0引言

曳引电梯是有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间，服务于规定楼层的固定式升降设备，如图1所示。曳引钢丝绳是电梯悬挂装置最常用的材料，其作用是承载着轿厢、载荷和对重及其他附件的全部重量。曳引驱动原理为曳引钢丝绳与曳引轮槽之间产生的摩擦力作为驱动动力，使电梯沿着固定轨道运行，因此钢丝绳是电梯的核心部分之一，实物如图2所示。曳引钢丝绳磨损状态直接影响电梯的安全运行。因此，对钢丝绳的失效分析显得尤为重要。

a T1

、导向轮

曳引轮

轿厢

图1电梯结构示意图

1曳引钢丝绳承受的受力形式

电梯钢丝绳失效形式一般是在长期运行中的磨损、周期应力的弯曲疲劳、锈蚀或机械外力造成的断丝、断股等，如图3所示。

电梯曳引钢丝绳承受着电梯全部的悬挂重量T，即包括轿厢、对重、载荷及所有附件在内的静载荷、极限状况下125%额定载荷下的冲击载荷、单向或交变弯曲应力"，如图4所示，在绳槽中又要承受较高

的挤压应力p以及包括扭转时所受的扭矩M在内的其他受力形式，如图5所示。

—一觉引轮

一导向轮

r！

图4钢丝绳受力示意图

图5钢丝线受压分布（半圆槽）及扭矩示意2曳引钢丝绳承受额外扭矩时的应力分析由图4、图5可以看出，电梯曳引钢丝绳承受额外扭矩时主要受到4个力的作用，即拉应力、弯曲应力、接触应力和扭转切应力四，如图6所示：

IK Htta图6钢丝绳应力分析图

其中，拉应力：

弯曲应力：

Tem，qu'，6F（1+sinB.）cosB.

1=（m4）XeA-10+%-+3W-8

（2）接触应力：

8Toose半圆槽：P=（ndD）（第-8-singy（3）

V形槽：P=45T（4）ndDsing最大扭转切应力：

7，Md（5）

27.

式中：x，为钢丝所受到的拉应力，MPa；r。为外层钢丝所受到的弯曲应力，MPa；d为钢丝绳直径，mm；D为曳引轮直径，mm；r为钢丝绳运行速度，m·；T为钢丝绳所受的拉力，N；A为钢丝绳截面积，mm2；B。

为外层钢丝在股中的捻角，（。）；6为外层钢丝绳直径，mm；E为钢丝绳的弹性模量，MPa；g为钢丝绳单位质量，kg/m；/为曳引轮当量摩擦系数；a为钢丝绳在曳引轮上的包角，rad；n为钢丝绳的根数；Tur为外层钢丝所受到的切应力，MPa；M为钢丝绳所受到的扭矩，N·m；l。为钢丝绳的极惯性矩。

Feyrer和Schiffner（1986）对单层圆股钢丝绳扭矩测量后，提出了含有三个常数的钢丝绳扭矩回归计算公式4；M=edT+edTu +esGd（6）

式中：w为钢丝绳单位长度旋转角，rad/m；G为钢丝绳剪切模量，Pa；ca、cz、cs为回归常数。

当钢丝绳处于正常受力状态时，仅仅承受上式（1）~（3）（或（4））中的拉应力、弯曲应力和接触应力。

由于施工不当时，钢丝绳发生扭转，钢丝绳内部会产生附加扭矩，可以由式（6）计算，此时，钢丝绳除了承受拉应力、弯曲应力和接触应力之外，还要额外承受扭转切应力，可以由式（5）计算。

从数值上看，式（5）中切应力的大小与扭矩M大小成正比，而扭矩AM的大小与钢丝绳单位长度旋转角w有关，w值越大，M值越大，切应力也越大。

3钢丝绳加速失效的原因分析

由于附加扭矩的存在，导致电梯在运行过程中，钢丝绳与曳引轮槽之间除了有径向位移还存在相对

轴向位移外（以曳引轮为参考对照物），会造成钢丝绳承受额外的扭矩，增加钢丝绳内部各丝之间的接触应力，导致钢丝绳与曳引轮槽发生扭转等相对移动，以至磨损加快，导致钢丝绳与曳引轮槽的磨损加剧，甚至钢丝绳发生断丝、断股等更为严重的失效形式。钢丝绳的磨损又会使钢丝绳的直径、截面积等参数编小，导致弯曲应力和接触应力加大，使得钢丝绳磨损急剧加速。同时，由于磨损产生的磨损铁屑等杂质参与钢丝绳与曳引轮槽的接触面，引发多种磨损形式的参与，更加加速钢丝绳的磨损，直至报废。附加扭矩主要是由于安装过程中，安装精度不能满足要求，如曳引轮、导向轮的垂直度偏差规定范围，同时在安装前，未释放钢丝绳储存、运输等过程中自旋角产生的预应力。因此，保证安装精度和释放预应力是保证曳引钢丝绳安全稳定运行的有效手段。

4现有国家规范的要求

GB/T31821-2015《电梯主要部件报废技术条件》

规定同：4.4.2曳引钢丝绳和液压电梯悬挂钢丝绳：曳引钢丝绳和液压电梯悬挂钢丝绳出现下列情况之一，视为达到报废技术条件：（1）断丝：钢丝绳外层绳股在一个捻距内断丝总数大于相关规定；（2）绳径减小：因磨损、拉伸、绳芯损坏或腐蚀等原因导致钢丝绳直径小于或等于公称直径的90%；（3）变形或损伤：钢丝绳出现笼状畸变、绳股挤出、扭结、部分压扁或

弯折；（4）腐蚀：钢丝绳严重腐蚀，铁锈填满绳股间隙。

根据规范的要求，结合设计时的安全系数，在规范规定的范围内，曳引电梯可以安全有效运行。

5结束语

钢丝绳作为曳引驱动电梯的重要安全部件，除了材料、制造工艺、结构形式、表面硬度和后期维护保养等因素外，钢丝绳在安装过程中的施工质量也成为影响钢丝绳使用寿命的一项重要因素。因此，技术人员在电梯安装、改造和修理过程中务必严格依照施工工艺和施工图纸施工要求，且在施工前使钢丝绳处于自由状态以减小钢丝绳的扭矩，改善钢丝绳的受力特性，以改善钢丝绳的使用环境，延长钢丝绳的使用寿命。