浅谈电梯钢丝绳配置使用问题

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    ——天津高盛钢丝绳有限公司孙国和

专家简介：

南开大学的经济学硕士

自1986年10月进入天津市第一钢丝绳厂，先后任新技术新产品开发员，技术改造指挥部办公室副主任、工程师、销售副经理等多项职务，曾获国家青年“五小”发明奖，并在1996年至2001年间，参与完成奥奧的斯电梯、东芝电梯、日历电梯、永大电梯等主要用户的认证。

2001-04至今 天津高盛/布顿/天津高力一绳钢丝绳有限公司 副总经理/高级工程师

期间主要工作：组织率先开发8mm、10mm曳引绳，在电梯绳径细化方面走在同行业前列；提出组织实施提供定尺切割包装服务及就近提供按电梯订单延伸服务等；积极参与电梯业关于钢丝绳的热点问题的研究；组织编写电梯绳产品说明书；为电梯业及主要用户举办多场有关钢丝绳培训。满足用户、行业发展需要的同时，市场占有率、销量保持全球领先，公司美誉度、效益国内居前。

   

钢丝绳是一种最古老和得到广泛使用的机械部件，鉴于其内部结构的特殊设计，钢丝绳既可提供较高负荷能力(抗拉强度远高于一般带材、棒材、链条等牵引或连接部件)，又可以改变力的传递方向(有适中的弹性系数及较好的韧性－抗弯曲、扭转性能)，因而可用作固定绳索、系缆、吊索和传递运动等多种用途，它也是电梯发展l00多年的主流曳引部件。

    狭义的电梯钢丝绳专指电梯曳引钢丝绳，广义地讲，还应包括限速器钢丝绳、补偿钢丝绳、门机控制操作钢丝绳等。因曳引电梯对安全要求极高，所以钢丝绳的质量可靠性及寿命等性能意义特别重要，出于技术安全上的原因，它必须满足具有足够长的寿命、出现危险状态之前能及时被发现并被拆换以及有足够的但也有限的传动能力等条件。同时，受力钢丝绳在使用寿命的各个阶段都对整个电梯系统有影响，其中也包括电梯设备的使用特性，这涉及受力钢丝绳的结构、安装以及运行中的维护。

    实践中，电梯曳引系统设计配置使用钢丝绳方面的确也出现了一些新的问题，这是因为，钢丝绳特殊传递负荷及内部钢丝复杂的受力状况决定了其具有上述无可争议的优势以外，对电梯这种曳引拖动方式而言，尚存在着如何提高其抗径向挤压变形能力及圆度、长度方向，钢丝绳直径均匀性等问题，这对采用永磁无齿轮拖动、多轮绕绳方式设计尤为突出，这些理应引起电梯界足够的重视，进行深入思考、研究，以期获得最佳配置的钢丝绳，促进电梯整体运行质量、使用寿命、乘客满意度的有效提高。这也是要求我们在电梯设计时，既要考虑钢丝绳本身性能，即其校核比压、安全(寿命)系数，还要考虑保证对其正确安装、合理维保的原因所在。

一、电梯市场及其技术发展趋势对钢丝绳要求的变化

    近二十年，中国电梯行业发生了许多举世瞩目的变化：全球知名跨国电梯公司蜂拥进入中国抢滩建厂，并逐步将重要的研发中心移至中国；中国已经被公认为世界上最大的电梯市场和最大的电梯制造基地之一；电梯行业的管理理念、设计思路、技术进步等方面凸显变化；许多先进的技术、新设计、新产品都率先在中国市场推出、推广……

    随着电梯行业不断采用新技术、新设计，行业总体水平得到全面拉升，无齿轮曳引、无机房、小机房电梯以其无可比拟的诸多优势迅速融入市场并逐渐成为主流配置梯种，对电梯钢丝绳这一重要的安全部件也提出了越来越高甚至是苛刻的要求。

    1、电梯技术发展对钢丝绳配置变化及使用影响

(1)永磁同步无齿轮曳引、无机房、小机房曳引系统设计变化较大。比如：曳引系统紧凑化、曳引轮尺寸小型化、绳轮材质越来越硬、钢丝绳直径越来越细、钢丝绳抗拉强度变高等。<o:p>

(2)绕绳及导向轮布置方式设计呈多样化趋势。比如：多导绳轮复绕、双绕采用的越来越普遍，钢丝绳经过的轮子越来越多，导向轮布置方式越来越复杂等等。

    2、多样化设计对钢丝绳提出更多新要求

    目前，因行业发展带来的问题和变化具体体现在以下几方面：

    (1)无齿轮设计实现曳引机紧凑小巧，同时提供较大扭矩输出是靠牺牲钢丝绳实现的：采用2:1或其他绕绳方式，同样尺寸机器对扭转力矩要求一般或更多，减小曳引轮尺寸，降低对大力矩要求，但受限于必要的拖动摩擦需要。

