电梯悬挂系统详解

1、 电梯悬挂系统 电梯技术系列讲座 电梯悬挂系统的组成 1 悬挂绳悬挂绳 1.1 钢丝绳钢丝绳 1.2 复合钢带复合钢带 1.3 非金属绳非金属绳 2 端接装置端接装置 3 补偿装置补偿装置 4 随行电缆随行电缆 1、悬挂绳 1.1 1.1 钢丝绳钢丝绳 1.1.1 1.1.1 结构结构 1.1.2 1.1.2 制作工艺制作工艺 1.1.3 1.1.3 计算与选择计算与选择 1.1.4 1.1.4 影响寿命的因素影响寿命的因素 1.1.5 1.1.5 电梯钢丝绳的报废标准电梯钢丝绳的报废标准 1.1、钢丝绳、钢丝绳1.1.1 钢丝绳结构钢丝绳结构 绳、股、芯绳、股、芯 捻距的概念 捻距是指绳股中

2、某一钢丝绕股芯旋转一周后相应点的距离。多层丝捻距是指绳股中某一钢丝绕股芯旋转一周后相应点的距离。多层丝捻成的股一般指外层钢丝。捻距常用表达式计算：捻成的股一般指外层钢丝。捻距常用表达式计算：S SK K* *D,D,其中其中K K为捻距为捻距倍数，倍数，D D为绳（或股）的直径。为绳（或股）的直径。 捻距是钢丝绳的一个重要的工艺参数，捻距大，生产效率高，承载捻距是钢丝绳的一个重要的工艺参数，捻距大，生产效率高，承载力大负载后变形小。反之，柔性好，耐疲劳不易松散。一定的结构和一力大负载后变形小。反之，柔性好，耐疲劳不易松散。一定的结构和一定直径的绳有一个最佳捻距。定直径的绳有一个最佳捻距。 交交

3、 绕绕 和和 顺顺 绕绕 普通股型式和紧凑股型式普通股型式和紧凑股型式圆股等捻距的圆股等捻距的6 61919和和8 81919钢丝绳钢丝绳 电梯用重型钢丝绳电梯用重型钢丝绳绳丝接触状态及分类o 接触状态：接触状态： 点接触股内各层之间钢丝互相交叉，呈点接触 线接触股内各层之间钢丝在全长上平行捻制，呈线 接触 面接触股内钢丝形状特殊，呈面接触o 分类与名称分类与名称 外粗式（西鲁型，X型） 粗细式（瓦灵吞型，W型） 填充式（T型） 电梯钢丝绳的强度级别o 单强度绳：绳中钢丝的抗拉强度相同；单强度绳：绳中钢丝的抗拉强度相同；o 双强度绳：绳中内、外层钢丝的抗拉强度不同。双强度绳：绳中内、外层钢丝的

4、抗拉强度不同。强度级别配置强度级别配置强度级别强度级别(N/mm)单强度级别1570或1770双强度级别(外丝) 1370双强度级别(内丝) 1770我国电梯钢丝绳的结构和规格钢丝绳规格钢丝绳规格 公称直径公称直径(mm)619SNF6，8，10，11，13，16，19，22819SNF8，10，11，13，16，19，22 电梯用钢丝绳的表达方法o 如钢丝绳结构为如钢丝绳结构为819的西鲁式，绳芯为天然的西鲁式，绳芯为天然纤维芯，直径为纤维芯，直径为13mm，钢丝的抗拉强度为，钢丝的抗拉强度为1370、1770（1500）N/mm，双强度，双强度配置，捻制方法为右交互捻的电梯钢丝绳，其配置，

5、捻制方法为右交互捻的电梯钢丝绳，其标记为：标记为：o 电梯钢丝绳电梯钢丝绳 819SNF-13-1500(双双)右右交交-GB8903-88 国际上电梯钢丝绳的规格现状o 国际上电梯钢丝绳标准的一般要求国际上电梯钢丝绳标准的一般要求: 满足基本的安全要求（如最小破断拉力）满足基本的安全要求（如最小破断拉力） 具有较好的经济性（与用途相适应）具有较好的经济性（与用途相适应） 有很好的互换性（英制、公制）有很好的互换性（英制、公制） 材料要求（钢丝材料、强度级别、绳芯）材料要求（钢丝材料、强度级别、绳芯） 尺寸要求（公称直径（椭圆度）允差、长度尺寸要求（公称直径（椭圆度）允差、长度允差）允差）适用

