探析電梯鋼絲繩耐疲勞性能的影響因素

黃承鋒

摘 要：鋼絲繩內部和外部的斷絲現(xiàn)象絕大部分是因為受到彎曲、拉伸、扭轉等純力學作用而產(chǎn)生的。從電梯鋼絲繩自身的特點入手，分析電梯鋼絲耐疲勞性能的影響因素，以期為日后電梯鋼絲繩的生產(chǎn)起到一定的指導作用。

關鍵詞：斷絲現(xiàn)象；鋼絲繩；耐疲勞；磨損

中圖分類號：TU857 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）13-0024-02

鋼絲繩業(yè)已經(jīng)成為了事故頻發(fā)的重大危險源，很多斷繩事故顯示，在用鋼絲繩的疲勞損傷基本是無法避免的，其潛伏性很強，危險征兆相當隱蔽，但爆發(fā)速度卻很快。鋼絲繩疲勞、斷絲、銹蝕、磨損等技術缺陷已經(jīng)成為了難防難測的重大隱患。

1 電梯鋼絲繩疲勞壽命

疲勞壽命也被稱為耐疲勞性。在一定交變應力的工作條件下，鋼絲繩在斷絲前會出現(xiàn)一定的反復彎曲疲勞次數(shù)。在疲勞試驗機上施加一定的載荷，達到規(guī)定斷絲根數(shù)的彎曲疲勞次數(shù)。疲勞次數(shù)取決于鋼絲繩所受交變載荷的大小和鋼絲受到各種彎曲應力的情況。鋼絲繩彎曲疲勞次數(shù)一般在104以上，點接觸疲勞次數(shù)最少，線接觸次之，所以，使用壓實股鋼絲繩和壓實鋼絲繩較好。例如同直徑、同類型的鋼絲繩，其外層鋼絲較細時，耐疲勞性能較好。

2 電梯鋼絲繩疲勞機理及應對措施

電梯鋼絲繩應用的工作環(huán)境不同，其損傷機理也有一定的區(qū)別：①鋼絲繩的耐疲勞性與其材料特性有很大的關系。在鋼絲繩的使用過程中，摩擦會導致其表面出現(xiàn)脆性馬氏體薄層，這是引起電梯鋼絲繩斷絲的主要原因。采用耐磨材料能有效應對鋼絲繩斷絲。②熱處理工藝和鋼絲繩疲勞也有關系。采用正確的熱處理工藝能夠得到強度、韌性和塑性等多方面的合理配置組織，從而得到較為理想的耐疲勞性能。

3 影響耐疲勞性能的因素

3.1 鋼絲繩材質

不同材質的鋼絲繩拉拔力度不同，比較優(yōu)質的是碳素鋼絲，其力學性能較好。需要注意的是，鋼絲繩冶煉時產(chǎn)生的非金屬夾雜物易成為疲勞源，非金屬夾雜物粒度和含量越高，鋼絲繩耐疲勞性能越低。以優(yōu)質碳素鋼絲繩為例，其金相組織是索氏體，一旦鋼絲繩中夾雜非金屬物，就會導致金相組織中網(wǎng)狀鐵素體疲勞裂紋擴展，降低鋼絲繩的耐疲勞性能。

3.2 鋼絲繩結構及規(guī)格

從鋼絲繩的耐疲勞性來說，鋼絲繩分為點接觸鋼絲繩、線接觸鋼絲繩和面接觸鋼絲繩，鋼絲繩耐疲勞性依次增大。電梯鋼絲繩受限于狹窄的空間，通常不宜選用大直徑曳引輪，面接觸鋼絲繩雖然剛度較大，但撓性較差，因此，實際應用并不廣泛。目前，較為常見的是線接觸鋼絲繩。由實際經(jīng)驗得出，在鋼絲繩股內同層鋼絲之間、各股之間留出適當?shù)目p隙可以提高鋼絲繩的耐疲勞性，但要保證留出的縫隙是均勻的?，F(xiàn)在人們見到的普通電梯鋼絲繩多為8*19S，6*19S，8*19W，6*19W，而高速電梯則采用8*19W+8*7+IWR，8*19S+8*7+IWR和9*17S+9*7+（FC）/IWR等平行捻鋼絲繩。

3.3 鋼絲繩油脂

鋼絲繩油脂與其耐疲勞性有很大的關系，因此，在實際應用過程中，要根據(jù)鋼絲繩的使用環(huán)境、用途、油脂等各項技術指標選用合適的油脂。一般來說，電梯多在室內使用，電梯井在無溫度、濕度調控的情況下，電梯井所處的環(huán)境與當?shù)卣w環(huán)境有很大的關系。南方沿海地區(qū)高溫潮濕、東北地區(qū)低溫干燥等有地域性的環(huán)境特點要求電梯生產(chǎn)時要考慮鋼絲繩油脂的選取。為了確保鋼絲繩盡可能長時間地保持其潤滑性，油脂應具備耐高低溫性能，高溫不淌，低溫不脆裂。

