织，这样可以保证钢丝铅淬火后强度比较均匀，从而保证钢丝拉拔后的力学性能波动幅度最小。钢丝在拉拔过程中索氏体化组织片层间距会进一步减小、位错密度增高，钢丝最佳强度和韧性的组合有利于提高钢丝绳耐疲劳性能。一般直进式拉丝机和水箱拉丝机都属于无扭拉拔，有利于获得高强度高韧性的钢丝，水箱的润滑和冷却能力比干式拉丝机效果好，较大直径的卷筒和塔轮有利于减小钢丝缠绕的弯曲变形，多道次小压缩率拉拔可以获得较高的韧性。

5.2钢丝绳结构的选择

钢丝绳的结构对于钢丝绳的耐疲劳性能有重要的影响，一般面接触钢丝绳由于线接触钢丝绳，线接触钢丝绳由于点接触钢丝绳。对于电梯用钢丝绳，受使用工况的限制，电梯井道相对狭小的空间环境，不能选用较大直径的曳引轮，面接触钢丝绳刚度大、挠性差，因为很少采用经锻打、模拉或者辊压生产的电梯钢丝绳。普通电梯绳多采用6股或者8股的线接触钢丝绳，高速电梯多采用平行捻钢丝绳。根据现代钢丝绳设计理念，在钢丝绳各股之间、股内各层钢丝之间保持适当的缝隙有利于钢丝绳耐疲劳性能的提高，但是必须保证股绳间隙的均匀一致，因此线接触钢丝绳内部股绳的丝径配比、丝径公差、麻芯直径的确定相当重要。

5.3钢丝绳油脂的选择

钢丝绳使用油脂的质量对钢丝绳耐疲劳性能有重要的影响，必须根据钢丝绳的使用用途和使用环境以及油脂的技术指标进行选择。电梯钢丝绳主要在室内电梯井内使用，在电梯井并未采取温度、湿度调控的措施情况下，电梯井内部环境与所处地区整体环境密切相关，如东北地区低温干燥，南方沿海地区高温潮湿，这种地域性温度、湿度差别很大，在选用油脂时必须考虑钢丝绳最终用户的使用地点，油脂的物理性能受温度影响比较明显。钢丝绳使用中尽可能长时间保持其润滑性，润滑脂有一定的高低温性能，一般衡量高温性能的是油脂的滴点，衡量低温性能的是油脂的低温脆性，选择的油脂要保证高温不滴淌，低温不脆裂。

5.4钢丝绳涂油方法及涂油量

钢丝绳生产过程中绳股涂油一般可分为钢丝涂油、股涂油、绳涂油，涂油方式可以分为浸入式、喷淋式等。根据生产钢丝绳的用途确定涂油方式，但必须保证油脂在钢丝表面分布均匀，同时对于所选油脂的物理性能、捻制速度制定油温使得涂油量符合要求。一般油脂温度过高会导致油脂变性，过大的涂油量会降低钢丝绳与曳引轮间的摩擦力，在使用过程中容易甩出；过小的涂油量则降低钢丝绳的润滑性能，使钢丝绳耐疲劳性能下降。

5.5绳芯的选择

电梯钢丝绳大部分采用纤维芯结构，很少部分采用金属芯。绳芯的主要作用是支撑钢丝绳在任何状态下绳股保持原有的形态，其次绳芯能够储存油脂，在使用过程中工钢丝绳长期润滑之油源，使钢丝润滑良好，还有改善钢丝绳股间、丝间的接触，减缓冲击载荷。因此绳芯的性能对钢丝绳使用性能有重要影响。如果绳芯偏细，会造成钢丝绳直径减小，各个股绳间不能保持一定的间隙；如果绳芯偏粗，会造成钢丝绳直径增大，绳股间离缝产生间隙；如果存在较大的麻芯接头，此处钢丝绳会凸起，钢丝绳与绳轮接触因应力集中很快磨损，造成断丝、断股，因此保证绳芯的直径精度和接头控制非常重要。采用高弹力绳芯的钢丝绳，使钢丝绳在绳轮上承受弯曲应力时降低绳股之间的接触应力，是延长钢丝绳弯曲疲劳寿命的途径之一。

