電梯鋼絲繩綜合檢驗(yàn)方法的探討

張毅琪 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司科研所

截止至2019年底，全國鐵路營業(yè)里程數(shù)達(dá)到13.9萬km以上，其中高鐵3.5萬km。與此同時(shí)，新建火車站以及老火車站更新改造的數(shù)量也在不斷增加，作為車站中最重要的配套設(shè)施之一的電梯，設(shè)備數(shù)量也在不斷增長。由于人們使用電梯較為頻繁，公眾對于電梯安全性的重視也日益增長。作為垂直電梯中最主要的部件之一，電梯鋼絲繩重要性不言而喻，它不僅決定著電梯運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性舒適性，更與電梯乘坐者的性命息息相關(guān)。2018年底，在上海某小區(qū)更是發(fā)生了電梯鋼絲繩斷股的事件。因此，電梯鋼絲繩的檢驗(yàn)檢測十分重要。以下就電梯鋼絲繩的失效形式、原因、檢驗(yàn)檢測方法等進(jìn)行介紹說明和探討。

1 電梯鋼絲繩的作用

電梯鋼絲繩是電梯上用來懸掛對重和轎廂的主要部件，承載著電梯的幾乎全部懸掛重量。電梯通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)曳引輪，利用曳引輪與鋼絲繩之間的摩擦力，帶動(dòng)轎廂和對重上下運(yùn)行。

2 電梯鋼絲繩的失效形式

電梯鋼絲繩常見的失效形式有磨損、斷股、斷絲、籠狀畸變、扭結(jié)、繩芯擠出、部分壓扁、彎折等多種。其中，磨損是最常見的失效形式。

鋼絲繩的磨損主要產(chǎn)生于鋼絲繩表面、繩股與繩股之間和鋼絲與鋼絲之間。按照磨損的種類來分，主要分為外部均勻磨損、變形磨損和內(nèi)部磨損這三種。外部均勻磨損是指，鋼絲繩在使用過程中，與曳引輪之間產(chǎn)生的磨損。通常來說，金屬材料的硬度越高，其耐磨性就越好。所以當(dāng)鋼絲繩的硬度低于曳引輪是，磨損的情況會(huì)十分嚴(yán)重。變形磨損指得是鋼絲繩在某一段內(nèi)的局部磨損。由于電梯的運(yùn)行特性，鋼絲繩和曳引輪之間經(jīng)常發(fā)生慢性位移；亦或者會(huì)產(chǎn)生劇烈的沖擊和振動(dòng)，從而沖擊鋼絲繩，使得其產(chǎn)生局部擠壓變形，令這一部分的鋼絲受損，并且極易產(chǎn)生局部斷絲。內(nèi)部磨損，指得是由于鋼絲繩在經(jīng)過曳引輪，導(dǎo)向輪的時(shí)候會(huì)發(fā)生彎曲，從而容易使得每股中的鋼絲產(chǎn)生相對位移，久而久之，股與股之間的壓力逐漸增大，使得鋼絲繩會(huì)因?yàn)榫植繎?yīng)力集中而發(fā)生斷絲，甚至斷股的情況發(fā)生。

3 電梯鋼絲繩磨損的原因分析

3.1 張力差

電梯鋼絲繩張力均勻?qū)τ谄溆兄种匾挠绊憽埩Σ痪鶆?，電梯對重和轎廂的重量就無法平均分配至每一根鋼絲繩，使得某幾根鋼絲繩上承受的力過大。其會(huì)成為電梯在日常使用中的一個(gè)事故隱患，隨著電梯使用時(shí)間和運(yùn)行次數(shù)的不斷增加，會(huì)導(dǎo)致曳引輪和鋼絲繩之間的磨損不均勻，從而降低了曳引輪和鋼絲繩的使用壽命。另外，這種情況還會(huì)降低電梯的曳引力，極端情況下甚至?xí)斐射摻z繩和曳引輪之間打滑，從而發(fā)生事故。同樣的，張力不均勻還會(huì)使得電梯正常工作運(yùn)行過程中的噪音和振動(dòng)增加，從而降低了乘坐電梯的平穩(wěn)性和舒適性。最后，如果各根鋼絲繩之間的張力差別過大，使得載荷（轎廂和對重的重量）集中在某一根或幾根鋼絲繩上，還可能會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩安全系數(shù)不足。

導(dǎo)致電梯鋼絲繩張力不均勻的主要原因有兩個(gè)：一是電梯在日常的運(yùn)行中，各鋼絲繩產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性伸長情況不一致；二是在電梯安裝的時(shí)候，鋼絲繩靜態(tài)基礎(chǔ)張力不一致。各根電梯鋼絲繩的長度在電梯安裝的時(shí)候往往難以嚴(yán)格一致，會(huì)有些許偏差，這樣一來，就會(huì)造成其受力不均勻。