6、范围和强度级别o 适用范围适用范围 悬挂绳(Suspension Ropes) 限速器绳(Governor Ropes) 补偿绳(Compensating Ropes)o 强度级别强度级别 单强度级别: 1570,1770 N/mm 双强度级别:1180/1770,1370/1770 1570/1770 N/mm 绳结构型式和绳芯o结构型式：结构型式： 619fiber core, 819 fiber core 819 fiber core Independent wire rope core wire rope（IWRC） 636 fiber core(仅适用于补偿绳)o绳芯：绳芯： 纤维(

7、fibe)， 钢基组合（steel-based composite)如钢+纤维,钢+尼龙 纤维+其他非金属(nometallic cores other than fiber only) IWRC （金属绳芯式钢丝绳）636 Seale FillerWire RRL IWRC641 Seale FillerWire RRL IWRC 1.1.2 1.1.2 钢丝绳的一般制作工艺钢丝绳的一般制作工艺o 原料（如原料（如5.5mm 60#圆条钢，细钢丝圆条钢，细钢丝用优质碳素钢盘条）入厂用优质碳素钢盘条）入厂酸洗及磷酸盐酸洗及磷酸盐化成皮膜处理化成皮膜处理粗拉丝粗拉丝中间热处理中间热处理中间拉丝中

8、间拉丝最终热处理最终热处理再制品酸洗再制品酸洗及磷酸盐化成皮膜处理及磷酸盐化成皮膜处理半成品拉丝半成品拉丝半成品钢丝检验半成品钢丝检验捻股捻股剑麻绳芯制造剑麻绳芯制造捻绳捻绳包装包装钢丝原材料 拉拉 丝丝 捻捻 股股 捻捻 绳绳 捻捻 绳绳1.1.3 钢丝绳的计算及选择钢丝绳的计算及选择n 静强度计算（安全系数法）静强度计算（安全系数法）n 比压计算（比压计算（98版以前的标准）版以前的标准）n 98版附录版附录N规定的安全系数计算规定的安全系数计算n 伸长量计算伸长量计算n 疲劳寿命预测疲劳寿命预测 强度计算（安全系数法）强度计算（安全系数法）o 钢丝绳的安全系数应满足钢丝绳的安全系数应满足

9、 n12（不小于三根绳的曳引驱（不小于三根绳的曳引驱 动；卷筒驱动）动；卷筒驱动） n16 （使用二根绳的曳引驱动）（使用二根绳的曳引驱动） n=一根钢丝绳的最小破断拉力一根钢丝绳的最小破断拉力/额定载荷额定载荷 的轿厢停在最低层站时一根绳受的最大力的轿厢停在最低层站时一根绳受的最大力 关于钢丝绳的破断拉力：关于钢丝绳的破断拉力：o a) 计算破断拉力计算破断拉力 金属横断面积与公称抗拉强度之积金属横断面积与公称抗拉强度之积o b) 试验的破断拉力试验的破断拉力 绳的所有钢丝的试验破断拉力之和绳的所有钢丝的试验破断拉力之和o c) 实际的破断拉力实际的破断拉力 根据整绳试验得到的破断拉力根据整

10、绳试验得到的破断拉力钢丝绳在绳槽中的比压计算钢丝绳在绳槽中的比压计算 钢丝绳在绳槽中的接触区域比压计算的讨论o 公式是基于绳在槽中的比压符合正弦规律得出的公式是基于绳在槽中的比压符合正弦规律得出的（1927年提出，有数学基础）年提出，有数学基础）o 比压随静力的增加而增加，随曳引轮直径增大绳数的增比压随静力的增加而增加，随曳引轮直径增大绳数的增加而减少。加而减少。o 绳径比绳径比D/d一般取一般取4080，即分母，即分母Dd即可变成即可变成40d和和80d，这说明了钢丝绳的截面积对比压的影，这说明了钢丝绳的截面积对比压的影响。响。o 当切口角增大比压增大，当切口角增大比压增大，V型角减少比压增

