探析电梯钢丝绳耐疲劳性能的影响因素

黄承锋

摘 要：钢丝绳内部和外部的断丝现象绝大部分是因为受到弯曲、拉伸、扭转等纯力学作用而产生的。从电梯钢丝绳自身的特点入手，分析电梯钢丝耐疲劳性能的影响因素，以期为日后电梯钢丝绳的生产起到一定的指导作用。

关键词：断丝现象；钢丝绳；耐疲劳；磨损

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）13-0024-02

钢丝绳业已经成为了事故频发的重大危险源，很多断绳事故显示，在用钢丝绳的疲劳损伤基本是无法避免的，其潜伏性很强，危险征兆相当隐蔽，但爆发速度却很快。钢丝绳疲劳、断丝、锈蚀、磨损等技术缺陷已经成为了难防难测的重大隐患。

1 电梯钢丝绳疲劳寿命

疲劳寿命也被称为耐疲劳性。在一定交变应力的工作条件下，钢丝绳在断丝前会出现一定的反复弯曲疲劳次数。在疲劳试验机上施加一定的载荷，达到规定断丝根数的弯曲疲劳次数。疲劳次数取决于钢丝绳所受交变载荷的大小和钢丝受到各种弯曲应力的情况。钢丝绳弯曲疲劳次数一般在104以上，点接触疲劳次数最少，线接触次之，所以，使用压实股钢丝绳和压实钢丝绳较好。例如同直径、同类型的钢丝绳，其外层钢丝较细时，耐疲劳性能较好。

2 电梯钢丝绳疲劳机理及应对措施

电梯钢丝绳应用的工作环境不同，其损伤机理也有一定的区别：①钢丝绳的耐疲劳性与其材料特性有很大的关系。在钢丝绳的使用过程中，摩擦会导致其表面出现脆性马氏体薄层，这是引起电梯钢丝绳断丝的主要原因。采用耐磨材料能有效应对钢丝绳断丝。②热处理工艺和钢丝绳疲劳也有关系。采用正确的热处理工艺能够得到强度、韧性和塑性等多方面的合理配置组织，从而得到较为理想的耐疲劳性能。

3 影响耐疲劳性能的因素

3.1 钢丝绳材质

不同材质的钢丝绳拉拔力度不同，比较优质的是碳素钢丝，其力学性能较好。需要注意的是，钢丝绳冶炼时产生的非金属夹杂物易成为疲劳源，非金属夹杂物粒度和含量越高，钢丝绳耐疲劳性能越低。以优质碳素钢丝绳为例，其金相组织是索氏体，一旦钢丝绳中夹杂非金属物，就会导致金相组织中网状铁素体疲劳裂纹扩展，降低钢丝绳的耐疲劳性能。

3.2 钢丝绳结构及规格

从钢丝绳的耐疲劳性来说，钢丝绳分为点接触钢丝绳、线接触钢丝绳和面接触钢丝绳，钢丝绳耐疲劳性依次增大。电梯钢丝绳受限于狭窄的空间，通常不宜选用大直径曳引轮，面接触钢丝绳虽然刚度较大，但挠性较差，因此，实际应用并不广泛。目前，较为常见的是线接触钢丝绳。由实际经验得出，在钢丝绳股内同层钢丝之间、各股之间留出适当的缝隙可以提高钢丝绳的耐疲劳性，但要保证留出的缝隙是均匀的。现在人们见到的普通电梯钢丝绳多为8*19S，6*19S，8*19W，6*19W，而高速电梯则采用8*19W+8*7+IWR，8*19S+8*7+IWR和9*17S+9*7+（FC）/IWR等平行捻钢丝绳。

3.3 钢丝绳油脂

钢丝绳油脂与其耐疲劳性有很大的关系，因此，在实际应用过程中，要根据钢丝绳的使用环境、用途、油脂等各项技术指标选用合适的油脂。一般来说，电梯多在室内使用，电梯井在无温度、湿度调控的情况下，电梯井所处的环境与当地整体环境有很大的关系。南方沿海地区高温潮湿、东北地区低温干燥等有地域性的环境特点要求电梯生产时要考虑钢丝绳油脂的选取。为了确保钢丝绳尽可能长时间地保持其润滑性，油脂应具备耐高低温性能，高温不淌，低温不脆裂。

另外，在制造钢丝绳的过程中，厂家已经涂油，但钢丝绳涂油也是有一定方式、方法的，一般是小股涂油，整绳保持无油状态。涂油工序依次是钢丝、股和绳，而涂油方式则分为喷淋式和浸入式。电梯的运行是靠电梯钢丝绳与滑轮之间的摩擦力驱动的，油脂温度过高会使油脂变形，而过多的油脂会减小钢丝绳与曳引轮之间的摩擦力，引发安全问题；油量过少会增大摩擦力，使电梯钢丝绳耐疲劳性下降等。

