磷化電梯鋼絲繩的生產(chǎn)與使用

崔影（無錫通用鋼繩有限公司，江蘇無錫214196）

磷化電梯鋼絲繩的生產(chǎn)與使用

崔影
（無錫通用鋼繩有限公司，江蘇無錫214196）

磷化電梯鋼絲繩制繩鋼絲經(jīng)錳系或鋅錳系磷化液處理得到耐磨磷化層，使用磷化鋼絲捻制電梯鋼絲繩，磷化膜與潤滑脂的復(fù)合作用，可同時達到耐磨、減摩和提高耐蝕能力的綜合效果，延緩鋼絲表面微動磨損損傷和銹蝕的發(fā)生，從而大幅度延長使用壽命。闡述了鋼繩失效過程及延長其使用壽命的技術(shù)原理，介紹了磷化電梯鋼絲繩的生產(chǎn)制造技術(shù)，并對磷化電梯鋼絲繩的使用情況進行了分析。

電梯；鋼絲繩；疲勞；微動磨損；磷化；耐磨；減摩

1　鋼繩失效過程及延長其使用壽命技術(shù)原理

鋼絲繩使用過程中造成其失效的主要原因是微動疲勞，微動疲勞可以視作微動磨損與疲勞的共同作用[1]。防護微動疲勞的技術(shù)措施必須能夠阻斷或者削弱鋼絲之間相互摩擦所帶來的微動磨損，即通過技術(shù)手段達到延緩、抑制制繩鋼絲表面微動磨損、防止鋼絲快速氧化銹蝕、避免鋼絲繩在使用過程中發(fā)生應(yīng)力集中，減緩疲勞微裂紋的萌生與擴展速率，從而提高鋼絲繩綜合質(zhì)量水平并延長其使用壽命。

磷化涂層鋼絲繩專利技術(shù)，即對鋼絲表面進行磷化處理得到制繩用磷化鋼絲，然后使用磷化鋼絲直接捻股或鋼芯（鋼絲磷化后不經(jīng)過冷拉），優(yōu)先使用錳系或鋅錳系配方的磷化液，錳系磷化與鋼絲基體結(jié)合強度高不易脫落，且耐磨效果尤其優(yōu)異。捻股涂油過程中潤滑脂已經(jīng)被加熱而呈融化態(tài)，可以滲入到磷化膜的空隙之中，磷化膜的存在增加了潤滑脂在鋼絲表面的駐留量，潤滑脂可以將磷化膜的空隙予以封閉，防止鋼絲表面與空氣中的氧氣直接接觸，潤滑脂與磷化膜的復(fù)合作用，達到使鋼絲表面更加耐磨、減小鋼絲間摩擦因數(shù)促進滑動減緩微動磨損的發(fā)生，并同時提高鋼絲耐氧化抗腐蝕能力的綜合防護效果，從而有效抑制并延緩微動疲勞的發(fā)生，鋼絲繩的使用壽命得到大幅度延長[2-3]。

2　磷化電梯鋼絲繩的生產(chǎn)制造

電梯鋼絲繩是電梯的承載零件，其綜合質(zhì)量的高低對電梯運行的安全性、可靠性、經(jīng)濟性均有重要且直接的影響。隨著高速、超高速電梯在高層建筑的大量使用，對曳引電梯鋼絲繩提出了更高的質(zhì)量要求，尤其是那些采用多繞掛繩方式的懸掛系統(tǒng)。電梯繩使用過程中過早出現(xiàn)斷絲、斷股，嚴(yán)重影響電梯的正常使用，并對電梯的安全運行構(gòu)成一定威脅，盡管造成斷絲、斷股的原因有多種，如繩輪嚴(yán)重磨損或多根電梯繩間張力分布不均等等，但電梯繩自身質(zhì)量無疑是其最主要的影響因素，應(yīng)該使用最新科技成果生產(chǎn)電梯鋼絲繩以提高產(chǎn)品質(zhì)量滿足用戶要求。曳引電梯用磷化涂層鋼絲繩，制繩鋼絲通過錳系或鋅錳系磷化處理得到耐磨磷化膜，能夠完全符合GB8903-2005《電梯用鋼絲繩》標(biāo)準(zhǔn)的所有技術(shù)要求。

磷化電梯鋼絲繩的生產(chǎn)工藝與光面電梯鋼絲繩相比，只是增加了制繩鋼絲耐磨磷化處理工序及對磷化膜膜重的要求。由于制繩鋼絲在拉拔前的表面準(zhǔn)備過程中也采用酸洗加磷化的生產(chǎn)工藝，這兩種磷化選用不同種類的磷化液，對磷化膜膜重的要求也不同，應(yīng)該注意區(qū)分。

