电梯钢丝绳综合检验方法的探讨

张毅琪 中国铁路上海局集团有限公司科研所

截止至2019年底，全国铁路营业里程数达到13.9万km以上，其中高铁3.5万km。与此同时，新建火车站以及老火车站更新改造的数量也在不断增加，作为车站中最重要的配套设施之一的电梯，设备数量也在不断增长。由于人们使用电梯较为频繁，公众对于电梯安全性的重视也日益增长。作为垂直电梯中最主要的部件之一，电梯钢丝绳重要性不言而喻，它不仅决定着电梯运行过程中的平稳性舒适性，更与电梯乘坐者的性命息息相关。2018年底，在上海某小区更是发生了电梯钢丝绳断股的事件。因此，电梯钢丝绳的检验检测十分重要。以下就电梯钢丝绳的失效形式、原因、检验检测方法等进行介绍说明和探讨。

1 电梯钢丝绳的作用

电梯钢丝绳是电梯上用来悬挂对重和轿厢的主要部件，承载着电梯的几乎全部悬挂重量。电梯通过电机驱动曳引轮，利用曳引轮与钢丝绳之间的摩擦力，带动轿厢和对重上下运行。

2 电梯钢丝绳的失效形式

电梯钢丝绳常见的失效形式有磨损、断股、断丝、笼状畸变、扭结、绳芯挤出、部分压扁、弯折等多种。其中，磨损是最常见的失效形式。

钢丝绳的磨损主要产生于钢丝绳表面、绳股与绳股之间和钢丝与钢丝之间。按照磨损的种类来分，主要分为外部均匀磨损、变形磨损和内部磨损这三种。外部均匀磨损是指，钢丝绳在使用过程中，与曳引轮之间产生的磨损。通常来说，金属材料的硬度越高，其耐磨性就越好。所以当钢丝绳的硬度低于曳引轮是，磨损的情况会十分严重。变形磨损指得是钢丝绳在某一段内的局部磨损。由于电梯的运行特性，钢丝绳和曳引轮之间经常发生慢性位移；亦或者会产生剧烈的冲击和振动，从而冲击钢丝绳，使得其产生局部挤压变形，令这一部分的钢丝受损，并且极易产生局部断丝。内部磨损，指得是由于钢丝绳在经过曳引轮，导向轮的时候会发生弯曲，从而容易使得每股中的钢丝产生相对位移，久而久之，股与股之间的压力逐渐增大，使得钢丝绳会因为局部应力集中而发生断丝，甚至断股的情况发生。

3 电梯钢丝绳磨损的原因分析

3.1 张力差

电梯钢丝绳张力均匀对于其有着十分重要的影响。张力不均匀，电梯对重和轿厢的重量就无法平均分配至每一根钢丝绳，使得某几根钢丝绳上承受的力过大。其会成为电梯在日常使用中的一个事故隐患，随着电梯使用时间和运行次数的不断增加，会导致曳引轮和钢丝绳之间的磨损不均匀，从而降低了曳引轮和钢丝绳的使用寿命。另外，这种情况还会降低电梯的曳引力，极端情况下甚至会造成钢丝绳和曳引轮之间打滑，从而发生事故。同样的，张力不均匀还会使得电梯正常工作运行过程中的噪音和振动增加，从而降低了乘坐电梯的平稳性和舒适性。最后，如果各根钢丝绳之间的张力差别过大，使得载荷（轿厢和对重的重量）集中在某一根或几根钢丝绳上，还可能会导致钢丝绳安全系数不足。

导致电梯钢丝绳张力不均匀的主要原因有两个：一是电梯在日常的运行中，各钢丝绳产生的结构性伸长情况不一致；二是在电梯安装的时候，钢丝绳静态基础张力不一致。各根电梯钢丝绳的长度在电梯安装的时候往往难以严格一致，会有些许偏差，这样一来，就会造成其受力不均匀。

3.2 形位公差

曳引轮和导向轮形位公差超标会对电梯钢丝绳产生如下的危害：一是使得电梯钢丝绳无法和曳引轮槽完全契合，可能使得两者的接触面积减小，从而减小电梯的曳引能力，并且加重钢丝绳的局部磨损；二是可能增加钢丝绳在电梯正常运行过程的抖动，从而影响电梯正常运行的平稳性和舒适性，还会在一定程度上对钢丝绳造成冲击，使得其老化加速；三是会造成曳引轮和导向轮轮槽发生单侧磨损。

造成曳引轮和导向轮端面相对水平面的垂直度超标的原因有以下几种：一是在电梯安装的时候，曳引轮和导向轮并未被正确地安装到位，导致问题遗留至使用阶段；二是在平时电梯的运行中，因为种种其他故障或者原因对曳引轮和导向轮产生了持续的冲击，导致其产生了轻微的偏差；三是电梯本身零部件的质量问题导致的。

3.3 钢丝绳与曳引轮的材质

电梯钢丝绳材质一般使用45#、55#或65#钢，维氏硬度介于300至500之间。电梯曳引轮一般使用的材料为球磨铸铁，维氏硬度介于200至300之间。电梯钢丝绳和曳引轮的型号选择需要参考梯速、尺寸、价格等因素。由钢丝绳和曳引轮材质引起的磨损主要有以下两个原因。一是电梯钢丝绳的硬度较小。这种情况下，钢丝绳的耐磨性较差，如果同时选用了耐磨性较好的曳引轮，会使得钢丝绳的磨损加剧。二是电梯钢丝绳的硬度过大。此种情况下，钢丝绳的柔韧性会降低，从而使得其在运行过程中的振动无法被自身消除，并且容易引发更大的振动，从而使得钢丝绳产生内部磨损。

