王 進(jìn) 周顯元

(湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院 長(zhǎng)沙 410117)

1 前言

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的高速發(fā)展，高層建筑急速增加，電梯數(shù)量迅猛增長(zhǎng)，電梯鋼絲繩作為電梯的重要部件，懸掛承受著轎廂、對(duì)重以及乘客的重量，并由曳引輪摩擦牽引著上下運(yùn)動(dòng)，為了保證足夠的安全系數(shù)，一臺(tái)電梯的曳引鋼絲繩數(shù)量一般都是4根以上，由于以下兩個(gè)方面的原因會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩的張力不均[1]：

1）電梯安裝時(shí)鋼絲繩的基礎(chǔ)靜態(tài)張力不一致。

2）電梯投入使用一段時(shí)間后各鋼絲繩結(jié)構(gòu)性伸長(zhǎng)不一致。鋼絲繩的張力不均現(xiàn)象在高層、高速電梯上尤其嚴(yán)重，鋼絲繩張力不均會(huì)使鋼絲繩與曳引輪槽之間的磨損不均勻[2]，不均勻磨損的積累會(huì)造成各曳引輪槽的節(jié)圓直徑差別增大，鋼絲繩與曳引輪槽的相對(duì)滑移加劇，從而又進(jìn)一步加大曳引輪槽的磨損，進(jìn)而又導(dǎo)致相對(duì)滑移增大，惡性循環(huán)，電梯會(huì)因?yàn)榛飘a(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲而影響乘坐舒適性，鋼絲繩或曳引輪的使用壽命也將會(huì)大大減小。如圖1所示，因?yàn)橐芬摻z繩張力嚴(yán)重不均，有2個(gè)曳引輪槽已經(jīng)過(guò)度磨損，需要對(duì)整個(gè)曳引輪大修更換。

電梯鋼絲繩的張力情況是關(guān)乎電梯整體質(zhì)量的一個(gè)很重要的項(xiàng)目，但現(xiàn)行的GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》和新修訂的TSG T7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》對(duì)張力沒(méi)有做明確要求，GB/T 10060—2011《電梯安裝驗(yàn)收規(guī)范》的5.5.1.9項(xiàng)要求：“至少應(yīng)在懸掛鋼絲繩或鏈條的一端設(shè)置一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，用來(lái)平衡各繩或鏈條間的張力，使任何一根繩或鏈的張力與所有繩或鏈之張力平均值得偏差均不大于5%。如果用彈簧來(lái)平衡張力，則彈簧應(yīng)在壓縮狀態(tài)下工作?！爆F(xiàn)今的絕大部分電梯的鋼絲繩調(diào)節(jié)裝置都如圖2所示，壓縮彈簧的變形程度可以反映對(duì)應(yīng)鋼絲繩的張力情況，維保人員可以通過(guò)日常維保來(lái)對(duì)鋼絲繩的張力進(jìn)行檢查調(diào)整，但不能實(shí)現(xiàn)鋼絲繩張力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，并且鋼絲繩的張力調(diào)整并不簡(jiǎn)單，在曳引比為2∶1的電梯上，一根鋼絲繩的兩端都存在圖2所示的張力調(diào)整裝置，有豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員都需要多次反復(fù)才能實(shí)現(xiàn)較好的效果，假如前期因?yàn)楹鲆晱埩Σ痪斐刹糠忠芬啿勰p情況差別大，那么鋼絲繩張力就很難通過(guò)調(diào)節(jié)再次達(dá)到滿意的效果，所以優(yōu)化鋼絲繩張力調(diào)節(jié)裝置，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)上避免鋼絲繩張力不均才是解決的根本之道，本文研究設(shè)計(jì)一種鋼絲繩張力調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩之間的張力自動(dòng)平衡，改善電梯的乘坐舒適感以及延長(zhǎng)曳引輪和懸掛鋼絲繩的使用壽命。

圖1 曳引輪過(guò)渡磨損

圖2 常規(guī)鋼絲繩張力調(diào)節(jié)裝置

2 自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的原理

帕斯卡定律：封閉容器中的靜止流體的某一部分發(fā)生的壓強(qiáng)變化，將大小不變地向各個(gè)方向傳遞。圖2中F1、F2代表著兩根鋼絲繩承受的張力，兩個(gè)液壓缸固定不動(dòng)，鋼絲繩端部與液壓缸伸出桿相連接，兩個(gè)液壓缸的有桿腔（高壓腔）通過(guò)管路連接構(gòu)成一個(gè)無(wú)源的密封油路，P1、P2為兩油缸內(nèi)的壓強(qiáng)，A1、A2為兩油缸有桿腔的截面積，F(xiàn)1=P1×A1，F(xiàn)2=P2×A2，圖3（a）為電梯兩根鋼絲繩的長(zhǎng)度一樣，P1=P2，液壓缸型號(hào)一樣，A1=A2，所以F1=F2，兩根鋼絲繩張力保持一樣；假如在同等張力的情況下兩根鋼絲繩的后期結(jié)構(gòu)性變形不相同，如圖3（b），1號(hào)鋼絲繩伸長(zhǎng)較多，1號(hào)液壓缸的活塞桿會(huì)向上移動(dòng)調(diào)整，由于兩個(gè)液壓缸通過(guò)管路連接構(gòu)成一個(gè)無(wú)源的密封油路，2號(hào)液壓缸的活塞桿則會(huì)向下移動(dòng)調(diào)整，調(diào)整到位后，兩液壓缸有桿腔的壓強(qiáng)依然相等（P1=P2），兩根鋼絲繩的張力通過(guò)自動(dòng)調(diào)整達(dá)到相等平衡（F1=F2）。

