張毅琪 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

截止至2019年底，全國鐵路營業(yè)里程數(shù)達到13.9萬km以上，其中高鐵3.5萬km。與此同時，新建火車站以及老火車站更新改造的數(shù)量也在不斷增加，作為車站中最重要的配套設施之一的電梯，設備數(shù)量也在不斷增長。由于人們使用電梯較為頻繁，公眾對于電梯安全性的重視也日益增長。作為垂直電梯中最主要的部件之一，電梯鋼絲繩重要性不言而喻，它不僅決定著電梯運行過程中的平穩(wěn)性舒適性，更與電梯乘坐者的性命息息相關(guān)。2018年底，在上海某小區(qū)更是發(fā)生了電梯鋼絲繩斷股的事件。因此，電梯鋼絲繩的檢驗檢測十分重要。以下就電梯鋼絲繩的失效形式、原因、檢驗檢測方法等進行介紹說明和探討。

1 電梯鋼絲繩的作用

電梯鋼絲繩是電梯上用來懸掛對重和轎廂的主要部件，承載著電梯的幾乎全部懸掛重量。電梯通過電機驅(qū)動曳引輪，利用曳引輪與鋼絲繩之間的摩擦力，帶動轎廂和對重上下運行。

2 電梯鋼絲繩的失效形式

電梯鋼絲繩常見的失效形式有磨損、斷股、斷絲、籠狀畸變、扭結(jié)、繩芯擠出、部分壓扁、彎折等多種。其中，磨損是最常見的失效形式。

鋼絲繩的磨損主要產(chǎn)生于鋼絲繩表面、繩股與繩股之間和鋼絲與鋼絲之間。按照磨損的種類來分，主要分為外部均勻磨損、變形磨損和內(nèi)部磨損這三種。外部均勻磨損是指，鋼絲繩在使用過程中，與曳引輪之間產(chǎn)生的磨損。通常來說，金屬材料的硬度越高，其耐磨性就越好。所以當鋼絲繩的硬度低于曳引輪是，磨損的情況會十分嚴重。變形磨損指得是鋼絲繩在某一段內(nèi)的局部磨損。由于電梯的運行特性，鋼絲繩和曳引輪之間經(jīng)常發(fā)生慢性位移；亦或者會產(chǎn)生劇烈的沖擊和振動，從而沖擊鋼絲繩，使得其產(chǎn)生局部擠壓變形，令這一部分的鋼絲受損，并且極易產(chǎn)生局部斷絲。內(nèi)部磨損，指得是由于鋼絲繩在經(jīng)過曳引輪，導向輪的時候會發(fā)生彎曲，從而容易使得每股中的鋼絲產(chǎn)生相對位移，久而久之，股與股之間的壓力逐漸增大，使得鋼絲繩會因為局部應力集中而發(fā)生斷絲，甚至斷股的情況發(fā)生。

3 電梯鋼絲繩磨損的原因分析

3.1 張力差

電梯鋼絲繩張力均勻?qū)τ谄溆兄种匾挠绊?。張力不均勻，電梯對重和轎廂的重量就無法平均分配至每一根鋼絲繩，使得某幾根鋼絲繩上承受的力過大。其會成為電梯在日常使用中的一個事故隱患，隨著電梯使用時間和運行次數(shù)的不斷增加，會導致曳引輪和鋼絲繩之間的磨損不均勻，從而降低了曳引輪和鋼絲繩的使用壽命。另外，這種情況還會降低電梯的曳引力，極端情況下甚至會造成鋼絲繩和曳引輪之間打滑，從而發(fā)生事故。同樣的，張力不均勻還會使得電梯正常工作運行過程中的噪音和振動增加，從而降低了乘坐電梯的平穩(wěn)性和舒適性。最后，如果各根鋼絲繩之間的張力差別過大，使得載荷（轎廂和對重的重量）集中在某一根或幾根鋼絲繩上，還可能會導致鋼絲繩安全系數(shù)不足。

導致電梯鋼絲繩張力不均勻的主要原因有兩個：一是電梯在日常的運行中，各鋼絲繩產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性伸長情況不一致；二是在電梯安裝的時候，鋼絲繩靜態(tài)基礎(chǔ)張力不一致。各根電梯鋼絲繩的長度在電梯安裝的時候往往難以嚴格一致，會有些許偏差，這樣一來，就會造成其受力不均勻。

