（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 福州 350008）

隨著近年來我國房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致電梯產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，隨著電視網(wǎng)絡(luò)等多媒體對電梯事故知識(shí)安全的報(bào)道和宣傳，電梯的使用安全越來越引發(fā)人們的重視。電梯現(xiàn)在已成為高樓必不可少的交通工具，而作為電梯的主要承載力，曳引鋼絲繩張緊力的不均不僅會(huì)影響電梯的平穩(wěn)運(yùn)行，更會(huì)影響乘客的乘梯安全，因而，研究鋼絲繩張緊力實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法就尤為重要，但是，對于鋼絲繩張緊力實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法目前還較為少見[1]。

1 曳引鋼絲繩張緊力不均的原因與影響

目前在用主要的曳引乘客電梯是依靠鋼絲繩壓緊在曳引輪上所產(chǎn)生的摩擦力來實(shí)現(xiàn)轎廂與對重的上下移動(dòng)的。這就要求每根曳引鋼絲繩的張緊力和即時(shí)速度必須完全相同，才能實(shí)現(xiàn)各根鋼絲繩所受的拉力相同，如果鋼絲繩張緊力不均，會(huì)加速曳引輪槽的磨損，甚至?xí)沟秒娞莸囊芬龡l件不滿足的危險(xiǎn)的發(fā)生[2]。

1.1 曳引鋼絲繩張緊力不均的原因分析

為滿足曳引條件，鋼絲繩與輪槽接觸之間需要合適的比壓，根據(jù)比壓公式：

式中：

T——鋼絲繩的張緊力；

n——繩數(shù)；

d——直徑；

D——曳引輪的直徑；

β——半圓切口槽的切口角。

從式（1）可知，比壓p與張緊力T成正比，且徑向力的大小與繩槽磨損程度成正比。若各鋼絲繩與曳引輪槽之間的比壓不相等的情況下，會(huì)使得曳引輪各繩槽磨損不均勻，導(dǎo)致各曳引鋼絲繩張緊力不均。

圖1 受曳引鋼絲繩張緊力不均磨損的曳引輪

根據(jù)式（1）可知，比壓p與繩數(shù)n成反比，即受力的曳引繩數(shù)量越少，比壓就越大。圖1為實(shí)際檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的曳引輪槽磨損，如圖1所示，該臺(tái)電梯有6根鋼絲繩，曳引比為2∶1，在曳引輪上可明顯看到各鋼絲繩嵌入曳引輪輪槽深淺不一，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中間一根鋼絲繩的張緊力過大，會(huì)使得該根鋼絲繩加重對相應(yīng)繩槽的磨損，造成鋼絲繩磨損較大致使直徑變小，并且相應(yīng)的曳引繩槽的磨損也較大而使輪槽節(jié)圓直徑變小，然而其余五根相對松弛，使得該根曳引鋼絲繩比壓就相對增大了5倍，導(dǎo)致各根鋼絲繩的比壓不均等，隨著磨損的加劇，最終使得曳引條件得不到滿足[3]。

除此之外，以下3點(diǎn)也可能引起曳引鋼絲繩張緊力不均：

1）曳引輪節(jié)圓直徑在工廠加工時(shí)的精度誤差；

2）電梯新安裝過程中的各根鋼絲繩初始張緊力不一致；

3）曳引鋼絲繩內(nèi)應(yīng)力未得到完全消除，在電梯投入使用一段時(shí)間后，各鋼絲繩結(jié)構(gòu)性伸長不一致。

1.2 曳引鋼絲繩張緊力不均的影響

鋼絲繩張緊不均會(huì)造成各曳引輪槽的節(jié)圓直徑差別增大，使得各根鋼絲繩的運(yùn)行速度不一致：由鋼絲繩運(yùn)行線速度公式：

式中：

ω——轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；

R——輪槽節(jié)圓半徑。

由式（2）可知，對于磨損較為嚴(yán)重的鋼絲繩相對應(yīng)的輪槽半徑R就會(huì)變小，使得鋼絲繩運(yùn)動(dòng)的線速度就變小。相對應(yīng)的，磨損相少的鋼絲繩，其線速度就變大[4]。但是，電梯轎廂到到達(dá)相應(yīng)的樓層站時(shí)，電梯的運(yùn)行行程相同，這就會(huì)導(dǎo)致速度快的鋼絲繩將在曳引繩槽內(nèi)突然向后滑移，而速度慢的鋼絲繩突然向前滑移，這種滑移產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，不僅會(huì)影響乘坐舒適性，更嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩在繩槽的磨損加劇，導(dǎo)致曳引條件不滿足等危險(xiǎn)的發(fā)生[5-8]。