另外，在制造鋼絲繩的過程中，廠家已經(jīng)涂油，但鋼絲繩涂油也是有一定方式、方法的，一般是小股涂油，整繩保持無油狀態(tài)。涂油工序依次是鋼絲、股和繩，而涂油方式則分為噴淋式和浸入式。電梯的運行是靠電梯鋼絲繩與滑輪之間的摩擦力驅動的，油脂溫度過高會使油脂變形，而過多的油脂會減小鋼絲繩與曳引輪之間的摩擦力，引發(fā)安全問題；油量過少會增大摩擦力，使電梯鋼絲繩耐疲勞性下降等。

3.4 繩芯直徑

為了維持鋼絲繩的形態(tài)，繩芯發(fā)揮著非常重要的作用，此外，其在很大程度上還影響著電梯鋼絲繩的耐疲勞性。繩芯會影響鋼絲繩的直徑，從而影響鋼絲繩各股之間的間隙。如果繩芯較粗，鋼絲繩股會突起，使得鋼絲繩和繩輪接觸的時候會加快磨損，導致斷絲斷股。從這個角度上講，控制繩芯捻制直徑意義重大。另外，高彈力繩芯會影響鋼絲繩承受彎曲應力時的接觸應力，能有效延長電梯鋼絲繩的使用壽命。

3.5 鋼絲繩的捻制

捻距是鋼絲繩技術指標中極其重要的參數(shù)之一，它對鋼絲繩的綜合性能有很大的影響。捻距的大小與鋼絲強度捻制損失，合繩生產(chǎn)率，鋼絲繩整繩破斷拉力，鋼絲繩松散性、可撓性、耐壓性和耐疲勞性等有一定的關系。捻距要適當，不能太大也不能太小，要綜合考慮多方面因素，共同確定鋼絲繩捻距。

3.6 鋼絲繩承受力

鋼絲繩預張拉是為了消除電梯鋼絲繩在使用過程中的結構伸長，提高鋼絲繩的承受力。預張拉能在一定程度上消除鋼絲繩的捻制缺陷，改善鋼絲繩的股承載張力分布情況，確保股繩位置穩(wěn)定，最終提升電梯鋼絲繩的耐疲勞性。預張拉機分為以下幾種：臺式預張拉機，非在線張拉，可調速度；直線式預張拉機，在線張拉；間歇式折返預張拉機，保壓和張拉時間均可調整，且占地面積小，張拉強度大；間歇式直線預張拉機，保壓和張拉時間可調。在預張拉鋼絲繩時，一些鋼絲會發(fā)生一定程度的變形，最終張拉效果可由張拉保壓時間、張拉力大小和張拉方式?jīng)Q定。鋼絲繩采用間歇折返式預張拉機能逐漸增加其張拉力，提高其承受能力，這對提高電梯鋼絲繩的耐疲勞性能來說效果極佳。

3.7 鋼絲繩表面意外損傷

在鋼絲繩的生產(chǎn)過程中，表面意外損傷會對鋼絲繩的耐疲勞性能造成很大的影響，盡管如此，很多電梯生產(chǎn)企業(yè)卻忽視了這一點。常見的引起鋼絲繩表面損傷的原因有以下幾種：水箱塔輪磨損出槽、拉絲模開裂、排線杠磨損出槽、捻繩機穿線孔磨損出槽等。在多種原因造成鋼絲繩表面意外損傷嚴重的情況下，其表面會留下金屬屑殘留物，使鋼絲繩直徑變小，最終降低鋼絲繩的耐疲勞性。鋼絲意外損傷致使使用電梯的過程中應力集中，最終引發(fā)故障，因此，在鋼絲繩生產(chǎn)、運輸、儲存的過程中，一定要重視對鋼絲繩表面的保護。有能力的企業(yè)可以使用筐籃架運輸或儲存工字輪結構的鋼絲繩，這樣不僅能夠避免工字輪撞擊，同時，還有助于檢驗和吊裝等。另外，在工字輪結構設計的鋼絲繩運輸過程中，可使用吊車或叉車等快速、安全地吊裝電梯鋼絲繩，避免在這個過程中損壞電梯鋼絲繩。

4 結束語

在電梯鋼絲繩的生產(chǎn)過程中，影響其耐疲勞性能的因素有很多，而本文提出的因素在電梯鋼絲繩生產(chǎn)過程中要尤為重視。針對文中分析的各種因素設計出科學、合理的鋼絲繩結構，從而提高電梯鋼絲繩的耐疲勞性。另外，對電梯鋼絲繩運輸、安裝和維護的過程也要給予一定的重視，爭取全面排除影響電梯鋼絲繩耐疲勞性的因素，有效提升電梯鋼絲繩的耐疲勞性能。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕

Abstract： Internal and external rope yarn breakage majority was due to purely mechanical effect bending， stretching， twisting， etc. produced. From the elevator rope own characteristics， analyzes the factors affecting the fatigue resistance of the elevator wire， wire rope to lift production for the future play a guiding role.

Key words： broken wire phenomenon； rope； fatigue； wear