3.2 形位公差

曳引輪和導向輪形位公差超標會對電梯鋼絲繩產(chǎn)生如下的危害：一是使得電梯鋼絲繩無法和曳引輪槽完全契合，可能使得兩者的接觸面積減小，從而減小電梯的曳引能力，并且加重鋼絲繩的局部磨損；二是可能增加鋼絲繩在電梯正常運行過程的抖動，從而影響電梯正常運行的平穩(wěn)性和舒適性，還會在一定程度上對鋼絲繩造成沖擊，使得其老化加速；三是會造成曳引輪和導向輪輪槽發(fā)生單側(cè)磨損。

造成曳引輪和導向輪端面相對水平面的垂直度超標的原因有以下幾種：一是在電梯安裝的時候，曳引輪和導向輪并未被正確地安裝到位，導致問題遺留至使用階段；二是在平時電梯的運行中，因為種種其他故障或者原因?qū)σ芬喓蛯蜉啴a(chǎn)生了持續(xù)的沖擊，導致其產(chǎn)生了輕微的偏差；三是電梯本身零部件的質(zhì)量問題導致的。

3.3 鋼絲繩與曳引輪的材質(zhì)

電梯鋼絲繩材質(zhì)一般使用45#、55#或65#鋼，維氏硬度介于300至500之間。電梯曳引輪一般使用的材料為球磨鑄鐵，維氏硬度介于200至300之間。電梯鋼絲繩和曳引輪的型號選擇需要參考梯速、尺寸、價格等因素。由鋼絲繩和曳引輪材質(zhì)引起的磨損主要有以下兩個原因。一是電梯鋼絲繩的硬度較小。這種情況下，鋼絲繩的耐磨性較差，如果同時選用了耐磨性較好的曳引輪，會使得鋼絲繩的磨損加劇。二是電梯鋼絲繩的硬度過大。此種情況下，鋼絲繩的柔韌性會降低，從而使得其在運行過程中的振動無法被自身消除，并且容易引發(fā)更大的振動，從而使得鋼絲繩產(chǎn)生內(nèi)部磨損。

3.4 鋼絲繩的質(zhì)量

電梯鋼絲繩可能會因為保存、安裝或者保養(yǎng)不當，產(chǎn)生一些質(zhì)量問題。一是鋼絲繩繩芯外露、變形。產(chǎn)生這種問題的原因是在捻股成型施工中作業(yè)不當導致的。二是鋼絲繩生銹。產(chǎn)生這種問題主要是因為在鋼絲繩的運輸儲存過程中，受到雨淋，或是受到日曬，防銹油流出；或者是平時保養(yǎng)不當，沒有及時除銹。三是鋼絲繩異常損傷。其原因可能是因為在運輸安裝過程中，鋼絲繩受到了外力的沖擊所致。這些質(zhì)量問題產(chǎn)生之后，如果沒有被及時發(fā)現(xiàn)并處理，會導致電梯鋼絲繩在日常使用中產(chǎn)生異常振動等問題，使得磨損加劇。

4 一起電梯鋼絲繩斷股事件的介紹

2018年年底，上海某小區(qū)發(fā)生了電梯鋼絲繩斷股的事件。據(jù)小區(qū)居民反映，該電梯在平時的運行過程中，有明顯的抖動現(xiàn)象。在距離事故最近的一次定期檢驗中，檢驗人員發(fā)現(xiàn)該電梯運行平穩(wěn)性較差，但經(jīng)過檢驗后并未發(fā)現(xiàn)明顯異樣。事后查閱電梯相關(guān)資料檔案，和詢問物業(yè)相關(guān)負責人和維保人員得知，電梯的日常維護保養(yǎng)都按照相關(guān)規(guī)定正常進行，維保人員在維保時也未發(fā)現(xiàn)明顯異樣。我們所為此特別組織會議進行討論研究，討論后一致認為，為了保障電梯的使用安全，有必要對于其進行全面分析，并對所有同型號的電梯鋼絲繩進行檢驗檢測。