3.4 钢丝绳的质量

电梯钢丝绳可能会因为保存、安装或者保养不当，产生一些质量问题。一是钢丝绳绳芯外露、变形。产生这种问题的原因是在捻股成型施工中作业不当导致的。二是钢丝绳生锈。产生这种问题主要是因为在钢丝绳的运输储存过程中，受到雨淋，或是受到日晒，防锈油流出；或者是平时保养不当，没有及时除锈。三是钢丝绳异常损伤。其原因可能是因为在运输安装过程中，钢丝绳受到了外力的冲击所致。这些质量问题产生之后，如果没有被及时发现并处理，会导致电梯钢丝绳在日常使用中产生异常振动等问题，使得磨损加剧。

4 一起电梯钢丝绳断股事件的介绍

2018年年底，上海某小区发生了电梯钢丝绳断股的事件。据小区居民反映，该电梯在平时的运行过程中，有明显的抖动现象。在距离事故最近的一次定期检验中，检验人员发现该电梯运行平稳性较差，但经过检验后并未发现明显异样。事后查阅电梯相关资料档案，和询问物业相关负责人和维保人员得知，电梯的日常维护保养都按照相关规定正常进行，维保人员在维保时也未发现明显异样。我们所为此特别组织会议进行讨论研究，讨论后一致认为，为了保障电梯的使用安全，有必要对于其进行全面分析，并对所有同型号的电梯钢丝绳进行检验检测。

5 电梯钢丝绳检测方法

经过研究讨论，我们所决定根据GB/T 10058《电梯技术条件》、GB/T 31821《电梯主要部件报废技术条件》、GB/T 10060-2011《电梯安装验收规范》等标准，进行电梯钢丝绳的张力测试、曳引轮铅锤度检查、曳引轮导向轮平行度检查，并进行电梯钢丝绳探伤，下文详细介绍上述各个检测内容。

5.1 张力检测

根据检规要求，各钢丝绳之间的张力与平均值之间的偏差应不大于5%。我们使用LTZ-20型管型测力计来检测电梯钢丝绳张力。使用时用测力计的挂钩钩拉住一根钢丝绳，使其偏离一定的距离，读出测力计的数值并记录。用同样的方法测量其他钢丝绳的张力数值并记录，计算张力的平均值，并且与各根钢丝绳的张力进行比较，如果最大偏差在5%以内则为合格。

现场对于该电梯钢丝绳张力测量，如图1所示

图1 钢丝绳张力测量值

通过计算得知，5根钢丝绳的平均张力为29.6 N。其中，5#钢丝绳的张力达到了35 N，与平均值的偏差达到了18.24%，远远超过了检规所规定的5%。由此可知，此电梯存在钢丝绳张力不均匀的情况，且比较严重。

5.2 曳引轮、导向轮形位公差检测

根据GBT 10060-2011电梯安装验收规范，曳引轮和导向轮轮缘端面相对水平面的垂直度在空载或满载工况下均不宜大于4/1000。测量曳引轮、导向轮相对水平面的垂直度，使用的工具是钢直尺和铅垂线。首先通过电梯的技术资料获得相关电梯曳引轮，导向轮的尺寸数据。之后，在电梯机房中，使用铅垂线和钢直尺，测量出曳引轮和导向轮相对水平面的垂直度误差最大值，如果这个值不大于4/1000即为合格。通过现场对于此电梯的测量，发现其导向轮的垂直度为3/1000，合格；但曳引轮的垂直度为5/1000，不合格,。

5.3 无损探伤

在完成了钢丝绳张力检测，曳引轮、导向轮形位公差的检测后，需要对电梯钢丝绳进行全方位的无损探伤。我们使用的仪器为GNDT-ME型电梯钢丝绳探伤仪。GNDT-ME型电梯钢丝绳探伤仪采用了磁通与漏磁的检测方法，能够同时检测多根电梯钢丝绳，对于钢丝绳中存在的磨损、断股、断丝、各种变形、材料变化等缺陷都能够完成检测，能够检测局部损伤和金属截面积变化，并在报告中直接读取出两项的数据和结论。

在实际操作中，首先需要通过电梯技术资料和现场测量确认，得知电梯钢丝绳型号，通过测量和计算得知钢丝绳的直径和捻距。其次、将该仪器的无损检测的部分放置于电梯钢丝绳之上，使电梯以检修速度运行全程，从而完成整个数据测量的过程。这里需要注意的是，此仪器容易受到电梯变频器等外界信号的干扰，测试中需要注意屏蔽。之后通过电脑端的数据处理，能够导出完整的电梯钢丝绳无损检测报告。报告中对于电梯钢丝绳的磨损情况，截面积损失最严重的位置，以及断丝情况有着详细的描述。

6 结束语

随着我国铁路运营里程的不断增长，作为配套设施的电梯，数量也在激增。另外，已建成的车站及配套设施的电梯，随着使用年限的增长，设备也在不断老化。电梯钢丝绳作为电梯的重要部件，直接关系到电梯的使用安全。本文就电梯钢丝绳的检验检测方法等进行了说明和探讨。希望能够对电梯的安全运行作出一点贡献，将许多事故消灭在萌芽状态。