拉拔用磷化采用鋅系磷化，鋅系磷化膜延展性好、附著力高，磷化膜在鋼絲拉拔過程中，絕大部分磷化膜被拉絲模刮擦脫落，且鋼絲冷拉后表面積大幅度增加，鋼絲拉拔后殘余磷化膜在1 g/m2左右，文獻[4]中介紹，拉拔前磷化膜4.21～9.67 g/m2，磷化后對鋼絲進行總壓縮率89%～93%的冷拉加工，拉拔后殘余磷化膜膜重為0.6～1.46 g/m2。

制繩用磷化鋼絲采用錳系或鋅錳系磷化，該磷化膜耐磨性好、抗腐蝕能力高，與鋼絲基體結(jié)合牢固，磷化膜控制在15～30 g/m2之間為佳，鋼絲磷化后直接捻制股繩或鋼芯，以保證對鋼絲表面的保護效果[3]，它們生產(chǎn)流程分別如下。

光面電梯鋼絲繩生產(chǎn)流程：

鋼絲→熱處理（索氏體化）→拉拔前表面準(zhǔn)備（鋅系磷化）→冷拉→捻股→合繩。

磷化電梯鋼絲繩生產(chǎn)流程：

鋼絲→熱處理（索氏體化）→拉拔前表面準(zhǔn)備（鋅系磷化）→冷拉→磷化（錳系或鋅錳系磷化）→測定磷化膜膜重→捻股→合繩。

制繩鋼絲經(jīng)過脫脂及酸洗除銹處理后進入磷化液，進入磷化液一段時間之內(nèi)，磷化膜的膜重隨著時間延長而增加，一定時間后，磷化膜膜重不再繼續(xù)增大，決定最終磷化膜膜重大小的主要因素是磷化液配方。制繩鋼絲磷化處理，優(yōu)先采用錳系或鋅錳系磷化，需要對磷化配方進行篩選，只有確保得到15～30 g/m2的重膜磷化，才能保證達到使制繩鋼絲表面更加耐磨、減小鋼絲間摩擦力和提高鋼絲的防銹蝕能力的綜合效果。制繩鋼絲熱處理以后一般要經(jīng)過總壓縮率大于75%的冷拉，以得到高強度、高韌性的綜合力學(xué)性能，冷拉后鋼絲內(nèi)部原子儲備了較高的內(nèi)能，有利于磷化反應(yīng)的快速進行并得到重膜磷化層。磷化膜存在的空隙有利于增加潤滑脂在鋼絲表面的貯存量，潤滑脂滲入磷化膜的空隙可以避免鋼絲表面與空氣接觸提高防銹蝕能力，同時潤滑脂也不容易從鋼絲表面流淌脫落。鋼絲磷化前后力學(xué)性能基本沒有變化，磷化膜小于15 g/m2時，磷化后鋼絲直徑幾近無增大，磷化膜大于20 g/m2時，鋼絲直徑僅略有增加，這些特點使磷化電梯繩可以完全按照電梯繩現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)，鋼絲繩所有力學(xué)性能，如整繩破斷拉力等指標(biāo)與同結(jié)構(gòu)的光面電梯繩是完全一致的。

磷化膜類型及膜重對鋼絲的防護效果有至關(guān)重要的影響，并最終影響鋼絲繩使用壽命，需重點檢驗。測定成品磷化電梯鋼絲繩內(nèi)部鋼絲磷化膜膜重，可以先使用有機溶劑將鋼絲表面的潤滑脂清洗干凈并充分風(fēng)干，然后按GB/T9792—2003《金屬材料上的轉(zhuǎn)化膜單位面積膜質(zhì)量的測定重量法》檢測制繩鋼絲的磷化膜膜重。GB/ T11376-1997《金屬的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜》附錄J中介紹了磷化膜類型的鑒定方法。

3　磷化電梯鋼絲繩的使用

使用過程中的電梯鋼絲繩，通過曳引輪與鋼絲繩的摩擦將曳引機的驅(qū)動力施加到鋼絲繩之上，并拖動電梯箱體等一同上下運動。互相接觸的物體，接觸面上微凸起頂部發(fā)生接觸，部分凹凸部位就相互嚙合，從而產(chǎn)生對滑動的阻礙，摩擦力等于相互嚙合部分被擠壓變形或剪切所需的力與互相接觸部分分子引力的合力，摩擦力大小與摩擦副表面狀態(tài)相關(guān)。磷化電梯鋼絲繩是一種全新技術(shù)生產(chǎn)的專利產(chǎn)品，由于制繩鋼絲表面增加了磷化膜，與光面電梯繩相比，鋼絲表面狀態(tài)發(fā)生了變化，在大幅度延長使用壽命的同時，下列問題亦需重點關(guān)注，必須確認(rèn)各項性能均符合要求后方能大規(guī)模在電梯上實際使用，以確保電梯的安全運行。