圖3 裝置原理圖

前文介紹的是兩根鋼絲繩的張力自動(dòng)平衡，同樣的道理，如果是多根鋼絲繩，則采用多個(gè)油缸的組合，多個(gè)油缸的高壓腔通過(guò)管路互通構(gòu)成一個(gè)無(wú)源密封油路，實(shí)現(xiàn)多根鋼絲繩的張力自動(dòng)調(diào)整平衡。如圖4所示，通過(guò)自動(dòng)調(diào)整實(shí)現(xiàn)張力平衡（F1=F2=F3）。

圖4 裝置原理圖

3 自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)及功能探討

依據(jù)理論原理，設(shè)計(jì)了如圖5所示的調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)圖，相對(duì)于圖4的原理圖，增加了繩頭彈簧，液壓缸采用單作用空心液壓缸。繩頭彈簧起到兩個(gè)作用：

1）電梯突然制停時(shí)，能夠減緩沖擊，減輕振動(dòng)，避免了封閉液壓系統(tǒng)的缺陷。

2）彈簧的高度反映了對(duì)應(yīng)鋼絲繩的張力，高度相同則鋼絲繩張力相等，通過(guò)觀測(cè)可以知道液壓管路系統(tǒng)是否存在阻滯而影響鋼絲繩張力的自動(dòng)調(diào)節(jié)。單作用空心液壓缸的活塞桿在裝置中的受壓，正適合選擇穩(wěn)定可靠的受壓繩頭彈簧，中間空心，便于螺桿穿過(guò)安裝。

圖5 自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)圖

如圖6所示，L為液壓缸活塞桿伸出的長(zhǎng)度，如果液壓缸對(duì)應(yīng)的鋼絲繩相比于其他鋼絲繩伸長(zhǎng)較多，此液壓缸活塞桿的伸出長(zhǎng)度L值就會(huì)調(diào)整增大，直到多根鋼絲繩張力平衡，但活塞桿伸長(zhǎng)度受限于液壓缸結(jié)構(gòu)，如果對(duì)應(yīng)鋼絲繩伸長(zhǎng)量相較于其他鋼絲繩要大的太多，超過(guò)了活塞桿的伸出長(zhǎng)度極限，那么此缸鋼絲繩張力自動(dòng)調(diào)整就會(huì)失效。D為固定螺母的位置尺寸，通過(guò)改變D的大小也可以調(diào)節(jié)鋼絲繩張力，當(dāng)活塞桿伸出長(zhǎng)度即將達(dá)到極限時(shí)，調(diào)整螺母位置，增大D值，可以減小L值，減慢活塞桿伸出長(zhǎng)度極限的到來(lái)，這就需要配置感應(yīng)器以檢測(cè)到伸出即將達(dá)到極限值來(lái)提醒進(jìn)行人為的螺母位置調(diào)整，但D值受制于結(jié)構(gòu)也是有極限的，當(dāng)D值、L值都即將達(dá)到極限時(shí)就需要截短鋼絲繩了。

圖6 自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置

圖7 液壓管路的液壓原理圖如圖4所示，3個(gè)液壓缸的高壓腔互通組成無(wú)源封閉油路，每個(gè)液壓缸的油路上有一個(gè)截止閥，設(shè)置一個(gè)對(duì)整個(gè)油路系統(tǒng)加壓和泄壓的接頭。正常情況下，截止閥全部處于打開(kāi)的狀態(tài)，如果某一根鋼絲繩（1號(hào)）需要截短或更換，可以關(guān)閉對(duì)應(yīng)油路的截止閥，在接頭處接入加壓泵，注入壓力油，其他液壓缸活塞桿伸出并頂升鋼絲繩承受全部載荷，1號(hào)油缸活塞桿不動(dòng)，1號(hào)鋼絲繩僅承受自身重量，這時(shí)就可以方便進(jìn)行鋼絲繩的截短或更換工作，工作完成后，打開(kāi)截止閥，調(diào)整整個(gè)無(wú)源封閉油路的液壓油量。

圖7 液壓管路圖

前文中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)針對(duì)的是3根鋼絲繩的情況，3根以上可以完全參照，鋼絲繩較多時(shí)，受限于液壓缸的尺寸，在同一平面難以排布多個(gè)液壓缸，可以設(shè)置高低兩個(gè)平臺(tái)來(lái)安置液壓缸，功能不受影響。

4 總結(jié)

本文研究設(shè)計(jì)的鋼絲繩張力自動(dòng)平衡裝置可以實(shí)現(xiàn)鋼絲繩張力的自動(dòng)平衡，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造階段解決了鋼絲繩張力的問(wèn)題，能夠有效改善電梯的乘坐舒適感，保證甚至延長(zhǎng)曳引輪和懸掛鋼絲繩的使用壽命，減小曳引輪和鋼絲繩因?yàn)檫^(guò)早更換修理而造成的社會(huì)財(cái)產(chǎn)浪費(fèi)。鋼絲繩張力不均在高層、高速電梯上尤其明顯，造成的曳引輪和鋼絲繩不正常報(bào)廢現(xiàn)象更加嚴(yán)重，也因此引發(fā)了很多社會(huì)矛盾，但現(xiàn)行的《電梯制造與安裝安全規(guī)范》和《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》對(duì)鋼絲繩張力沒(méi)有明確要求，建議對(duì)一定范圍內(nèi)的高層、高速電梯增加鋼絲繩張力自動(dòng)平衡的要求，引導(dǎo)電梯制造單位從設(shè)計(jì)上優(yōu)化鋼絲繩張力情況，為大眾提供更加先進(jìn)可靠的產(chǎn)品。