    </SPAN>(2)有些设计选用钢丝绳忽视了钢丝绳承受能力  钢丝绳使用中经过绳轮或导轮时受力、变形规律十分复杂；钢绳使用中受到复合力作用，变形规律至今未完全研究清楚。

    钢丝绳内钢丝受到绳轮及钢丝间相互挤压、摩擦；

    钢丝绳经过轮子时，中心线以上钢丝还受到轴向拉伸、中心线以内钢丝受轴向挤压力，钢丝产生变形，钢丝间、钢丝与绳轮间产生相对滑移、磨损，钢丝绳截面产生变形；

    离开绳轮时，钢丝绳要恢复原状，又受到相反的作用；

<P class=MsoNormal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">    钢丝绳内钢丝在绳轮上弯曲半径是递变的，受到的拉伸、压缩也是递变的；

    钢丝绳内钢丝呈复合螺旋状，受到的作用力也是交变的：

    钢丝绳绳速越高，经过的轮子间距越小，轮子越多，这种作用越明显，钢丝间整合、恢复更繁忙，加速疲劳；

    钢丝绳经过的轮子越多、弯曲半径越小、在轮上包角越大，受到张力越大，累积的变形、磨损越重。</SPAN>

    (3)有些设计配置欠和谐，未充分重视电梯曳引系统中钢丝绳承受能力：

    采用双绕方式在电梯速度比较高时(如，超过l.75m/s)，选用标准的(普通的)电梯钢丝绳满足不了要求；

    采用反向绕绳或加比较大压下量的反向压绳轮时，钢丝绳使用寿命会急剧缩短；

    导绳轮布置过多会加剧钢丝绳损坏；

    导绳轮布置距离曳引轮过近对钢丝绳磨损会加剧；

    对下切口的设计一般不应超过95⁰，V型槽(一般不小于35⁰)设计对钢丝绳要求十分苛刻，实际使用未必能达到设想的效果，下切口过大、V型槽角过小会加剧钢丝绳损坏；

    选用硬度较高绳轮时，不宜再沿用传统的外层低强度钢丝绳设计，钢丝绳硬度应该与绳轮材质／硬度匹配；

    钢丝绳直径越细，经过的绳轮越多对钢丝材质及制造工艺、绳芯材料及制造质量、股及绳捻制工艺、工装要求越高。

二、钢丝绳设计选择的一些基本原则

    1、钢丝绳设计选择的一些基本原则：

    ●电梯功能、寿命、综合成本

    ●电梯种类、负荷、梯速

    ●使用频繁程度及环境

    ●钢丝绳本身特性及承受能力

    2、评价电梯钢丝绳自身好坏一般从以下几个方面考虑：

    ●选用原材料好坏，包括盘条、麻纱、油脂、包装材料

    ●钢丝绳结构、参数设计是否合理；捻向、捻距是否符合使用要求

    ●采用的拉拔、热处理工艺合理，内在组织性能均匀，充分消除残余内应力

    ●捻股、合绳预变形、后变形参数准确合理，捻制均匀，并经过合理的张拉处理

    ●选用绳芯情况：根据不同电梯配置不同钢丝绳，比如普通天然纤维芯、优质天然纤维芯、合成纤维芯、钢丝绳芯、钢丝股芯、半钢芯等</SPAN>

    ●选用油脂及含油率：选用的油脂应提供一定的抗挤压能力油膜、一定防腐能力、增摩能力，并具有适量的含油率(钢丝、绳芯以及钢丝绳整体)

    ●钢丝绳直径公差、直径均匀性、圆度符合要求，尤其较高速电梯，尤为重要

    ●钢丝绳强度、负荷能力：钢丝绳硬度／强度是否与绳轮匹配

    ●钢丝绳耐磨、疲劳寿命：对于相应的电梯设计配置，钢丝绳应该达到一定的寿命

    ●钢丝绳表面状况有些特殊场合应用的钢丝绳，应有表面涂层，如表面镀锌

    ●钢丝绳内部是否存在断丝、绳芯不良、油脂不良等制造缺陷

    ●包装缠绕整齐，定尺准确，绳端绑扎牢固，包装材料合理使用

    3、不同结构钢丝绳耐磨损、柔软性能、疲劳寿命差异很大

    西鲁式S(外层钢丝粗，内层钢丝细)比较耐磨：瓦林吞式W(外层钢丝粗细相间)比较柔软，疲劳寿命高；填充式Fi(内外层钢丝间充填细钢丝)钢丝绳金属截面积比较大，提升负荷能力比较强，抗径向挤压变形能力强；SW式结合西鲁式瓦林吞式优点。

