曳引鋼絲繩磨損機制及質(zhì)量控制的探討

謝斯

摘 要：曳引鋼絲繩對于電梯來說有著重要的作用，因此，應保障曳引鋼絲繩的質(zhì)量，以免因其出現(xiàn)故障而影響電梯的正常工作。主要從曳引鋼絲繩的磨損機制和質(zhì)量控制兩方面作了詳細的闡述和系統(tǒng)的分析，以期能為有關(guān)方面提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：曳引鋼絲繩；磨損機制；質(zhì)量控制；接觸應力

中圖分類號：TU857 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.156

曳引鋼絲繩對于電梯的運行來說有著相當重要的作用，因此，我們需要采取有效的措施做好相應的保護工作，以防因曳引鋼絲繩的質(zhì)量問題而引發(fā)安全事故?；诖耍疚膶σ芬摻z繩的磨損機制和質(zhì)量控制進行探討，相信對有關(guān)方面有一定的幫助。

1 曳引鋼絲繩的磨損機制分析

電梯檢規(guī)對鋼絲繩作了如下規(guī)定，“出現(xiàn)下列情況之一時，懸掛鋼絲繩應當報廢：①出現(xiàn)籠狀畸變、繩芯擠出、扭結(jié)、部分壓扁、彎折；②斷絲分散出現(xiàn)在整條鋼絲繩上，任何一個捻距內(nèi)單股的斷絲數(shù)多于4根，或者斷絲集中在鋼絲繩的某一部位或某一股，一個捻距內(nèi)斷絲總數(shù)多于12根（對于股數(shù)為6的鋼絲繩來說）或者多于16根（對于股數(shù)為8的鋼絲繩來說）；③磨損后的鋼絲繩直徑小于鋼絲繩公稱直徑的90%.”這體現(xiàn)了電梯鋼絲繩的重要性及檢驗的嚴苛，也從側(cè)面反映了鋼絲繩綜合性能對其壽命的影響是巨大的。

通常，最為普遍的電梯鋼絲繩的受力分析如圖1所示。

從圖1可以看出，電梯鋼絲繩主要受3個力的作用，即彎曲應力、拉應力和接觸應力。由于拉應力與彎曲應力和接觸應力是正比關(guān)系，因此，重點分析彎曲應力和接觸應力對鋼絲繩使用壽命的影響。

彎曲應力的計算公式為：

式（1）中：σw為外層鋼絲所受的彎曲應力，MPa；T為鋼絲繩所受的總拉力，N；f為曳引輪當量摩擦因數(shù)；α為鋼絲繩在曳引輪上的包角，rad；n為鋼絲繩的根數(shù)；A為鋼絲繩金屬截面積，mm2；q為鋼絲繩的單位質(zhì)量，kg/m；v為鋼絲繩的運行速度，m/s；δ為外層鋼絲直徑，mm；E為鋼絲繩的彈性模量，MPa；βr為外層鋼絲在股中的捻角，°； D為鋼絲繩直徑，mm；d為曳引輪直徑，mm。

鋼絲繩在半圓槽和V形槽中的接觸應力（即比壓）分布如圖2所示。

接觸應力的計算式如下。

鋼絲繩在半圓槽曳引輪中的比壓P的計算式為：

從彎曲應力的表達式可以看出，鋼絲繩開始磨損時，除了包角α、鋼絲繩直徑D和鋼絲繩金屬截面積A變小之外，其他參數(shù)保持不變，通過公式可計算出鋼絲繩所受的彎曲應力增大。無論是半圓槽，還是V形槽，其鋼絲繩比壓都會隨著鋼絲繩磨損程度的增加而增大，從而影響摩擦副的摩擦狀態(tài)，造成摩擦因數(shù)改變，導致電梯的曳引力變化，容易發(fā)生電梯事故。一旦鋼絲繩磨損加劇，將會有多種磨損的參與，比如磨損的磨屑將發(fā)生磨粒磨損。此類磨損將導致摩擦副的溫度升高，加劇氧化磨損和疲勞磨損，嚴重時會產(chǎn)生黏著磨損。由于曳引鋼絲繩在有潤滑油的介質(zhì)下參與磨損，疲勞裂紋在循環(huán)交變載荷的作用下將加速擴展，并脫落成更大的磨粒參與磨損。如此反復作用，摩擦副的摩擦環(huán)境進一步惡化，導致鋼絲繩磨損嚴重，甚至于報廢。從這一意義上說，控制鋼絲繩的質(zhì)量，增強鋼絲繩的耐磨性等綜合性能，保證電梯的安全顯得尤為重要。