11、大型角减少比压增大o 比压和强度安全系数均未考虑弯曲对钢丝绳的损伤比压和强度安全系数均未考虑弯曲对钢丝绳的损伤基于弯曲损伤的安全系数计算基于弯曲损伤的安全系数计算o GB7588-2003GB7588-2003附录附录N N（标准的附录）悬挂绳的安全（标准的附录）悬挂绳的安全系数计算系数计算o 前版标准对钢丝绳只考虑三个因素：最小安全系前版标准对钢丝绳只考虑三个因素：最小安全系数、比压和数、比压和D/dD/d。其欠缺之处：如果钢丝绳绕过。其欠缺之处：如果钢丝绳绕过多个滑轮，或使用在一个复杂的绕绳系统中，选多个滑轮，或使用在一个复杂的绕绳系统中，选用的钢丝绳即使满足上述三个条件，仍有可能寿用的钢

12、丝绳即使满足上述三个条件，仍有可能寿命很短。钢丝绳一年检一次，快速的损伤会导致命很短。钢丝绳一年检一次，快速的损伤会导致危险。危险。o 附录附录N N的设计方法，考虑了影响绳寿命的系统参的设计方法，考虑了影响绳寿命的系统参数。最终能保证其最短的服务寿命。数。最终能保证其最短的服务寿命。基于弯曲损伤的安全系数计算基于弯曲损伤的安全系数计算o 根据根据FeyrerFeyrer研究的钢丝绳寿命理论，钢丝绳每研究的钢丝绳寿命理论，钢丝绳每通过一次曳引轮或导向轮对钢丝绳都产生一定通过一次曳引轮或导向轮对钢丝绳都产生一定的损伤，这样的损伤（在轮上）可以用绳轮的的损伤，这样的损伤（在轮上）可以用绳轮的等效数

13、来计算。等效数来计算。o 曳引轮的损伤程度由绳槽形状确定曳引轮的损伤程度由绳槽形状确定( (见表见表N1N1）o 导向轮的损伤程度取决于曳引轮和导向轮的比导向轮的损伤程度取决于曳引轮和导向轮的比值、个数以及是否存在逆向弯曲。值、个数以及是否存在逆向弯曲。 悬挂绳安全系数的计算)894. 2)(09.77log()(1085.695log(6834. 2(567. 8610DrDtDrDtNequivfsDtDt曳引轮直径，曳引轮直径，DrDr钢丝绳直径，钢丝绳直径，NequivNequiv等效滑轮数等效滑轮数V型槽型槽40度度 Nequiv（t）7.1 Npr0 Nps1 Dt600 Kp5.

14、06Dp400 Nequiv（p）5.06dt10Nequiv12.16Sf11.36 算例算例1U型槽型槽Dt400，Kp1Dp400，dt10Nps2，Npr0Nequiv（t）2Nequiv（p）2Nequiv4Sf13.38算例算例 2轿厢侧轿厢侧U槽带切口槽带切口100度，度，Dt600Dp500， dt10Nequiv（t）10Nps2 ， Npr0Kp2.07Nequiv（p）4.14Nequiv=14.14Sf11.90对重侧对重侧U槽槽100度，度，Dt600 Dp400，dt10Nps1 ，Npr0Nequiv（t）10Kp5.06Nequiv（p）5.06Nequiv=1

15、5.06Sf12.12算例算例 3实际应用中的注意点：实际应用中的注意点：o 计算仅适用于常规的电梯钢丝绳及欧洲当前计算仅适用于常规的电梯钢丝绳及欧洲当前正常的钢丝绳质量；正常的钢丝绳质量；o 计算公式只适用于由铸铁或钢制造的曳引轮计算公式只适用于由铸铁或钢制造的曳引轮和滑轮，绳槽形状与绳匹配，安装和保养适和滑轮，绳槽形状与绳匹配，安装和保养适当。当。o 上述要求不满足，则附录上述要求不满足，则附录N不能适用。实际不能适用。实际寿命与期望寿命会有很大的差异。寿命与期望寿命会有很大的差异。o 建议重载的、使用繁忙的电梯提高安全系数建议重载的、使用繁忙的电梯提高安全系数1.3.4、影响钢丝绳寿命的

