电梯曳引轮的轮槽磨损原因及U、V 型槽的分析与检验方法

陈天宇 CHEN Tian-yu；沈永康 SHEN Yong-kang；刘瑞昂 LIU Rui-ang；李杰 LI Jie；葛阳 GE Yang

（常熟理工学院机械工程学院，常熟 215500）

1 概述曳引轮的作用

电梯曳引轮装置作为曳引系统的重要组成部件之一，在电梯工作过程中起到传递曳引动力的关键作用。因此，检验电梯曳引轮轮槽是否受损就尤为重要。在电梯工作过程中，曳引轮连续旋转，借助轮槽与钢丝绳之间产生的摩擦力为轿厢上下行提供动力。其作为电梯运动的重要动力部件，承受着轿厢、负载以及配重链产生的载荷，因此对所选材料要求有着强度高、韧性好、耐磨性的良好性能。所以当曳引轮发生问题时造成的影响也会很严重，譬如曳引力变大后会有产生轿厢冲顶问题的可能性，也有可能会引发曳引力减少而带来的轿厢溜车，曳引轮性能的好坏与否会直接影响电梯的平稳工作。总的来说，随着电梯的使用时间愈长其曳引轮槽的磨损量就愈大。当磨损量达到了一定的程度时就会削弱曳引轮的工作性能，从而有可能导致安全事故的产生。

曳引轮的轮槽大致被分为U 型槽、V 型槽和带切口半圆槽3 类。

①U 型槽。U 型槽又称为半圆槽，如图1 所示。作为常见曳引轮轮槽的一种类型，根据其自身结构特点，因此在安装时与曳引绳的接触面积往往最大。半圆槽与曳引绳下半部分接触，对曳引绳的挤压力较为均匀，其相对变形也较小。在这种接触方式下，曳引轮槽以及曳引绳的使用寿命能够有效延长。但不足的是半圆形轮槽的当量摩擦系数较小，曳引能力相较于其它类型槽较低。因此，若要提高采用半圆槽曳引轮的曳引能力，就需要将曳引绳在曳引轮上进行重复缠绕，使曳引轮与曳引绳间的包角增大。U 型槽形的曳引轮多用于全绕式的高速无齿轮曳引机直流电梯中，此外在轿顶轮、对重轮以及导向轮等处的轮槽中，U 型槽也得到了广泛的应用。

图1 U 型槽

②V 型槽。V 型槽的结构如图2 所示。V 型槽的两侧留有一定的角度（通常大于35°），因此V 型槽在工作过程中会对曳引绳进行挤压，产生挤压应力，由于牵引绳与V型槽之间的接触面积仅在两侧，因此牵引绳与轮槽之间接触面的单位压力相对较大，使得牵引绳的形变程度较大。然而这种类型的槽结构具有很高的当量摩擦系数，所以曳引机能够获得较大的驱动力。V 型槽的缺点在于轮槽与曳引轮的磨损速率都很快，一旦轮槽磨损后，曳引绳的中心位置往往会下移，V 型槽的槽型就渐渐接近带切口的半圆槽，当量摩擦系数快速减小，所以V 型槽多仅适用于轻载以及低速电梯。

图2 V 型槽和带切口半圆槽

③带切口半圆槽。带切口半圆槽又称为凹形槽。如图2 所示。它是在半圆槽的基础上对其底部进行切制，形成了一条楔形槽，使得曳引绳与轮槽的接触面积降低，并增大二者之间的压力。此型槽在工作过程中，部分曳引绳会有楔入到沟槽中，导致当量摩擦系数显著增大。曳引式电梯的主要动力来源于曳引轮轮槽与曳引钢丝绳间的摩擦力，一般情况下其曳引能力的计算方式通过GB7588 所规定的不同工况下μ 值与当量摩擦系量f 得到的。但是在电梯的实际运行的过程中，轮槽与钢丝绳之间因为长时间的摩擦运行会产生一定的磨损：一方面，在产生磨损之后曳引轮实际的槽型角和切口角角度也都将发生改变；另一方面，曳引钢丝绳的原始直径与公称直径也有着一定程度的数值差异，并且在长时间的持续运行中，因钢丝绳不断受拉和磨损而发生变化，其磨损处直径不断变小，从而导致与曳引轮轮槽的接触面发生变化。因此磨损之后的曳引轮轮槽与曳引绳的当量摩擦系数f 会发生改变，使得电梯的曳引能力发生变化，使得曳引力改变，因此，研究不同曳引轮轮槽的槽型下的曳引能力的大小是很有必要的。带切口半圆槽在一定条件下，其曳引能力通常是U 型槽的1.5～2倍，明显提高了曳引轮的工作能力。带切口半圆槽不但有着磨损量小及当量摩擦系数大的特点，而且当曳引绳的中心随着轮槽磨损后开始下移，因预制的楔形槽的保护作用，其当量摩擦系数一般不会发生太大改变。因此，带切口半圆槽这种型槽在电梯曳引轮上得到了大量的应用。