3.2 形位公差

曳引輪和導(dǎo)向輪形位公差超標(biāo)會(huì)對電梯鋼絲繩產(chǎn)生如下的危害：一是使得電梯鋼絲繩無法和曳引輪槽完全契合，可能使得兩者的接觸面積減小，從而減小電梯的曳引能力，并且加重鋼絲繩的局部磨損；二是可能增加鋼絲繩在電梯正常運(yùn)行過程的抖動(dòng)，從而影響電梯正常運(yùn)行的平穩(wěn)性和舒適性，還會(huì)在一定程度上對鋼絲繩造成沖擊，使得其老化加速；三是會(huì)造成曳引輪和導(dǎo)向輪輪槽發(fā)生單側(cè)磨損。

造成曳引輪和導(dǎo)向輪端面相對水平面的垂直度超標(biāo)的原因有以下幾種：一是在電梯安裝的時(shí)候，曳引輪和導(dǎo)向輪并未被正確地安裝到位，導(dǎo)致問題遺留至使用階段；二是在平時(shí)電梯的運(yùn)行中，因?yàn)榉N種其他故障或者原因?qū)σ芬喓蛯?dǎo)向輪產(chǎn)生了持續(xù)的沖擊，導(dǎo)致其產(chǎn)生了輕微的偏差；三是電梯本身零部件的質(zhì)量問題導(dǎo)致的。

3.3 鋼絲繩與曳引輪的材質(zhì)

電梯鋼絲繩材質(zhì)一般使用45#、55#或65#鋼，維氏硬度介于300至500之間。電梯曳引輪一般使用的材料為球磨鑄鐵，維氏硬度介于200至300之間。電梯鋼絲繩和曳引輪的型號選擇需要參考梯速、尺寸、價(jià)格等因素。由鋼絲繩和曳引輪材質(zhì)引起的磨損主要有以下兩個(gè)原因。一是電梯鋼絲繩的硬度較小。這種情況下，鋼絲繩的耐磨性較差，如果同時(shí)選用了耐磨性較好的曳引輪，會(huì)使得鋼絲繩的磨損加劇。二是電梯鋼絲繩的硬度過大。此種情況下，鋼絲繩的柔韌性會(huì)降低，從而使得其在運(yùn)行過程中的振動(dòng)無法被自身消除，并且容易引發(fā)更大的振動(dòng)，從而使得鋼絲繩產(chǎn)生內(nèi)部磨損。

3.4 鋼絲繩的質(zhì)量

電梯鋼絲繩可能會(huì)因?yàn)楸４?、安裝或者保養(yǎng)不當(dāng)，產(chǎn)生一些質(zhì)量問題。一是鋼絲繩繩芯外露、變形。產(chǎn)生這種問題的原因是在捻股成型施工中作業(yè)不當(dāng)導(dǎo)致的。二是鋼絲繩生銹。產(chǎn)生這種問題主要是因?yàn)樵阡摻z繩的運(yùn)輸儲存過程中，受到雨淋，或是受到日曬，防銹油流出；或者是平時(shí)保養(yǎng)不當(dāng)，沒有及時(shí)除銹。三是鋼絲繩異常損傷。其原因可能是因?yàn)樵谶\(yùn)輸安裝過程中，鋼絲繩受到了外力的沖擊所致。這些質(zhì)量問題產(chǎn)生之后，如果沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，會(huì)導(dǎo)致電梯鋼絲繩在日常使用中產(chǎn)生異常振動(dòng)等問題，使得磨損加劇。

4 一起電梯鋼絲繩斷股事件的介紹

2018年年底，上海某小區(qū)發(fā)生了電梯鋼絲繩斷股的事件。據(jù)小區(qū)居民反映，該電梯在平時(shí)的運(yùn)行過程中，有明顯的抖動(dòng)現(xiàn)象。在距離事故最近的一次定期檢驗(yàn)中，檢驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)該電梯運(yùn)行平穩(wěn)性較差，但經(jīng)過檢驗(yàn)后并未發(fā)現(xiàn)明顯異樣。事后查閱電梯相關(guān)資料檔案，和詢問物業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人和維保人員得知，電梯的日常維護(hù)保養(yǎng)都按照相關(guān)規(guī)定正常進(jìn)行，維保人員在維保時(shí)也未發(fā)現(xiàn)明顯異樣。我們所為此特別組織會(huì)議進(jìn)行討論研究，討論后一致認(rèn)為，為了保障電梯的使用安全，有必要對于其進(jìn)行全面分析，并對所有同型號的電梯鋼絲繩進(jìn)行檢驗(yàn)檢測。