16、因素o 钢丝的材质钢丝的材质 制作钢丝绳的材质纯度要求高，一般含碳量制作钢丝绳的材质纯度要求高，一般含碳量0.41%。含磷和硫量不得超过含磷和硫量不得超过0。045，其他杂质限制在，其他杂质限制在.035%以下，有时为了提高抗腐蚀能力还加以下，有时为了提高抗腐蚀能力还加0.3的铜。的铜。 涂锌绳的抗拉强度会比原来降低涂锌绳的抗拉强度会比原来降低510，疲劳强度，疲劳强度也有所降低。但其延伸率有所增加，这样可能会重新得到一也有所降低。但其延伸率有所增加，这样可能会重新得到一些补偿。些补偿。1.1.4、影响钢丝绳寿命的因素o 钢丝的强度和韧性钢丝的强度和韧性 试验证明：低强度钢丝的绳比高强度绳的弯

17、曲试验证明：低强度钢丝的绳比高强度绳的弯曲疲劳寿命高，因为低强度钢丝的弯曲和扭转性能要比疲劳寿命高，因为低强度钢丝的弯曲和扭转性能要比高强度的好；高强度的好； 高韧性的钢丝弯曲寿命高，因为高韧性的钢丝高韧性的钢丝弯曲寿命高，因为高韧性的钢丝的强度差小，弯曲和扭转性能好的强度差小，弯曲和扭转性能好。1.1.4、影响钢丝绳寿命的因素o 拉伸载荷拉伸载荷 静载没有影响，振动应力影响很大，钢丝绳仅能静载没有影响，振动应力影响很大，钢丝绳仅能承受拉拉载荷承受拉拉载荷2600N/mm。多根钢丝绳的张。多根钢丝绳的张力均匀是十分重要的。力均匀是十分重要的。o 曲率半径曲率半径 曲率半径增大，即曲率半径增大，

18、即D/d增大，绳的寿命延长。电梯增大，绳的寿命延长。电梯规范要求规范要求D/d40，但这个限制正在突破，如非金属，但这个限制正在突破，如非金属绳不受此限，高寿命的钢丝绳经试验验证后可以考虑适绳不受此限，高寿命的钢丝绳经试验验证后可以考虑适当突破绳径比。当突破绳径比。 试验条件：顺绕（同向捻）钢丝绳，直径16mm，6股19根直径1mm钢丝捻制成，R0=1400N/mm2,铸铁滑轮加工的绳槽半径r=8.5mm。钢丝绳张力弯曲寿命次数试验条件: 顺绕（同向捻）钢丝绳，直径16mm，6股19根直径1mm钢丝捻制成，R0=1400N/mm2,铸铁滑轮加工的绳槽半径r=8.5mm。1.1.4、影响钢丝绳寿

19、命的因素o 槽型槽型 对圆形槽对圆形槽r r0.53d0.53d寿命最长寿命最长o 槽的材料槽的材料 槽硬度、弹性模量，注意：使用软槽虽将外部应力槽硬度、弹性模量，注意：使用软槽虽将外部应力降低了，但绳的磨损会转向绳的内部，内丝的破断会增降低了，但绳的磨损会转向绳的内部，内丝的破断会增加。加。o 包角包角 国外试验证明，包角国外试验证明，包角66060，疲劳寿命接近常数，疲劳寿命接近常数， 10105050之间寿命明显降低。这种降低只能用螺旋钢丝受压之间寿命明显降低。这种降低只能用螺旋钢丝受压区和受拉区之间在长度上的不完全平衡来解释区和受拉区之间在长度上的不完全平衡来解释。1.1.4、影响钢丝

20、绳寿命的因素o 承载密度承载密度 间隙的承载有利于绳的寿命。大的承载密度使间隙的承载有利于绳的寿命。大的承载密度使材料的复原能力降低，从而寿命短。材料的复原能力降低，从而寿命短。o 磨损和腐蚀磨损和腐蚀 腐蚀使绳断面减小，磨损会加剧，特别是填料腐蚀使绳断面减小，磨损会加剧，特别是填料解体时，水、尘埃等会渗透到绳内部引起腐蚀，解体时，水、尘埃等会渗透到绳内部引起腐蚀，因为从外部几何观察不到腐蚀蔓延的因为从外部几何观察不到腐蚀蔓延的 情况，因此这是危险的（应限制偏角）。情况，因此这是危险的（应限制偏角）。1.1.4、影响钢丝绳寿命的因素o 最佳的钢丝绳直径最佳的钢丝绳直径 每一类钢丝绳都有一种最佳