3.4 绳芯直径

为了维持钢丝绳的形态，绳芯发挥着非常重要的作用，此外，其在很大程度上还影响着电梯钢丝绳的耐疲劳性。绳芯会影响钢丝绳的直径，从而影响钢丝绳各股之间的间隙。如果绳芯较粗，钢丝绳股会突起，使得钢丝绳和绳轮接触的时候会加快磨损，导致断丝断股。从这个角度上讲，控制绳芯捻制直径意义重大。另外，高弹力绳芯会影响钢丝绳承受弯曲应力时的接触应力，能有效延长电梯钢丝绳的使用寿命。

3.5 钢丝绳的捻制

捻距是钢丝绳技术指标中极其重要的参数之一，它对钢丝绳的综合性能有很大的影响。捻距的大小与钢丝强度捻制损失，合绳生产率，钢丝绳整绳破断拉力，钢丝绳松散性、可挠性、耐压性和耐疲劳性等有一定的关系。捻距要适当，不能太大也不能太小，要综合考虑多方面因素，共同确定钢丝绳捻距。

3.6 钢丝绳承受力

钢丝绳预张拉是为了消除电梯钢丝绳在使用过程中的结构伸长，提高钢丝绳的承受力。预张拉能在一定程度上消除钢丝绳的捻制缺陷，改善钢丝绳的股承载张力分布情况，确保股绳位置稳定，最终提升电梯钢丝绳的耐疲劳性。预张拉机分为以下几种：台式预张拉机，非在线张拉，可调速度；直线式预张拉机，在线张拉；间歇式折返预张拉机，保压和张拉时间均可调整，且占地面积小，张拉强度大；间歇式直线预张拉机，保压和张拉时间可调。在预张拉钢丝绳时，一些钢丝会发生一定程度的变形，最终张拉效果可由张拉保压时间、张拉力大小和张拉方式决定。钢丝绳采用间歇折返式预张拉机能逐渐增加其张拉力，提高其承受能力，这对提高电梯钢丝绳的耐疲劳性能来说效果极佳。

3.7 钢丝绳表面意外损伤

在钢丝绳的生产过程中，表面意外损伤会对钢丝绳的耐疲劳性能造成很大的影响，尽管如此，很多电梯生产企业却忽视了这一点。常见的引起钢丝绳表面损伤的原因有以下几种：水箱塔轮磨损出槽、拉丝模开裂、排线杠磨损出槽、捻绳机穿线孔磨损出槽等。在多种原因造成钢丝绳表面意外损伤严重的情况下，其表面会留下金属屑残留物，使钢丝绳直径变小，最终降低钢丝绳的耐疲劳性。钢丝意外损伤致使使用电梯的过程中应力集中，最终引发故障，因此，在钢丝绳生产、运输、储存的过程中，一定要重视对钢丝绳表面的保护。有能力的企业可以使用筐篮架运输或储存工字轮结构的钢丝绳，这样不仅能够避免工字轮撞击，同时，还有助于检验和吊装等。另外，在工字轮结构设计的钢丝绳运输过程中，可使用吊车或叉车等快速、安全地吊装电梯钢丝绳，避免在这个过程中损坏电梯钢丝绳。

4 结束语

在电梯钢丝绳的生产过程中，影响其耐疲劳性能的因素有很多，而本文提出的因素在电梯钢丝绳生产过程中要尤为重视。针对文中分析的各种因素设计出科学、合理的钢丝绳结构，从而提高电梯钢丝绳的耐疲劳性。另外，对电梯钢丝绳运输、安装和维护的过程也要给予一定的重视，争取全面排除影响电梯钢丝绳耐疲劳性的因素，有效提升电梯钢丝绳的耐疲劳性能。

参考文献

[1]刘仕国.电梯钢丝绳生产及对耐疲劳性能的影响[J].科技创新导报，2011，20（2）.

[2]张洪生.影响小规格制绳钢丝扭转性能的热处理因素[G]//2006年线材制品国际技术研讨会会议文集.北京：中国金属学会，2006.

[3]崔影.电梯钢丝绳生产及对耐疲劳性能的影响[J].金属制品，2009，35（4）.

〔编辑：白洁〕

Abstract： Internal and external rope yarn breakage majority was due to purely mechanical effect bending， stretching， twisting， etc. produced. From the elevator rope own characteristics， analyzes the factors affecting the fatigue resistance of the elevator wire， wire rope to lift production for the future play a guiding role.

Key words： broken wire phenomenon； rope； fatigue； wear