2 曳引鋼絲繩的質(zhì)量控制方式

電梯曳引鋼絲繩通常采用50～65號優(yōu)質(zhì)碳素鋼或60Si2Mn鋼制造。鋼材獲得高性能的方式之一是保證其組織的純凈度，即對夾雜物，特別是非金屬夾雜物的控制應嚴格要求。這是因為夾雜物會破壞基體的連續(xù)性，加大組織的不均勻性，從而嚴重影響材料的性能。一般的夾雜物產(chǎn)生于鋼的冶煉脫氧和凝固

過程，按照塑性變形能力分為脆性夾雜物、塑性夾雜物、球狀不變形夾雜物。A類夾雜物為硫化物，B類夾雜物為氧化鋁類，C類夾雜物為硅酸鹽，D類夾雜物為球狀氧化物類，Ds類為單顆粒球狀夾雜物。其中，B類夾雜屬脆性夾雜，對鋼絲的性能危害最大，應特別控制。同時，磷和硫會導致鋼的塑性、韌性降低，導致鋼絲易發(fā)生疲勞斷裂，因此，電梯鋼材中的P和S的質(zhì)量分數(shù)都應低于0.025%.另外，還要注重脫氧過程，防止產(chǎn)生過多的Al2O3等不變形夾雜物，在鋼材軋制或使用時容易形成裂紋源，影響鋼材的塑性，造成應力集中，導致斷絲。因此，應使用RH精煉爐與VD爐等先進設備，減少鋼中的夾雜物。

鋼絲在軋制中因軋速不當或軋機的機械損傷，易出現(xiàn)折疊、表面裂紋、劃傷、結(jié)疤等一些宏觀缺陷。該類缺陷會造成組織不連續(xù)，應力集中，造成斷絲。因此，應合理控制軋速，同時還應及時檢查軋制設備，防止生產(chǎn)出殘次品，造成資源浪費。

軋后冷卻過程中應控制冷速。如果表面冷卻速度大于中心速度，鋼絲易發(fā)生C、Mn、Cr偏析，導致鋼絲中心產(chǎn)生馬氏體或網(wǎng)狀滲碳體。偏析和組織轉(zhuǎn)變會造成鋼絲在拉拔狀態(tài)下整體承受外力不均，芯部便會產(chǎn)生微裂紋并向偏析區(qū)擴展。當鋼絲拉拔力超過裂紋的臨界擴展應力時，在未達到鋼絲抗拉強度的情況下易發(fā)生斷裂。

除了原材料和軋制因素外，鋼絲的最終熱處理也是影響質(zhì)量的重要一環(huán)。鋼絲最終熱處理后的組織為組織致密、晶粒度細小、有很高強度和韌性的索氏體組織，應避免因熱處理不當造成表層脫碳而形成鐵素體組織。鐵素體會導致鋼絲的綜合力學性能下降，尤其會導致鋼絲繩抗疲勞性能下降。脫碳可通過添加合金元素、控制爐內(nèi)氣氛、在鋼絲表面刷高溫涂料解決。另外，還應避免產(chǎn)生馬氏體或者大量網(wǎng)狀滲碳體。由于馬氏體抗韌性很差，組織不穩(wěn)定，容易發(fā)生相變而產(chǎn)生裂紋，因此，在熱處理時，應合理控制冷卻溫度和速度，從而滿足性能需求。

對于在用的電梯鋼絲繩的日常保養(yǎng)同樣重要。在電梯運行的過程中，鋼絲繩的油芯被交變應力擠壓，使用一段時間后，油芯的儲油不足，會使鋼絲繩銹蝕，因此，應定期使用專用潤滑油對鋼絲繩進行潤滑。

3 結(jié)束語

綜上所述，電梯作為如今高層建筑中必不可少的設施，其安全得到了高度的重視，而曳引鋼絲繩的質(zhì)量則對電梯起著非常重要的作用。因此，我們需要及時采取措施做好控制工作，保障曳引鋼絲繩的質(zhì)量，從而為電梯的安全運行帶來幫助。

參考文獻

[1]馬鵬.電梯曳引鋼絲繩磨損斷絲的原因分析[J].中國機械，2015（21）.

[2]吳義群.電梯曳引鋼絲繩強度的級別探析[J].科技資訊，2012（12）.

〔編輯：劉曉芳〕