21、的直径取值。在每一类钢丝绳都有一种最佳的直径取值。在制造型式类似，而钢丝直径不一样的绳，其制造型式类似，而钢丝直径不一样的绳，其寿命存在复杂的关系。寿命存在复杂的关系。钢丝绳直径与疲劳寿命的关系试验条件：D600mm，拉力40kN钢丝拉力强度为1770N/mm,1.1.4、影响钢丝绳寿命的因素o 捻绕型式捻绕型式 顺绕比交绕有更大的交变弯曲次数，但顺绕比交绕有更大的交变弯曲次数，但试验也证明：顺绕的自旋损耗也会影响寿命。试验也证明：顺绕的自旋损耗也会影响寿命。交绕绳更适合于锲型槽和带切口的半园槽。交绕绳更适合于锲型槽和带切口的半园槽。 润滑与寿命关系 钢丝绳在绳槽中的磨损钢丝绳结构与性能之间的

22、关系钢丝绳结构与性能之间的关系 弹性模量和延伸率弹性模量和延伸率 绳、股、丝之间的应力曲线 破断载荷与延伸率之间关系破断载荷与延伸率之间关系1.1.51.1.5、钢丝绳的报废标准、钢丝绳的报废标准o 断丝集聚，或断丝达到规定数；断丝集聚，或断丝达到规定数；o 磨损严重，直径减小；磨损严重，直径减小；o 锈蚀严重；锈蚀严重；o 松股明显；松股明显；o 伸长严重。伸长严重。 定量的报废标准是：定量的报废标准是： 规定捻距内的断丝数，直径的减少。规定捻距内的断丝数，直径的减少。 钢丝常见断裂形式拉伸断裂磨损断裂剪断裂 钢丝常见断裂形式疲劳断裂腐蚀断裂 断断 丝丝 测测 量量 的的 股股 长长一般取一

23、般取6d和和30d的长度内的长度内 的断丝数作为判定的断丝数作为判定ISO4344ISO4344：20042004（E) E) Steel wire ropes for liftsMinimum requirements 更换或报废的可见断丝数更换或报废的可见断丝数（Fc芯，配铸铁轮或钢轮）芯，配铸铁轮或钢轮） 1个规定的周期内个规定的周期内 立即报废立即报废_ 状态状态 619 819 619 819 绳外股上 12(6d) 15(6d) 24 (6d) 30(6d)随机断丝数_1个或2个外股 6(6d) 8 (6d) 8 (6d) 10(6d)有突出的断丝_1个外股中相 4 4 4 4邻断

24、丝数_凹陷 1个绳股 1个绳股 1个绳股 1个绳股 绳径减少了公称直径的绳径减少了公称直径的6%以上以上ASME/A17.2 电梯检验员手册电梯检验员手册一、对单绕或复绕，一、对单绕或复绕，3 38 8根绳根绳 绳报废的断丝数绳报废的断丝数 A B C 619 2430 812 1220 819 3240 1016 1624 A断丝沿股均匀分布； B断丝不均，在12股中较突出； C并立多股均有45根钢丝穿股突出。 如锈蚀，钢丝磨损严重，张力不均，绳槽破损，达上述数量的50即换。二、对卷筒驱动，用二、对卷筒驱动，用2 2根绳根绳 断丝在股内均布，数量超过1218根应更换； 如断丝集中在12股内，

25、断丝数量超过612根。三三 、钢绳直径减少钢绳直径减少 公称直径公称直径 in 1/2 9/16 5/8 11/16 1/4 1in 1/2 9/16 5/8 11/16 1/4 1 减少后直径减少后直径in 15/32 17/32 37/64 41/64 45/64 15/16in 15/32 17/32 37/64 41/64 45/64 15/16减少的百分比减少的百分比 6.25 5.56 7.50 6.82 6.25 6.256.25 5.56 7.50 6.82 6.25 6.25ASME/A17.2 电梯检验员手册电梯检验员手册JIS43022006 断丝状态断丝状态 判定准则判