3.1磷化電梯鋼絲繩的曳引力

曳引式電梯提升系統(tǒng)由曳引機、曳引輪、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪和反繩輪等組件構(gòu)成，繩輪槽包括半圓槽、凹形槽、V形槽等形狀，轎廂、對重裝置、載荷、補償裝置及隨動電纜等產(chǎn)生的重力將曳引繩壓緊在曳引輪繩槽內(nèi)，曳引電動機驅(qū)動曳引輪轉(zhuǎn)動，帶動電梯繩拖動轎廂和對重裝置作相對運動，電梯繩與曳引輪繩槽是通過柔體與剛體之間的摩擦來提供曳引力的[5]。

曳引力與當(dāng)量摩擦因數(shù)之間存在函數(shù)關(guān)系[6]，GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》附錄M中表述，依據(jù)摩擦系數(shù)計算當(dāng)量摩擦因數(shù)。因此，應(yīng)該測定磷化電梯繩與輪槽間的摩擦系數(shù)，并與光面電梯繩進行對比，以確定電梯是否具備足夠的曳引力。鋼繩與曳引輪輪槽間接觸狀態(tài)對摩擦因數(shù)大小有影響，如鋼絲繩外表面及輪槽內(nèi)表面的磨損程度，因而摩擦因數(shù)是一個變量，在一定范圍內(nèi)波動。由于鋼繩內(nèi)鋼絲表面涂敷有潤滑脂，所以，磷化電梯繩、光面電梯繩與輪槽間摩擦因數(shù)差別可能并不大，但必須通過技術(shù)手段對摩擦因數(shù)數(shù)值范圍予以確認(rèn)，磷化電梯繩畢竟是一項新產(chǎn)品，沒有任何使用它的經(jīng)驗積累。

另外，通過增大包角、優(yōu)化繩槽等措施，可以增加電梯的曳引能力[7-8]，可以將這些技術(shù)與磷化電梯鋼絲繩一起使用，以確保電梯擁有足夠的曳引力。

3.2通過高塔試驗驗證電梯實際運行性能

特種設(shè)備安全法要求電梯制造單位對電梯安全性能負責(zé)，磷化電梯鋼絲繩是為電梯配套的一種新產(chǎn)品，必須通過嚴(yán)格的實際運行試驗驗證其所有相關(guān)性能指標(biāo)。電梯生產(chǎn)企業(yè)普遍建設(shè)有電梯試驗高塔，使用磷化電梯鋼絲繩將符合GB/ T10058-2009《電梯技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)的電梯安裝在試驗高塔內(nèi)，按照GB/T10059-2009《電梯試驗方法》及GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》等進行測試，重點測試與曳引能力相關(guān)的指標(biāo)，如電梯輕載和額載情況下的啟動加速度，A95加速度，A95減速度，制動減速度，平層保持精度等。同時需按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對電梯上行制動、下行制動進行測試[9-10]，以驗證電梯在各種工況條件下能否有效制動并實現(xiàn)安全運行。

3.3監(jiān)測磷化電梯鋼絲繩的失效過程并掌握其失效規(guī)律

電梯繩損壞到一定程度時需要適時更換，過早更換提高使用成本，過遲更換降低安全性能并可能造成人身傷害事故。GB/T5972-2009《起重機鋼絲繩保養(yǎng)、維護、檢驗和報廢》標(biāo)準(zhǔn)中，斷絲、磨損、腐蝕和變形是判定鋼絲繩報廢的主要依據(jù)。磷化電梯鋼絲繩的失效規(guī)律需要認(rèn)真測定，即監(jiān)測磷化電梯繩隨使用時間的延長而出現(xiàn)的損壞現(xiàn)象并做好詳細記錄，如微動磨損造成鋼繩直徑減小的規(guī)律，出現(xiàn)疲勞斷絲的時間段、部位和數(shù)量等。由于磷化膜使鋼絲表面更加耐磨，所以磷化鋼絲繩直徑減小速率要低于光面鋼絲繩，尤其是鋼芯結(jié)構(gòu)的電梯鋼絲繩。失效過程統(tǒng)計數(shù)據(jù)增加到一定數(shù)量時，可以在對數(shù)據(jù)進行詳盡分析的基礎(chǔ)上，逐漸形成磷化電梯繩報廢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以確保電梯的安全運行。

疲勞試驗是對實際工作狀況的一種模擬，只有在試驗條件完全相同的情況下，兩組疲勞試驗數(shù)據(jù)才能用來做對比，因此，將同結(jié)構(gòu)、同規(guī)格的磷化電梯繩和光面電梯繩在同一臺試驗機的同一個輪槽內(nèi)分別做疲勞試驗至斷股并記錄疲勞試驗次數(shù)，鋼絲繩實際使用壽命與疲勞試驗壽命成正比關(guān)系，結(jié)合光面電梯繩的實際使用壽命，這些數(shù)據(jù)可以幫助估算磷化電梯繩的預(yù)期使用壽命。針對光面鋼絲繩設(shè)計的疲勞壽命或使用壽命的估算方法或經(jīng)驗公式，不適用于磷化鋼絲繩。