    外层股钢丝数量越多(如8X36WS)，钢丝绳越柔软，抗疲劳性能越好；外层股钢丝数量越少(如8X 19S)，钢丝绳越僵硬，耐磨损性能越好。

    钢丝绳内股数越多，柔韧性越好，与绳轮接触点越多，接触应力越小。

    钢芯(WRC，包括钢丝股芯、独立钢丝绳芯、半钢芯)钢丝绳比麻芯(FC，包括天然的、合成的)钢丝绳更能承受绳轮的挤压。钢芯钢丝绳需要更大的弯曲半径，更需要定期补油再润滑，制造质量要求非常高；纤维芯钢丝绳储存油脂能力比较好，对于较高速电梯，对绳芯的材质、均匀性、制造质量要求比较高。

    同向捻比交互捻钢绳更耐内部磨损，但如果是单层绳或平行密封绳，必须把两端扎固好使用，同向捻钢丝绳捻制、安装要求比较高，已经少用。

    目前电梯中，中低速曳引绳应用比较多的是交互捻，西鲁式，较高速时用瓦林吞，填充式。但这不应该是唯一选择，应该根据不同使用环境、使用频率、使用要求，具体分析选用。

三、电梯用钢丝绳选用、使用、安装、维保方面的问题

钢丝绳是大家“十分熟悉”的电梯曳引系统提升部件之一，是公认为的十分重要的安全部件之一。钢丝绳已经被“成熟”应用了许多年，尽管近年来出现了许多替代设计，但仍然是电梯采用的主流设计。

    因为对钢丝绳的“熟悉”，难免在选用、安装、维保等方面出现“疲劳”、&nbsp; “忽视”甚至“差错”，尤其近年来如火如荼的永磁无齿轮设计，无机房或小机房设计，挂绳方式、绳轮材质、梯速等方面都发生了许多变化，对钢丝绳的在选用、安装、维保等方面提出了新的、更为苛刻的要求。

    1、钢丝绳的选择

    关于钢丝绳，GB8903以前仅给出了6X19S+FC 8X19S+FC两种结构，这远不能满足电梯行业的需要，也不能反映电梯行业实际的选用情况。事实上，GB规格不是惟一选择，拥有符合GB的钢丝绳型式报告并不代表能够足以满足电梯使用要求，各大电梯公司均制定了自己的采购技术规范，差异很大。

    钢丝绳有许多设计可供电梯行业选择，细化设计、优化设计、系统设计、差异化设计，多途径、简单、可靠方式解决问题，使电梯功能、寿命、综合成本协调。一般地，钢丝绳设计选择应综合考虑：电梯功能、寿命、综合成本；电梯种类、负荷、梯速；使用频繁程度及环境；钢丝绳本身特性及承受能力等方面内容。

    2、钢丝绳的订购或选用

    订购或选用钢丝绳时，一方面应考虑确定其用途、钢丝表面、结构、编号或品牌、公称直径及公差、均匀性和圆度、绳芯材质和i质量、强度级别、最小破断拉力、捻向、捻距或捻距倍数、特殊包装和标识要求、绳端要求、润滑、第三方认证以及验收标准等内容；另一方面，还需确认钢丝绳使用负荷、电梯速度、曳引轮材质及硬度、绳槽形状以及V型槽和下切口角度、绕绳方式、安装情况、使用状况及使用环境、维保状况等各方面的资料。

    3、电梯钢丝绳的使用

    曳引系统中体现出的电梯绳使用性能、寿命是诸多因素综合作用的结果，这些因素联系紧密、彼此依赖并相互影响。其中，钢丝绳本身设计选型、材质筛选、加工制造质量是个很大的影响因素，因此，应注意以下：