5 電梯鋼絲繩檢測方法

經(jīng)過研究討論，我們所決定根據(jù)GB/T 10058《電梯技術(shù)條件》、GB/T 31821《電梯主要部件報廢技術(shù)條件》、GB/T 10060-2011《電梯安裝驗收規(guī)范》等標準，進行電梯鋼絲繩的張力測試、曳引輪鉛錘度檢查、曳引輪導向輪平行度檢查，并進行電梯鋼絲繩探傷，下文詳細介紹上述各個檢測內(nèi)容。

5.1 張力檢測

根據(jù)檢規(guī)要求，各鋼絲繩之間的張力與平均值之間的偏差應不大于5%。我們使用LTZ-20型管型測力計來檢測電梯鋼絲繩張力。使用時用測力計的掛鉤鉤拉住一根鋼絲繩，使其偏離一定的距離，讀出測力計的數(shù)值并記錄。用同樣的方法測量其他鋼絲繩的張力數(shù)值并記錄，計算張力的平均值，并且與各根鋼絲繩的張力進行比較，如果最大偏差在5%以內(nèi)則為合格。

現(xiàn)場對于該電梯鋼絲繩張力測量，如圖1所示

圖1 鋼絲繩張力測量值

通過計算得知，5根鋼絲繩的平均張力為29.6 N。其中，5#鋼絲繩的張力達到了35 N，與平均值的偏差達到了18.24%，遠遠超過了檢規(guī)所規(guī)定的5%。由此可知，此電梯存在鋼絲繩張力不均勻的情況，且比較嚴重。

5.2 曳引輪、導向輪形位公差檢測

根據(jù)GBT 10060-2011電梯安裝驗收規(guī)范，曳引輪和導向輪輪緣端面相對水平面的垂直度在空載或滿載工況下均不宜大于4/1000。測量曳引輪、導向輪相對水平面的垂直度，使用的工具是鋼直尺和鉛垂線。首先通過電梯的技術(shù)資料獲得相關(guān)電梯曳引輪，導向輪的尺寸數(shù)據(jù)。之后，在電梯機房中，使用鉛垂線和鋼直尺，測量出曳引輪和導向輪相對水平面的垂直度誤差最大值，如果這個值不大于4/1000即為合格。通過現(xiàn)場對于此電梯的測量，發(fā)現(xiàn)其導向輪的垂直度為3/1000，合格；但曳引輪的垂直度為5/1000，不合格,。

5.3 無損探傷

在完成了鋼絲繩張力檢測，曳引輪、導向輪形位公差的檢測后，需要對電梯鋼絲繩進行全方位的無損探傷。我們使用的儀器為GNDT-ME型電梯鋼絲繩探傷儀。GNDT-ME型電梯鋼絲繩探傷儀采用了磁通與漏磁的檢測方法，能夠同時檢測多根電梯鋼絲繩，對于鋼絲繩中存在的磨損、斷股、斷絲、各種變形、材料變化等缺陷都能夠完成檢測，能夠檢測局部損傷和金屬截面積變化，并在報告中直接讀取出兩項的數(shù)據(jù)和結(jié)論。

在實際操作中，首先需要通過電梯技術(shù)資料和現(xiàn)場測量確認，得知電梯鋼絲繩型號，通過測量和計算得知鋼絲繩的直徑和捻距。其次、將該儀器的無損檢測的部分放置于電梯鋼絲繩之上，使電梯以檢修速度運行全程，從而完成整個數(shù)據(jù)測量的過程。這里需要注意的是，此儀器容易受到電梯變頻器等外界信號的干擾，測試中需要注意屏蔽。之后通過電腦端的數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)С鐾暾碾娞蒌摻z繩無損檢測報告。報告中對于電梯鋼絲繩的磨損情況，截面積損失最嚴重的位置，以及斷絲情況有著詳細的描述。

6 結(jié)束語

隨著我國鐵路運營里程的不斷增長，作為配套設施的電梯，數(shù)量也在激增。另外，已建成的車站及配套設施的電梯，隨著使用年限的增長，設備也在不斷老化。電梯鋼絲繩作為電梯的重要部件，直接關(guān)系到電梯的使用安全。本文就電梯鋼絲繩的檢驗檢測方法等進行了說明和探討。希望能夠?qū)﹄娞莸陌踩\行作出一點貢獻，將許多事故消滅在萌芽狀態(tài)。