对照物摘要：一次电梯的检查发现电梯曳引钢丝绳端部的压缩弹簧断裂，结合现场的观察，分析导致弹簧断裂的原因。 dr探测器电梯钢丝绳端部的压缩弹簧（以下简称绳头弹簧）在电梯的悬挂系统中起着重要作用，它可以用来平衡调节各曳引钢丝绳的张力以及对电梯的轿厢和对重起到一定的减震缓冲作用。绳头弹簧与曳引机共同承载了轿厢、对重以及曳引钢丝绳的全部重量，所以它的稳定关系到整个电梯的安全运行。一般情况下绳头弹簧相对于电梯上的曳引轮、钢丝绳等运动部件而言属于静态装置故障率较低，在检规中也仅作为C类项出现。但当电梯的一些内外条件发生变化时，绳头弹簧的工作状态就会发生变化，由原来的相对静态变为动态，与此同时弹簧本身的一些缺陷就会被放大暴露出来，加大了失效的可能性。制动室
在一次对某高层写字楼4台电梯的安全检查中发现，其中一台电梯机房钢丝绳绳头弹簧断裂。该钢丝绳对应的曳引轮槽相比于并列的其他轮槽磨损更严重，钢丝绳在轮槽中程塌陷状态，端接装置的绳头调节螺杆相比其他螺杆高出许多，螺母已经调节至下端极限位置。同一机房的其他几台电梯虽然没有出现钢丝绳绳头弹簧断裂的情况，但也发现钢丝绳张力不一致，
曳引轮异常磨损等现象。对其中一台电梯以额定速度上行和下行进行观察，发现该电梯个别钢丝绳的状态在松弛与张紧间规律性变化，对应的绳头弹簧也随之较大幅度的伸缩。这几台电梯制造日期为2012年，位于人口密集地段的写字楼。4台电梯为控电梯，服务层站为30层。通过现场的观察，判断导致弹簧断裂的原因是由于曳引轮磨损、钢丝绳张力不均及弹簧本身存在的问题共同作用下导致弹簧疲劳断裂。下面就结合该案例，对电梯钢丝绳绳头弹簧断裂可能的原因进行分析。
1钢丝绳张力不均导致弹簧疲劳受损
电梯钢丝绳的张力在长期的使用过程中由于种种原因会发生变化，直接影响钢丝绳在曳引轮槽中的压力，张力如果不及时调节或者调节不当就会造成曳引轮槽不均匀磨损，改变曳引轮的节径。这种改变让钢丝绳的行程不同步，使绳头弹簧受力情况发生变化。极端情况下，单根钢丝绳过大的拉力会使弹簧压并圈，拉力小时又会使弹簧只受到钢丝绳自重带来的拉力，在电梯反复的运行中给弹簧施加大幅的循环变载荷，减少了弹簧的使用寿命。
电热炉该案例中的电梯曳引轮单个轮槽磨损严重导致节圆直径变小，电梯在下行时此轮槽的钢丝绳线速度小于并列的其它钢丝绳。以曳引轮为分界点，随着电梯运动，轿厢侧的钢丝绳长
度会比其它几根钢丝绳短，导致该侧钢丝绳张力变大，而对重侧相较其它几根钢丝绳长度更长所以张力减小。此时对重侧的绳头弹簧几乎只受到对重反绳轮至绳头这一段钢丝绳自重的拉力，对重的大部分重力由其他几个弹簧承担。当电梯上行时情况正好相反，该绳头弹簧会比其它几个弹簧受到更大的载荷导致弹簧大幅压缩。以一台服务层站为30，提升高度为90m，曳引比为2：1的电梯为例。曳引轮节圆直径为500mm，当单个轮槽在径向上磨损量超过其他轮槽磨损量1mm时，轮槽周长改变为（500-498）*3.14≈6mm。那么在不产生相对滑移的情况下，该轮槽的钢丝绳每当曳引轮旋转1圈就会比并列的其它钢丝绳少移动6mm。当电梯从一个端站向另一个端站做全程运行时，曳引轮需旋转90000/（500*3.14）*2≈114圈，那么这根钢丝绳就少移动了114*6=684mm。相对于并列的其它几根钢丝绳，这根“缩短”的钢丝绳会受到更多的拉力。对于一台使用时间较长的电梯，钢丝绳的结构性伸长趋于稳定，很难再通过钢丝绳本身的伸缩量来自我调节，这段减少的移动距离就会给一侧钢丝绳带来很大的张力，进而传递给绳头弹簧。对于电梯上的绳头弹簧而言，弹簧的自由高度通常在200-300mm，变形量也就更小。所以钢丝绳这段减少的移动距离导致的张力变化会给单个弹簧带来极大的负荷。弹簧承受循环变载荷时，超负荷的应力循环就可能会导致弹簧疲劳断裂。《GB/T10060-2011电梯安装验收规范》中要求任何一根钢丝绳与其他