5.6钢丝绳捻制过程

钢丝绳捻制质量的好坏直接影响钢丝绳的疲劳寿命，下面主要从捻制工艺参数的选择使用进行分析。

5.6.1捻距的选择

捻距是钢丝绳技术指标中一项极其重要的参数，它对钢丝绳的综合性能影响很大。捻距的大小直接影响钢丝绳生产的效率，钢丝捻制过程的强度损失，钢丝绳的整绳破断拉力，钢丝绳的可挠性、松散性、耐疲劳性、耐压力、耐冲击、结构伸长、直径大小等一系列性能。因此对于捻距的选择，不能过大也不能过小，要考虑各个因素的综合影响。

5.6.2工装的使用

预变形器和后变形器是钢丝绳生产的主要工装夹具，其主要工艺参数设计一般依据钢丝绳直径、股径以及经验

公式而定，为了使得参数更加合理科学，结合实践生产经验以及钢丝绳的强度级别分别制定工艺参数。

5.6.3预张拉使用

钢丝绳预张拉的主要目的是部分或彻底消除钢丝绳在使用中无法完全避免的结构伸长，通过适当的预张拉处理能够消除钢丝绳的捻制缺陷，改善钢丝和钢丝绳股承载时张力的均匀分布，使股绳在结构上处于最稳定的位置，有利于提高钢丝绳的疲劳强度，延长钢丝绳的使用寿命。

6、钢丝绳的润滑

钢丝绳的润滑可以有效的减少钢丝绳的摩擦，从而延长钢丝绳的使用年限。一般来说，在曳引轮直径较大、温度干燥的适用场所，钢丝绳使用3到5年自身仍有足够的润滑油，不必添加新油，但不管使用时间多长，只要在电梯钢丝绳上发生生锈或干燥迹象时，必须添加维护润滑油。

7、钢丝绳的使用与维护

电梯钢丝绳的使用与维护是在电梯安装完成之后对钢丝绳进行有效的维护，主要从下面四个方面进行维护保养更换，确保电梯钢丝绳的安全使用，同时达到预期的使用寿命。

7.1在电梯运行过程中，及时定期检查钢丝绳的运行状况，主要检查：钢丝绳的断丝根数、部位和捻距断丝情况；钢丝绳直径变细情况；钢丝绳张力均匀情况；钢丝绳的润滑、清洁和锈蚀情况；钢丝绳绳头组合件，有无伸长或异常情况。

7.2观察钢丝绳运行过程的磨损和变形，确认是否更换新绳。电梯钢丝绳在正常的工况下突然断裂的现象很少，其损坏一般是在长期运行中由于磨损、弯曲疲劳、锈蚀或者外部损伤逐渐形成的，因此及时观察钢丝绳在运行中的异常现象，避免不必要的安全因素。

7.3钢丝绳在绳槽的状况，检查绳槽工作表面是否平滑，钢丝绳卧入绳槽内的深度是否一致。

7.4钢丝绳的锈蚀状况检查，电梯钢丝绳在使用过程中会发生锈蚀，机械性能降低，钢丝直径变细、股间松动，以致发生脆性断裂，这种断裂是雪崩式的断裂，比一般的断丝或磨损更危险。定期添加维护润滑油是防止钢丝绳锈蚀的方法。

电梯钢丝绳作为电梯悬挂装置的最主要部件，对于电梯的安全性能起着举足轻重的作用。在生产过程中，从工艺参数的设计与生产过程的控制都对钢丝绳耐疲劳性能有至关重要的影响，针对这些因素采取对用措施，可以提高钢丝绳的耐疲劳性能。在电梯钢丝绳使用过程中，正确的安装与维护也可以延长钢丝绳的使用寿命。