    a、根据使用频率、负荷、绳速、绕绳方式选择适合的钢丝绳——股绳结构；抗张强度；破断负荷；捻制方法；直径公差、均匀性、圆度。

    b、原材料选用——专用、精炼、材质稳定、性能均匀的原材辅料。

    C、合理热处理、拉拔工艺——钢丝内部性能均匀合理；内应力消除充分。

    d、绳芯：采用优质、硬质纤维芯——纤维均匀、细长；储油／吸放油脂好；疏理精细、捻制均匀；适宜的密度；没有瑕疵；含水率低。对于高速梯采用钢芯、半钢芯。

    e、专用电梯绳表面脂——适宜滴点、运动粘度、含水率；油脂质量；适宜的钢丝、绳芯、钢丝绳含油量；加油工艺。

    f、钢丝绳捻制——股内丝张力、绳内股张力控制捻制均匀；油脂涂覆均匀适量；钢丝绳预变形、后变形、预张拉工艺设计合理；捻制均匀；合适的弹性系数：较小的伸长变化。

    g、合理的包装、运输、储存——定尺切割及时配送；长度准确，端部处理得当;正确储存，防尘、防淋、防蚀；防止意外损伤。

    4、钢丝绳寿命和报废

    ●钢丝绳寿命是很难确定的问题，它与电梯的负荷、使用频率、环境、安装质量、维护保养等相关。奥的斯、通力、迅达、日立、东芝、三菱等许多公司或机构如：德国斯图加特大学IFT、IS0、JISG、EN等提出了不同的条件试验方法；GB7588／EN81给出安全系数(寿命校核)方法，给出绕轮数量等修正系数，还应校正在轮子上包角、轮距、偏角、转角、考虑轮子绳槽光洁度等。

    ●关于电梯钢丝绳报废，《电梯验收规程》，《电梯维修规范》都给出了钢丝绳报废条件。如检验规程中对曳引绳的检验内容与要求有：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；钢丝绳类型测量长度范围(d为钢丝绳直径)，钢丝绳测量6d、30d长度范围6X19，8X19西鲁式、瓦灵顿式和填充式结构断丝分别不能超过6、12，10、19(d为钢丝绳直径，mm)；当钢丝绳公称直径减少7％时，即使未发现断丝，该绳也应报废。《电梯维修规范》给出了悬挂绳应无机械损伤，当钢丝绳出现断股、严重磨损或锈蚀、断丝超过规定数值等任何情况之一，应用同样规格的钢丝绳予以更换(更换时，整台电梯的悬挂钢丝绳应同时更换)。

    此外，作为电梯钢丝绳专业制造商，天津高盛也制定了自己的报废标准，当出现均匀分布或成群分布的明显的断丝，末端处理区域有明显的断丝、绳芯损坏、磨损、内外部腐蚀、变形、热损害等情况，钢丝绳报废。

    5、钢丝绳在设计安装使用中出现的问题及维保问题

    钢丝绳设计安装使用过程中，常见的问题有：

    ●欠合理的设计，比如：绳轮与绳径比过小；过度反向压绳轮；过多的导向轮；曳引轮与导向轮间距太小，包角过大；曳引轮槽宽间距过小；曳引轮槽形状，V型槽角度太小，下切口角度过大；偏角过大和轮间距离太小；钢丝绳硬度与绳轮不匹配

    ●不规范绕绳、放绳；曳引绳之间张力差过大；释放内

应力过度；外伤、划伤等

    ●门机钢丝绳应选用多丝结构，经过特殊工艺并充分消除内应力

    ●湿度比较大的地区，限速器绳、曳引绳、补偿绳最好不要选用天然纤维芯的钢丝绳，如必须选用，尽量不要选用8股以上(含8股)纤维芯截面积比较大的结构，可选用合成纤维芯设计，也可以采用钢芯结构

    ●钢丝绳应该定期进行检查、清洁、调整张力、补油，维保得当的钢丝绳，会有效提高钢丝绳寿命。钢丝绳维保应注意以下问题：

    ●应该用中性、易挥发的清洗剂

    ●该用毛刷或压缩空气清洗

    ●不可用煤油、柴油、稀料等清洗

    ●一般运行10万次部有一次(不同使用环境、使用频率有区别)，钢芯钢丝绳补油周期要更短

    ●补油量适中

    ●请与钢丝绳供应商保持联系，选用钢丝绳专用油脂，不可用机油、黄油替代

    因此，钢丝绳供应商在生产服务过程，要具备量体裁衣，按用户标准、技术规范分别组织生产，积极参与用户前期设计，提供建设性意见，提供及时便捷服务的能力，同时，供应商还应与电梯用户勤交流、多沟通，以及为用户提供定尺切割延伸服务，提高安装质量等，这样能有效减少问题发生，并防患于未然。

   

后记：

    钢丝绳问题是个十分复杂的问题，目前世界上尚有一些问题还没有解释清楚，比如钢丝绳受力分析、寿命预估等。本人不懂电梯，所有资料都是东抄西凑，四方讨教得来，汇集了一些资料，希望通过交流，对大家有些帮助。罗列工作中遇到过的相关问题，形成所谓一些建议，谨供各位专家同仁参考。

 &nbsp;  所有观点仅代表我个人观点，与服务的公司无关，不当之处敬请各位专家雅正。