小绳 – 在电梯应用中的使用方面

本研究考察了小直径悬挂绳索的效果和用途。

该论文发表于 2010 年卢塞恩国际垂直运输技术大会，并首次发表在 IAEE 书籍《电梯技术》18 中，由 A. Lustig 编辑。 经国际电梯工程师协会许可转载 （网站： www.elevcon.com)。本文为准确重印，未经 ELEVATOR WORLD 编辑。

抽象

直径小于 8 毫米的吊绳的使用将在许多电梯安装中增加。 电梯产品系列已经开发多年。 与标准中包含的传统电梯部件相比，用于这些应用的特殊设计绳索需要在设计批准和实际电梯验收方面付出更多努力。 认证机构颁发的测试证书用于支持生产商，证明特殊设计绳索用作电梯悬挂绳索的适用性。 摘要显示了涵盖所有应用程序的证书的可用性，也超出了 EN81-1 中存放的最小行程数。 对这些绳索进行单独专家评估的事实使得它既可以低于 D/d = 40，也可以低于标准中规定的 8 毫米最小直径。 绝对有必要在规划和签约阶段之前澄清用户的期望和绳索在实际应用中的使用寿命。 在可靠检测绳索丢弃的情况下，经常讨论偏转滑轮的材料。 将介绍塑料滑轮对使用寿命和丢弃的影响。

1.Introduction

成本压力和更严峻的竞争环境导致了完全由成本优化参数塑造的技术解决方案。 然而，在所有这些成本上限讨论中，我们绝不能忽视安全和可靠性要求——尤其是牵引绳轮电梯，这些电梯与安全相关和公共利益相关。

机械元件钢丝绳是任何电梯系统中的核心元件，影响性能特性和系统成本。 较细的绳索，具有相同的牵引滑轮与钢丝绳 D/d 的直径比，导致更小的滑轮和更小的驱动单元，具有更低（成本决定）输出扭矩。 然而，较小的滑轮直径也允许较小的安装空间，从而减少头部空间。 更大的客舱地板面积是可能的。 但是安全相关的要求呢，当钢丝绳运行时，它们是：使用寿命和钢丝绳报废点？ 当它们在滑轮上运行时，钢丝绳会承受一系列应变，例如初级和次级拉伸应力、弯曲应力、压力和扭转应力，以及由于绳索和滑轮之间以及在滑轮内部的相对运动而导致的磨损和撕裂。电线本身。 正是由于这种磨损，即使对钢丝应力有足够的了解，也无法直接计算钢丝绳的使用寿命； 相反，必须通过疲劳弯曲试验来确定使用寿命。 Feyrer2002 中详细列出了为此目的部署的弯曲疲劳试验台、试验程序和统计评估。 这里可能需要注意的是，除了弯曲长度、标称钢丝强度和绳径之外，滑轮与绳索的直径比以及绳索拉力对绳索的使用寿命也有显着影响。 因此，这些参数在“Feyrer 绳索使用寿命方程”中起着关键作用，疲劳弯曲试验的结果，即确定的弯曲循环次数，直到废弃点，可以用它来描述。 在 Feyrer2002 中，测试和评估了标准化和/或经常部署的绳索结构。 此外，Feyrer2002 还介绍了一种可以考虑测试结果偏差的方法。

然而，对于特殊的绳索结构，例如 Pfeifer DRAKO STX 4，现有的测试结果不应被轻易接受。 相反，必须重新创建使用寿命方程的相应基本原理——这通过调整疲劳弯曲测试和实际测试参数（如直径比 D/d 和凹槽形状等）来实现。

最初，并未采用直径阈值 d ≥ 8mm 的规定。滑轮与钢丝绳的直径比 D/d 保持为 40。最初，4mm 和 5mm 的钢丝绳已获得德国 TÜV Süd 颁发的 G461 产品型式检验证书。该证书适用于采用 V 形槽（g = 40° 至 g = 50°）曳引滑轮和圆形槽导向滑轮且直径比 D/d = 40 的电梯系统。然而，在后续开发中，出于上述成本、空间需求和轿厢可用面积等原因，滑轮直径比降低至 D/d = 30。这些较小的 D/d 比最终被纳入 G461/1 型式检验证书中。关于250吨沃灵顿8x19 IWRC绳索，至少可以在进行广泛的寿命测试后，将EN81-1标准中定义的D/d阈值降低至d=6mm和d=6.5mm（用于挠度滑轮），最终降低至D/d=25（G491和G491/1）。所有先前列出的小尺寸绳索产品型式试验证书