2 曳引鋼絲繩張緊力偏差自檢測原理

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10060—2011《電梯安裝驗(yàn)收規(guī)范》5.5.1.9 項(xiàng)對曳引鋼絲繩張緊力的一致性提出要求：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，用來平衡各繩或鏈條間的張緊力，使任何一根繩或鏈的張緊力與所有繩或鏈之張緊力平均值偏差不得大于5%。

目前，絕大部分曳引電梯的鋼絲繩調(diào)節(jié)裝置都如圖2所示，利用繩頭組合將鋼絲繩與螺桿連接，再利用彈簧，螺母以及墊片配合將螺桿固定在支架上，通過壓縮彈簧的變形伸縮量來判斷對應(yīng)鋼絲繩的張緊力變化情況，但在日常的檢驗(yàn)過程中，筆者經(jīng)常發(fā)現(xiàn)曳引鋼絲繩的繩頭中經(jīng)常出現(xiàn)圖3的狀況，即某一根的鋼絲繩張緊力過大，使得該根鋼絲繩的繩頭調(diào)節(jié)彈簧嚴(yán)重壓縮。而圖4所示的就是該根張緊力過大的鋼絲繩相對應(yīng)的輪槽，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，該半圓形輪槽已經(jīng)磨到底了，這直接會(huì)導(dǎo)致半圓切口槽的切口角β增大，根據(jù)當(dāng)量摩擦系數(shù)f的式（3）可知，若半圓切口槽的切口角β增大時(shí)，當(dāng)量摩擦系數(shù)f也隨著增大，進(jìn)而可能導(dǎo)致無法滿足曳引條件，這會(huì)引起當(dāng)電梯的轎廂壓實(shí)緩沖器時(shí)，曳引輪能夠提升轎廂的情況即轎廂沖頂?shù)陌l(fā)生。

圖2 鋼絲繩繩頭調(diào)節(jié)裝置

圖3 某根鋼絲繩張緊力過緊致繩頭壓縮

圖4 曳引輪磨損

曳引鋼絲繩張緊力偏差設(shè)計(jì)原理如下：

為了解決曳引鋼絲繩張緊力不均引起的輪槽磨損而導(dǎo)致曳引條件無法滿足的情況，本文設(shè)計(jì)一款在無須改變現(xiàn)有電梯鋼絲繩繩頭結(jié)構(gòu)，并能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測曳引鋼絲繩張緊力不均并且超過5%的情況時(shí)，能夠發(fā)出燈光報(bào)警信號，及時(shí)提醒維保人員調(diào)整鋼絲繩張緊力，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。本裝置所發(fā)出的燈光報(bào)警信號是獨(dú)立的監(jiān)測信號，與電梯運(yùn)行的安全回路并無關(guān)聯(lián)，不會(huì)對電梯運(yùn)行產(chǎn)生影響。該監(jiān)測信號是電梯空載正常運(yùn)行時(shí)，若電梯鋼絲繩鋼絲張緊力不均超過5%時(shí)，則發(fā)出燈光警報(bào)信號。因這種張緊力偏差超過5%后并不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，在維保人員人工恢復(fù)的前提下，是一直處于這種狀態(tài)的，燈光報(bào)警信號也隨之存在。因鋼絲繩繩端是固定的，電梯若從空載到滿載或者電梯滿載時(shí)在加速或減速階段也可能會(huì)引起鋼絲繩張緊力整體發(fā)生變化導(dǎo)致本裝置短暫地發(fā)出燈光報(bào)警信號，但是如果電梯恢復(fù)空載正常運(yùn)行后，鋼絲繩張緊力就會(huì)整體恢復(fù)原狀，此時(shí)燈光報(bào)警信號就會(huì)消失，這樣就可迅速地排除非曳引鋼絲繩張力不均所引發(fā)的故障信號。