2 电梯曳引轮轮槽磨损原因

2.1 正常工作原因 由于摩擦产生的曳引力在长期运行过程中将不可避免地导致曳引轮摩擦振动从而发生磨损，使得轮槽的节圆直径、角度，甚至槽型变形影响正常使用。

①磨粒磨损：因为钢丝绳表面存在硬微凸的结构，或者氧化发生锈蚀，从而使得运动摩擦阶段轮槽表面不断受到挤压，导致轮槽表面破损，形变开裂。

②表面疲劳磨损：在高应力作用下，曳引轮和钢丝绳接触表面之间反复摩擦变形，接触表面产生细小疲劳裂纹，在长时间工作后，轮槽表面的小块凸点将会破损脱落，使得轮槽表面产生斑点状的损失。

2.2 材料质量不合格 轮槽发生磨损问题，也有材料质量的因素。曳引轮轮槽的工作环境比较复杂，再加上轮槽使用频率比较高，如果无法保障材料质量，不利于满足长久磨损要求，从而增加发生事故隐患的可能性。电梯曳引轮轮槽表面发生磨损开裂后，若长时间工作导致超过承载值，将会引发严重事故。此外，加工和搭配电梯曳引轮轮槽材料的过程中，因未严格遵守相关技术标准，且没有落实国家相关规范，将会提高磨损速度，引发严重的问题。

2.3 曳引钢丝绳受力不均匀 如果无法确保曳引绳的受力均匀，那么在电梯曳引系统运行阶段这一过程中，就会增加电梯曳引轮轮槽产生磨损的可能性。而对比了轮槽数量之后，可以清楚地发现如果钢丝绳的布置数量过少，钢丝绳受力的均匀性将会受到很大影响。此外，一部分不良企业在建筑建设阶段，为了降低施工的成本，也会擅自减少曳引轮的牵吊曳引绳的数量，从而影响钢丝绳受力的均匀性，引发严重的磨损问题。此外，钢丝绳选用类型不合理，或者电梯维保工作不合理，将会保障钢丝绳在前期受力的均匀性，但是，无法保障后期受力的均匀性，最终引发电梯曳引轮轮槽磨损问题，同样的，更换新的电梯曳引轮时，如果选用类型不合理也会产生类似问题。

2.4 曳引绳与曳引轮轮槽不匹配 现在市面上常用的曳引轮轮槽主要包括带切口半圆槽、U 型槽和V 形槽。与U 型槽不同的是，带切口半圆槽的摩擦系数更大；同时，可对比V 形槽，发现带切口半圆槽的磨损程度通常比较小，即使轮槽发生了磨损开裂，也能保持较高的摩擦系数，可以保障电梯运行的安全性。因此，带切口半圆槽在电梯曳引系统有着更多的应用。但如果在曳引绳与轮槽不匹配的情况下，会对曳引钢丝绳运行时的平滑度产生一定影响，除此之外还会产生弹跳问题，从而加剧了轮槽的磨损问题，使得乘梯人员的舒适度降低。无齿轮曳引机的曳引比通常是2:1，一般来说需要增加电梯曳引轮和钢丝绳的数量，使得系统的配置更为复杂。同时，如果曳引轮的直径较小，会导致轮槽处摩擦力增大，加剧轮槽表面磨损开裂，影响曳引轮的使用寿命。

2.5 使用维护原因 在日常使用电梯的过程中，如果高负荷使用电梯，使得电梯发生超载运行和高频率运行，电梯的曳引轮轮槽将会加速磨损，导致一系列电梯安全事故。如果不重视电梯的日常维护保养，随意混用新旧曳引钢丝绳，也会使得电梯曳引轮轮槽加速磨损开裂。一些缺乏工作责任或者工作水平比较低的维护人员，没有及时发现并且处理发生问题的钢丝绳和轮槽，不断增加磨损量之后将会引发安全问题。

2.6 曳引轮出厂尺寸 曳引轮生产出厂时轮槽的加工误差如果较大，安装的曳引轮轮槽节圆直径不一致时，会进一步导致轮槽的不均匀磨损度变大。当轿厢上行或下行运动时，由于节圆直径的尺寸不一致，磨损的轮槽和未磨损轮槽对应的钢丝绳移动距离与每条牵引钢丝绳绳头压缩量不一致，导致各钢丝绳所受张力分布不一，增大事故隐患。

