电梯绳索的弹性行为

由于各种因素，需求正在增加。

由 Dr.-Ing。 Andreas Franz 和 Dipl.-Ing。 康拉德·斯塔尔

增加建筑/行进高度、高使用水平和现代系统设计是增加对电梯悬挂绳物理性能要求的因素之一。 通过减少与动态负载（例如驱动器和旋转部件）和静态负载（例如驾驶室或汽车外壳）相关的移动质量的尺寸和重量来节省成本和能源的趋势进一步将现代悬挂绳索的工作点转移到较低的绳索载荷范围。 除了绳索最小破断力和绳索使用寿命（或弯曲疲劳性能）之外，一个重要的考虑因素是绳索在负载下的弹性行为。

绳索弹性与轿厢在负载下的压缩挠度直接相关，因此对电梯装置的行为和性能（例如，平层控制的调整、驱动器多次启动的能量需求、使用寿命和驱动部件磨损）。 因此，它与总拥有成本以及乘客对系统舒适度的主观感受（例如，装卸过程中的轿厢移动、驾驶室重新调平、井道着陆和驾驶室门槛的偏移）直接相关。

绳索弹性与轿厢在负载下的压缩挠度直接相关，因此对电梯装置的行为和性能有重大影响。

在整个电梯系统设计中，有必要通过做出某些合理的假设来考虑悬挂绳索的弹性行为。 本文将总结根据当前标准确定绳索弹性模量的可能性，描述有关绳索刚度的特征现象并回顾 Gustav Wolf GmbH 产品组合中的刚度优化产品选项。

轴向弹性模量

确定钢丝绳纵向（轴向）弹性模量的程序和说明可在国际标准 ISO 12076,[1] 以及德国技术指南 VDI 2358,[2] 中找到。在这方面进行了修订。 两种来源的测试参数已经相差很大，因此该指南尚未完全渗透到生产、市场和应用中。 根据地区的不同，还存在多种用户特定的方法来确定轴向弹性/刚度，这些方法在测试基础上考虑了应用中钢丝绳的主要负载。

绳索样品的预加载方法以及最小化绳索的固有设置行为（绳索的组件在负载下压缩，这通常是一种短期现象并在安装后很快停止），在不同的应用要求，以及夹紧和测试条件。 根据绳索设计的不同，这种设置行为可能会明显不同。 图 1 说明了有关所考虑的负载区域的不同方法。 在所有方法中，绳索的纵向弹性模量应理解为力-伸长率图的梯度，其主要计算为轴向施加载荷的两个单点之间的割线模量（请参阅相同颜色的点以了解相应的方法）计算）。

每根绳索的力-伸长行为始终是非线性的，并且在加载和卸载时有所不同（参见图 1 中的绿线）。 因此，割线或切线模量将始终是此行为的线性假设/简化，这对于某些轴向载荷范围是足够的。 在图 1 中，通过比较两个加载点之间相应线的不同斜率/节距（相同颜色表示相同的计算方法），很明显，对于相同的绳索，可以得出急剧变化的模量。 此外，根据经验，绳索模量可以理解为随着与绳索断裂力相关的绳索力的大小而上升。

绳索模量的差异可以通过直接比较平行平移后的曲线节距来说明（参见图 1 的左上角）。 应该注意的是，图 1 中提到的三个计算出的绳索弹性模量可能从 60,000 N/mm2 到 110,000 N/mm2 不等。 请记住，该图表示所评估的完全相同的绳索，很明显，仅关于绳索刚度与模量的陈述并不一定反映电梯轿厢在负载下的行为。

Gustav Wolf 可以根据客户提供的应用参数为其客户提供必要的伸长率和弹性特性。

通常用作绳索性能的衡量标准，图 1 旨在显示不同计算方法的不可比性以及说明绳索制造商、用户或第三方如何为实际绳索产品确定弹性模量的重要性。 为了确定应用本身的伸长率/刚度行为，评估相应绳索在不同应用相关条件下的负载和时间相关行为是有用的。 对于电梯绳索，绳索用户和制造商之间的密切协调是有帮助的。 Gustav Wolf 可以根据客户提供的应用参数为其客户提供必要的伸长率和弹性特性。