5 電梯鋼絲繩檢測方法

經(jīng)過研究討論，我們所決定根據(jù)GB/T 10058《電梯技術(shù)條件》、GB/T 31821《電梯主要部件報(bào)廢技術(shù)條件》、GB/T 10060-2011《電梯安裝驗(yàn)收規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行電梯鋼絲繩的張力測試、曳引輪鉛錘度檢查、曳引輪導(dǎo)向輪平行度檢查，并進(jìn)行電梯鋼絲繩探傷，下文詳細(xì)介紹上述各個(gè)檢測內(nèi)容。

5.1 張力檢測

根據(jù)檢規(guī)要求，各鋼絲繩之間的張力與平均值之間的偏差應(yīng)不大于5%。我們使用LTZ-20型管型測力計(jì)來檢測電梯鋼絲繩張力。使用時(shí)用測力計(jì)的掛鉤鉤拉住一根鋼絲繩，使其偏離一定的距離，讀出測力計(jì)的數(shù)值并記錄。用同樣的方法測量其他鋼絲繩的張力數(shù)值并記錄，計(jì)算張力的平均值，并且與各根鋼絲繩的張力進(jìn)行比較，如果最大偏差在5%以內(nèi)則為合格。

現(xiàn)場對于該電梯鋼絲繩張力測量，如圖1所示

圖1 鋼絲繩張力測量值

通過計(jì)算得知，5根鋼絲繩的平均張力為29.6 N。其中，5#鋼絲繩的張力達(dá)到了35 N，與平均值的偏差達(dá)到了18.24%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了檢規(guī)所規(guī)定的5%。由此可知，此電梯存在鋼絲繩張力不均勻的情況，且比較嚴(yán)重。

5.2 曳引輪、導(dǎo)向輪形位公差檢測

根據(jù)GBT 10060-2011電梯安裝驗(yàn)收規(guī)范，曳引輪和導(dǎo)向輪輪緣端面相對水平面的垂直度在空載或滿載工況下均不宜大于4/1000。測量曳引輪、導(dǎo)向輪相對水平面的垂直度，使用的工具是鋼直尺和鉛垂線。首先通過電梯的技術(shù)資料獲得相關(guān)電梯曳引輪，導(dǎo)向輪的尺寸數(shù)據(jù)。之后，在電梯機(jī)房中，使用鉛垂線和鋼直尺，測量出曳引輪和導(dǎo)向輪相對水平面的垂直度誤差最大值，如果這個(gè)值不大于4/1000即為合格。通過現(xiàn)場對于此電梯的測量，發(fā)現(xiàn)其導(dǎo)向輪的垂直度為3/1000，合格；但曳引輪的垂直度為5/1000，不合格,。

5.3 無損探傷

在完成了鋼絲繩張力檢測，曳引輪、導(dǎo)向輪形位公差的檢測后，需要對電梯鋼絲繩進(jìn)行全方位的無損探傷。我們使用的儀器為GNDT-ME型電梯鋼絲繩探傷儀。GNDT-ME型電梯鋼絲繩探傷儀采用了磁通與漏磁的檢測方法，能夠同時(shí)檢測多根電梯鋼絲繩，對于鋼絲繩中存在的磨損、斷股、斷絲、各種變形、材料變化等缺陷都能夠完成檢測，能夠檢測局部損傷和金屬截面積變化，并在報(bào)告中直接讀取出兩項(xiàng)的數(shù)據(jù)和結(jié)論。

在實(shí)際操作中，首先需要通過電梯技術(shù)資料和現(xiàn)場測量確認(rèn)，得知電梯鋼絲繩型號，通過測量和計(jì)算得知鋼絲繩的直徑和捻距。其次、將該儀器的無損檢測的部分放置于電梯鋼絲繩之上，使電梯以檢修速度運(yùn)行全程，從而完成整個(gè)數(shù)據(jù)測量的過程。這里需要注意的是，此儀器容易受到電梯變頻器等外界信號的干擾，測試中需要注意屏蔽。之后通過電腦端的數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)С鐾暾碾娞蒌摻z繩無損檢測報(bào)告。報(bào)告中對于電梯鋼絲繩的磨損情況，截面積損失最嚴(yán)重的位置，以及斷絲情況有著詳細(xì)的描述。

6 結(jié)束語

隨著我國鐵路運(yùn)營里程的不斷增長，作為配套設(shè)施的電梯，數(shù)量也在激增。另外，已建成的車站及配套設(shè)施的電梯，隨著使用年限的增長，設(shè)備也在不斷老化。電梯鋼絲繩作為電梯的重要部件，直接關(guān)系到電梯的使用安全。本文就電梯鋼絲繩的檢驗(yàn)檢測方法等進(jìn)行了說明和探討。希望能夠?qū)﹄娞莸陌踩\(yùn)行作出一點(diǎn)貢獻(xiàn)，將許多事故消滅在萌芽狀態(tài)。