所有钢丝绳张力平均值的偏差均不大于5%，通过这几台电梯的现场观察发现电梯在运行过程中个别钢丝绳达到最松弛的状态时与其他钢丝绳张力偏差远超这一数值。
该案例中电梯楼层较高，钢丝绳在一次单向的运行中会不断的积累张力，在前面的计算中只考虑了最极端的情况，其实这种张力不可能随着电梯提升高度的增加而一直增加。事实上当钢丝绳上曳引轮两边张力差的积累超过钢丝绳与轮槽的摩擦力时就会产生滑移，这种滑移会使钢丝绳与曳引轮槽相互磨损，在电梯运行的过程中进一步影响曳引轮节圆直径，形成恶性循环。案例现场的几台电梯，部分钢丝绳绳头弹簧螺杆高于其他螺杆，可以推断维保人员在发现钢丝绳张力不均时想通过调节绳头螺杆来张紧钢丝绳。但这种调节只适用于电梯投入使用初期，钢丝绳由于自身的伸长导致的张力改变，一旦曳引轮槽出现异常磨损就无法再通过这种办法调整钢丝绳张力。
2弹簧自身原因
除了外界带来的变载荷可能会引发弹簧的疲劳断裂，弹簧制造与安装中的一些因素也会导致弹簧断裂的现象发生。
2.1弹簧质量问题
装配式隔墙板弹簧材料的表层常承受较大的应力，所以弹簧的表面质量对疲劳强度影响很大。弹簧材料在制造和安装过程中造成的裂纹、伤痕等缺陷往往是造成弹簧疲劳断裂的原因。这些缺陷在初期不明显，但在弹簧承受动载荷的过程中，这些小的表面缺陷在变应力的作用下会发展并逐步扩大为与弹簧受力方向垂直的宏观裂纹。当裂纹的发展使弹簧在载荷的过程中达到断裂强度时，弹簧就会发生瞬时断裂。本案例中各个绳头弹簧的表面均出现擦痕及锈蚀情况，考虑是在存放、运输及安装的过程中未对弹簧做好保护，导致弹簧收到擦伤，表面涂层脱落继而进一步发展为裂纹。
2.2弹簧选用安装问题
在平时检验检测电梯的工程中，经常会发现钢丝绳的绳头弹簧弯曲，弹簧的中段向某一侧偏斜的现象。这种偏斜使弹簧中间部分的节距发生改变，在水平方向上一侧节距变大一侧节距变小。这种偏斜会导致弹簧偏心受载，在弯曲曲率最大的部位发生应力集中的现象，进一步减少弹簧的使用寿命。出现这种现象的原因与选型和安装有关。为了让弹簧在受压时与压力保持方向一致，通常会在弹簧的两端圈采取并紧磨平的处理方式，以使弹簧在侧面看上去呈一个稳定的矩形，电梯绳头用弹簧也多见这种型式。所以弹簧与拉杆连接处的
端盖、胶垫等零部件的安装质量就直接影响着弹簧的垂直度。如果端盖与弹簧的端部配合不紧密或是大小不配套以及胶垫长时间在温度较高的机房使用导致老化损坏，通过拉杆传递过来的钢丝绳拉力就不能均匀的施加在弹簧上，使弹簧受到偏心载荷。另一方面弹簧的形状也与此有关，如果选用的弹簧外径小，自由高度较高，整体的形状偏细长就会使偏斜的程度更大，受力也就更不稳定。本案例中虽然没有弹簧偏载的情况出现，但这种现象相对比较常见，也应引起重视。
3弹簧过载
现代电梯由于普遍使用了变频技术，在正常运行时非常平稳，但电梯发生故障或是进行某些试验时会使电梯急停，这种急停仍会给电梯的曳引系统带来较大的负荷。例如曳引驱动乘客电梯每五年一次的载荷试验，在电梯轿厢装载125%载荷的情况下以额定速度下行，在电梯运行到行程下部断开电源使电梯紧急制停。在这一过程中电梯轿厢的动能通过曳引轮与钢丝绳的摩擦及曳引机内部消耗后仍有一部分会转变为钢丝绳和绳头弹簧的势能，对弹簧造成冲击性载荷。考虑到前文所述钢丝绳张力不均的因素叠加，这一冲击性载荷就可能会对弹簧造成过载，增加弹簧脆性断裂的可能性。
综上所述，造成电梯绳头弹簧断裂的原因很多，通常情况下是由多种因素累加造成。想要对弹簧断裂进行全面准确的分析还需借助仪器从断面上进行微观分析。本文结合现场检验案例对其中一部分原因进行了探讨，供大家参考。
石竹素参考文献
1.姜洪源，敖宏瑞。现代机械设计手册单行本弹簧设计[M]北京：化学工业出版社.2020.
2.王争鸣，电梯钢丝绳头弹簧常见问题分析[J]中国电梯.2020.
3.GB/T10060-2011，电梯安装验收规范[S].
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议