当曳引轮两侧钢丝绳的拉力比大于此轮槽曳引系数时，曳引工作条件被破坏，导致张力分布不均，轮槽中的钢丝绳在工作时产生了运动滑移。在轿厢工作运行的过程中，出现不均匀磨损的轮槽相对于其他未磨损轮槽先产生滑移现象，滑移后各钢丝绳张力分布再次变化，随着轿厢的持续运行，其他不均匀磨损的轮槽将发生下一次滑移。如此的长时间工作后，轮槽的磨损滑移循环往复，曳引钢丝绳在曳引轮轮槽中的多次滑移又会使得轮槽的磨损开裂加剧；相对的，轮槽的磨损程度越剧烈将导致更容易产生滑移现象，滑移之后又加剧了轮槽的磨损，形成恶性循环。当曳引轮轮槽表面已经发生不均匀磨损时，通过调节钢丝绳绳头的弹簧来调节钢丝绳组张力不均，调节之后轮槽的磨损速度能够有效降低，但不能有效避免磨损的进一步恶化。轮槽的安装角度、下部切口的角度将影响轮槽的使用效果，为了避免轮槽因为曳引能力不足导致打滑而使得轮槽的磨损加剧，对于电梯的设计方面，轮槽的安装角度方面的几何参数也应满足不同工况下的曳引能力要求。

所以对于曳引式电梯的曳引轮轮槽的设计，如何提高曳引轮轮槽的当量摩擦系数f，获得更大的曳引能力，便是我们需要思考的问题。

3 针对电梯曳引轮U、V 型槽的分析计算

如图3 所示：γ 表示槽的角度值；β 表示下部切口的角度值。

图3 槽的γ 角与下部切口角β

一般情况下，下部切口角β 的最大值不超过106°。槽的角度γ 在U 型槽情况下最小值不低于25°，V 型槽情况下最小值不低于35°。

对于当量摩擦系数计算，如表1 所示。

表1 不同工况下的当量摩擦系数计算

表1 所示的是当量摩擦系数的计算逻辑，其中γ 为槽型角的角度值，β 为下部切口角度值；μ 为摩擦系数。GB7588-2003 规定，摩擦系数μ 的取值由三种工况决定：①装载工况：μ=0.1；②紧急制停工况：μ=0.1/（1+ν/10）；③轿厢滞留工况μ=0.2。

现计算各角度下U、V 型槽口的当量摩擦系数，如表2-表5 所示。

表2 摩擦系数=0.08 情况下对U 型槽摩擦当量的计算

表3 摩擦系数=0.1 情况下对U 型槽摩擦当量的计算

表4 摩擦系数=0.2 情况下对U 型槽摩擦当量的计算

表5 摩擦系数=0.2 情况下对V 型槽摩擦当量的计算

按照技术原则：在满足各种相对条件的前提下，尽可能获得的较大当量摩擦系数f 对提高电梯的曳引能力起着影响作用。经过实验数据对比得到，不同的曳引轮轮槽形状对当量摩擦系数f 产生一定影响。当量摩擦系数f 越大，电梯的曳引力也越大。在各种曳引轮的不同轮槽形状中，可以发现V 型槽的f 值最大，而U 型槽的f 值则最小。在曳引轮的不断磨损中，V 型槽也会伴随着磨损而趋向于半圆切口槽转变，其f 值也将减小，影响电梯的曳引能力。从而对电梯的安全运行产生一定的影响与破坏。

4 电梯曳引轮U 型槽优化后的检验方法

①以曳引轮与曳引绳的配合深度的测量方法来举例，根据钢丝绳的直径大小来选择不同规格的探头，测量出各轮槽与各曳引钢丝绳的配合深度，并根据其配合深度的不同，从而可以判断出曳引轮槽的整体磨损比例以及各轮槽磨损的情况差异，此外我们还可以根据此磨损情况来相应调整对应的各曳引钢丝绳的张力分布，避免轮槽张力偏差过大而加快磨损。②对曳引轮轮槽的磨损均匀程度进行检验。用钢直尺或水平仪垂直放置在曳引钢丝绳上，如果钢直尺或水平仪未发生倾斜，则说明曳引绳表面处在同一水平线上，否则就说明该曳引轮轮槽的磨损的均匀程度较低，将会对电梯安全运行产生影响。

5 结语

本文对于目前市面上常用的电梯曳引轮轮槽的磨损原因进行了细致的分析，并在其基础上对U、V 型槽的角度进行计算分析以及检验，对实际应用将起到一定参考作用。