圖5 鋼絲繩曳引力檢測裝置

該裝置的基本結(jié)構(gòu)原理如圖5所示，在該裝置中，通過L連接板將鋼絲繩繩頭螺桿與導(dǎo)繩輪固定連接在一起，以確保繩頭預(yù)緊彈簧壓縮時(shí)，L板上的導(dǎo)繩輪中心在垂直方向上的位移與預(yù)緊彈簧的壓縮量保持一致。在U型裝置的內(nèi)上方的相應(yīng)位置上安裝了與U型裝置固定連接的反繩輪，再利用一根細(xì)鋼絲繩連續(xù)繞著導(dǎo)繩輪與反繩輪將各繩頭螺桿串聯(lián)在一起。最終將細(xì)的鋼絲繩繞過刻度盤5固定在繩頭螺桿3上。依據(jù)胡克定律，算出繩頭固定的預(yù)緊彈簧的壓縮量Δx，彈簧選定后，勁度系數(shù)是固定常數(shù)，因此，曳引力與鋼絲繩位移變化量成正比，通過監(jiān)測鋼絲繩的位移變化量來判斷鋼絲繩曳引力的張緊平衡狀況，最終實(shí)現(xiàn)曳引鋼絲繩張緊力的實(shí)時(shí)監(jiān)測。并可將電梯空載正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將各根鋼絲繩繩頭預(yù)緊彈簧的預(yù)緊力調(diào)整為一致的時(shí)候，將刻度輪初始刻度設(shè)為0，若某根鋼絲繩張緊力偏差值超過5%時(shí)，該裝置會(huì)發(fā)出燈光報(bào)警信號。

3 曳引鋼絲繩張緊力偏差自檢測實(shí)效分析

根據(jù)GB 7588—2003附錄M，通過某一臺(tái)電梯設(shè)定的參數(shù)，可以計(jì)算得到校核符合要求的曳引力T1、T2，再由電梯曳引比得出鋼絲繩繩頭預(yù)緊力Fh=T1，根據(jù)電梯所選擇的繩頭預(yù)緊彈簧的勁度系數(shù)，當(dāng)電梯空載運(yùn)行時(shí)，各根鋼絲繩繩頭預(yù)緊彈簧的預(yù)緊力調(diào)整為一致時(shí)，調(diào)整刻度輪與指針打板的位置，如圖5所示，指針打板指在刻度盤上0刻度處，設(shè)定為初始位置?？梢杂?jì)算出該根鋼絲繩的彈壓縮減小量為。

當(dāng)某一根鋼絲繩張緊力發(fā)生較大變化的變化時(shí)（超過5%時(shí)）即該根鋼絲繩的張緊力為1.05Fh時(shí)，根據(jù)胡克定律，該根鋼絲繩的彈簧進(jìn)一步壓縮量Δl，根據(jù)式（4）將鋼絲繩位移Δl數(shù)值相對應(yīng)的轉(zhuǎn)化標(biāo)定到刻度輪8的圓弧位移上。通過細(xì)鋼絲繩帶動(dòng)刻度輪旋轉(zhuǎn)，將直線位移1∶1的轉(zhuǎn)化為刻度輪的圓弧位移。且指針打板是固定連接在刻度輪上，保證兩者同步旋轉(zhuǎn)，依據(jù)同心圓原理，刻度輪與刻度盤的半徑比值r1∶r2=1∶5，因而可將較小的位移放大5倍轉(zhuǎn)化到刻度盤上。

如圖6和圖7所示，當(dāng)電梯空載運(yùn)行時(shí)，鋼絲繩的張緊力超過平均值的5%時(shí)，指針打板6向下旋轉(zhuǎn)，并觸碰到檢測開關(guān)7，然后將信號轉(zhuǎn)化為聲音和燈光預(yù)警信號，提示維保人員迅速盡快故障。即實(shí)現(xiàn)了曳引鋼絲繩張緊力偏差的自監(jiān)測功能。

4 總結(jié)

圖6 初始刻度輪調(diào)整位置

圖7 出發(fā)開關(guān)指針旋轉(zhuǎn)位置

本文針對日常檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)曳引鋼絲繩張緊力不均的問題，結(jié)合曳引鋼絲繩的運(yùn)行狀況和曳引條件，提出一種新型實(shí)時(shí)在線監(jiān)測曳引鋼絲繩張緊力的檢測方案，并由此設(shè)計(jì)一種檢測裝置。該裝置可對運(yùn)行過程中的鋼絲繩張緊力及其變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，若發(fā)生鋼絲繩張緊力不均偏差值超過5%，則自動(dòng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號，及時(shí)提醒維保人員檢查、調(diào)整各根鋼絲繩的張緊力，使之處于平衡狀態(tài)，以減少鋼絲繩對曳引輪槽的非正常磨損，進(jìn)而消除電梯的安全隱患，降低電梯事故的發(fā)生概率，使電梯的運(yùn)行平穩(wěn)和安全得到了有效保障。