4　結(jié)論

隨著我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，高層建筑物越來越多，電梯的速度也向高速、超高速方向發(fā)展，而且相當(dāng)數(shù)量的電梯采用復(fù)繞或多繞的掛繩方式，這些運行速度快、使用頻率高、負重載荷大的電梯，特別是在運行過程中鋼繩要承受雙向彎曲變形的電梯，對于電梯鋼絲繩的耐疲勞性能，提出了越來越高以至近乎苛刻的要求[11]。

使用專利技術(shù)生產(chǎn)的磷化涂層電梯繩，制繩鋼絲經(jīng)過錳系或鋅錳系磷化處理，磷化膜的多孔性可以增加潤滑脂在鋼絲表面的駐留量，并且潤滑脂不容易從鋼絲表面脫落。磷化膜與潤滑脂的復(fù)合作用，提高鋼絲表面的耐磨性和防腐蝕能力，同時降低鋼絲之間的摩擦因數(shù)，因而有效抑制、延緩微動磨損的發(fā)生，電梯繩的耐疲勞性能得到大幅度躍升，從而大幅度延長電梯繩使用壽命，磷化電梯鋼絲繩完全符合現(xiàn)行GB8903-2005《電梯用鋼絲繩》標(biāo)準(zhǔn)的所有技術(shù)要求。電梯曳引鋼帶，即在鍍鋅鋼絲繩外包裹聚氨酯層并呈帶狀，聚氨酯層可以保護鋼絲繩外表面不發(fā)生磨損，而鋼絲繩外表面僅僅是鋼絲繩內(nèi)部所有鋼絲表面中的極少部分。磷化鋼絲繩保護的是所有鋼絲表面，能夠防止和抑制所有鋼絲表面發(fā)生微動磨損損傷，磷化電梯鋼絲繩能夠滿足電梯用戶對高性能曳引鋼絲繩的需求。

在通過電梯實際運行試驗，驗證使用磷化鋼絲繩承載電梯的各項運行性能指標(biāo)，如符合要求且能夠保障電梯運行安全的情況下，應(yīng)該盡快在電梯市場推廣使用這項創(chuàng)新產(chǎn)品，提高電梯運行的安全性和可靠性。

［1］崔影.起重鋼絲繩的微動疲勞［C］.全國金屬制品信息網(wǎng)第23屆年會暨2013金屬制品行業(yè)技術(shù)信息交流會論文集.鄭州：全國金屬制品信息網(wǎng)，2013：130-135.

［2］崔影.鋼絲繩磷化涂層技術(shù)［J］.港口裝卸，2014（01）：31.

［3］崔影.磷化鋼絲繩生產(chǎn)技術(shù)論證［J］.金屬制品，2014（03）：15-18.

［4］季華，石琴.低溫快速電解磷化工藝研究［J］.金屬制品，2013（1）：16.

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［9］韓路，肖可.對曳引式電梯上行制動試驗的探討［J］.機電工程技術(shù)，2013（07）：194-196.

［10］王治江，梁述超，孫戰(zhàn)強，等.電梯下行制動試驗理解與分析［J］.機械工程與自動化，2012（05）：128-129.

［11］孫國和.電梯鋼絲繩的使用要求變化及選用原則［J］.天津冶金，2012（05）：43-47+58.

The Production and Use of Phosphatized Elevator’sW ire Rope

CUIYing
（WuxiUniversal SteelRope Co.，Ltd.，Wuxi214196，China）

Wire ropewithwear-resistantphosphate layer can be obtained bymanganese or zinc-manganese phosphate solution treatment. Phosphatized wire can be used to twist the elevator’swire rope.Combined effects of phosphate coatingwith grease，make thewire rope with wear，friction reduction and improving the ability of corrosion.Delaying thewire surface damage and fretting corrosion occurs and extending the service life of the wire rope greatly.Both the friction factor between phosphatized elevator’s wire rope and the traction wheels and the failure regularity in the process ofusingweremeasured.The traction force and elevator operating performancewas verified through the tower test.Ifmeet the requirements，itcan beusedwidely assoon aspossible.

elevator；steelwire rope；fatigue；frettingwear；phosphating；wear resistance；reduce the friction factor

TU857

A

1009－9492(2015)04－0110－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.030

2014－11－07

崔影，男，1964年生，天津人，大學(xué)?？?，高級工程師。研究領(lǐng)域：鋼絲繩生產(chǎn)及相關(guān)技術(shù)。已發(fā)表論文25篇。