轴向弹性模量的瞬态行为

绳索模量不是在安装绳索后立即始终可用的定量值。 相反，绳索结构受设置行为的影响。 设置完成后，特定的绳索刚度在特定负载范围内始终存在。 使用标有“预拉伸”的绳索这一事实对这种行为没有显着影响。

关于时间依赖性的知识以及不同绳索类型和设计的这种现象的表达对于电梯制造商的电梯行为设计和评估至关重要。 图 2 说明了在绳索最小断裂强度（符合图 2 的电梯绳索的典型负载条件范围）的 10% 到 1% 之间的绳索弹性模量与轴向载荷循环次数的关系。 所有弹性模量都与相应类型绳索的最终调整值相关，因此在这一点上刻意不考虑评估的绳索类型（图 4）的绳索弹性模量的定量差异。

很明显，对于不同的绳索设计，弹性调整模量与轴向载荷循环的关系。 虽然具有天然和合成纤维芯的吊绳最初表现出显着降低的绳索刚度，因此模量（最终模量的约 50-60%）并且相对缓慢地接近其最终刚度，但仅在几个负载循环后，全-钢丝绳达到其最终的绳索刚度。

建造更高建筑物的全球趋势需要更长的电梯绳索。

在第一个负载循环中，全钢钢丝绳的绳索刚度也已经达到最终刚度的 80-90%。 纤维芯的类型（天然与合成）以及绳索结构的类型（压实与平行铺设）都可以看出差异。 对于具有天然纤维芯的吊绳，就绳索弹性模量的动态行为而言，外股的压实没有显着影响。 在具有高强度合成纤维芯的绳索中，凝固行为可能更加明显，因此可能需要更长的凝固时间。 当然，图 2 中显示的结果取决于在测试或应用中施加的实际循环负载。

刚度优化的绳索设计

建造更高建筑物的全球趋势需要更长的电梯绳索。 有了它，所用绳索在特定工作范围内的轴向弹性模量的伸长率分别受到更大的影响。 在电梯应用中，通常使用具有 8 X 19 Seale 或 8 X 19 Warrington 纤维芯结构的钢丝绳。 随着对绳索需求的增加，越来越多的八股或九股全钢芯特种绳索同时出现。

最常见的是，具有天然纤维芯的绳索具有较低的轴向弹性模量，因此比具有全钢芯的绳索具有较低的刚度。 然而，对于具有纤维芯的绳索，该特性可能会增加。 一方面，这可以通过对 Gustav Wolf CompactTracTM[3] 进行的外线/股线压平来实现，用高模量、高强度的合成纤维芯代替天然纤维芯，如Gustav Wolf HyTrac.TM[4] 图 3 总结了 Gustav Wolf 绳索类型在绳索轴向刚度、最小破断力和弯曲疲劳寿命方面的性能，以更好地满足特定应用的需求。

Gustav Wolf 的 Trac 系列包括 CompactTrac、HyTrac、PowerTrac™ 和 TopTrac™（图 3 和 4）。

所有 Trac 系列绳索都通过在以下方面的改进而脱颖而出：

• 最小的绳索伸长率和更高的绳索弹性模量
• 由于更多的弯曲循环，绳索的使用寿命更长
• 由于外股的接触面积扩大，耐磨性提高
• 基于更高的破断力而减小绳索直径

凭借 Trac 系列，Gustav Wolf 开发了新一代电梯钢丝绳，这些钢丝绳具有改进的刚度特性、更长的使用寿命、改进的系统性能以及最重要的更高水平的客户满意度。 它们应被视为满足电梯系统不断增长的需求的解决方案，尤其是高层安装。

案例
[1] ISO：ISO 12076:2002，“钢丝绳——实际弹性模量的测定”，2002 年。
[2] VDI：德国工程协会 (VDI)：Richtlinie VDI 2358 - Drahtseile für Fördermittel，Beuth Verlag GmbH，1984 年。
[3] Wolf E. Franz, A.，“电梯的绳索开发”，
《电梯世界》，2006 年 XNUMX 月。
[4] Franz, A.，“电梯混合绳的开发”，
电子战，2012 年 XNUMX 月。