26、定准则 断丝均匀分布断丝均匀分布 1 1个捻距内的断丝不大于个捻距内的断丝不大于4 4根根 破断绳股的面积在破断绳股的面积在 原股面积的原股面积的7070以下以下 1 1个捻距内的断丝不大于个捻距内的断丝不大于2 2根根 有断丝集聚现象有断丝集聚现象 断丝总数：断丝总数： 对对6 6股绳，大于股绳，大于1212， 对对8 8股绳，大于股绳，大于16 16 关于Feyere服务寿命公式20142325lg(lg) (lg0.4 lg)lglg1770lgooooSdRDDdlNbbbbbldd Sddbd式中： N弯曲循环数， d绳公称直径 mm D曳引轮直径 mm S绳的张力 N l绳变形最严

27、重的区域长度 mm Ro钢丝的抗拉强度 N/mm So单位线拉力（1N/mm） do单位直径（1mm） bob5是经大量试验得出的钢丝绳的特定参数，且是平均数悬挂绳及驱动系统的发展趋势悬挂绳及驱动系统的发展趋势n 复合带复合带n 非金属绳非金属绳n 小直径钢丝绳（小直径钢丝绳（ 8mm）n 小直径曳引轮小直径曳引轮n 细长电机细长电机n 制动器结构更紧凑制动器结构更紧凑n 曳引机结构轻量化曳引机结构轻量化n 节能、低噪声、污染少节能、低噪声、污染少1.3 Aramid 悬挂绳悬挂绳迅达早期开发的非金属悬挂绳迅达早期开发的非金属悬挂绳1.3 Aramid1.3 Aramid 悬挂绳悬挂绳蒂森开发

28、的非金属悬挂绳蒂森开发的非金属悬挂绳0.25mm 外股 核心股螺旋绕制的外股芯螺旋绕制的核心股螺旋绕制的细丝 外股麻花型编制的外层 蒂森蒂森Aramid曳引绳结构曳引绳结构与与A绳专配的绳端接装置绳专配的绳端接装置 芳芳 纶纶 简简 介介芳纶芳纶 化学名：聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 （Poly-p-phenylene-terephthalamide, PPTA） 简称聚对位芳酰胺纤维（Polyamide）， 我国称之为芳纶1414，系由对苯二甲胺 和对苯二甲酸（或酰氯）为原料，缩聚 聚合而成的黄色聚合物，分子式为： 经纺丝工艺形成纤维。NH2H2NHOOCCOOH NHNHCOCOx对苯二甲胺对

29、苯二甲酸n 70年代由美国杜邦（年代由美国杜邦（Dupont）公司研制而成，商品名）公司研制而成，商品名Kevlar（凯芙拉）（凯芙拉）n后来荷兰阿克苏后来荷兰阿克苏.诺贝尔公司（诺贝尔公司（Akzo-Nobel）推出商品）推出商品名名Twaron（特瓦纶）芳纶纤维（特瓦纶）芳纶纤维n日本帝国人造丝公司推出改性的三元共聚的芳纶纤维日本帝国人造丝公司推出改性的三元共聚的芳纶纤维（第三单体为（第三单体为3，4二氨基二苯醚），进一步提高强度二氨基二苯醚），进一步提高强度和改善抗疲劳性能和改善抗疲劳性能n此外，俄罗斯开发出三元或四元共聚芳纶此外，俄罗斯开发出三元或四元共聚芳纶Terlon，Armos等产品等产品n德国赫司特开发出四元共聚芳纶德国赫司特开发出四元共聚芳纶Technora（特克罗（特克罗拉），性能又有改善拉），性能又有改善n上世纪末全世界总产量已达上世纪末全世界总产量已达5104 T/a，目前产量不详，目前产量不详 美杜邦芳纶纤维性能美杜邦芳纶纤维性能性质Kevlar29Kevlar49Kevlar149拉伸强度（MPa）拉伸模量（GPa）密度（g/cm3）比强度比模量断裂伸长率 （%）纤维直径（m）吸湿率（%）分解温度