还有一个共同点是，根据 EN81-1 附录 N 的安全系数 Sf 是根据承受最高载荷的绳索区域中的滑轮数量、凹槽形状等来计算的。一种发展引起了下一个和新的要求和愿望被唤醒。 在产品测试类型证书 G515 中，超过了这些安全系数阈值，但没有忽视对支撑方式的安全要求。 仅作为提醒，一些关于钢丝绳寿命计算的句子，包括疲劳试验、统计计算和累积过程。

2. 寿命测试

测试从弯曲疲劳测试开始，在此期间，从滑轮到绳索的直径比 D/d、绳索和凹槽的拉力是变化的。 图 1 显示了位于德国鲁尔区米尔海姆的 Pfeifer DRAKO 技术能力中心的弯曲疲劳试验台。 这些弯曲疲劳试验台实际上与 Feyrer2002 中描述的机器相同，因此，出于这个原因，我们将在此省略详细说明，并请读者参考文献。

这里需要牢记的是，在疲劳弯曲试验期间，弯曲区域中的断线被计算为参考长度 l=6x 绳索标称直径 d 和 l=30x 绳索标称直径 d 并且绳索直径是测量的. 要应用的 STX 4 钢丝绳的废弃标准是参考长度 l=30xd 和 l=6xd 的断线和直径减少 6%（与 DIN 15020 相比，其比标称绳索直径减少 10% 的情况有所加强） .

疲劳弯曲测试的测试参数设置为测试持续时间可以保持在合理范围内，并且后续电梯应用的信息内容不会被淹没。

对于 V 形槽或带底切圆槽的测试，我们选择安全系数 Sf,min=10。 这些最小的安全系数实际上不会出现在后续应用中——即必须在一定程度上外推疲劳弯曲试验的结果。 安全系数相对较低的圆槽测试也是如此

SF <8。 与 Feyrer 2002 确定的弯曲循环次数进行比较——对于类似的绳索结构，测试绳索安全系数和 D/d 比——表明 DRAKO 绳索实现了四倍的弯曲循环次数，直到丢弃。 但是，为了安全起见，使用较小的增强系数来进一步计算到丢弃点的预期行程数。

3. 概率分布和偏差

其他一些重要细节——有时隐藏在基本要求之下——包括并排绳索的均匀张力，以及给定批次绳索在较长观察期内的性能偏差。此外，绳索制造商还必须能够回答诸如塑料导向滑轮的部署对绳索使用寿命的影响，以及最重要的，对确定报废点的影响等问题。让我们以一个例子来说明偏差。我们从一批约8,000米长的STX 4（Seale 6x17 WSC d=4mm）绳索中，在五个不同的位置取样，并进行疲劳弯曲试验。所有试验均在同一疲劳试验台上进行，试验参数保持不变。然后，我们将达到报废点的弯曲循环次数记录在概率图上——图2。可以看出，达到报废点的弯曲循环次数可以用对数正态分布很好地描述。偏差或标准偏差（以回归线的陡峭程度为特征）在lgs=0.038时相对较小，并且处于Feyrer2002中基于同一批次进行多次测试所得偏差的下限范围内。此处的平均值甚至比文献结果高出2.5倍以上。此外，不同生产批次的偏差也处于同一范围内。

4. 累积过程

为计算行程次数，取圆槽和成形槽中钢丝绳直至报废点的弯曲循环次数，假设绳索的最高应力部分以成形方式运行在牵引轮上。槽和两个带圆槽的导轮单弯曲，图 3。

根据 Palmgren-Miner 规则，预期的出行次数为

5、型式检验证书G515

EN 81-1 附录 N 中规定的定义导致绳索驱动器的使用寿命有限，并且在许多情况下，例如在中高层部门，被认为是低寿命的。 这里应该记住，这种计算方法的目的主要是为了满足安全目标。

然而，升降机和电梯的世界是高度多样化的。 与上面讨论的频繁使用的安装完全相反，在住宅电梯领域或处理已知不常使用的安装时，EN 81-1 附件 N 提供的定义被认为过于“奢侈”。 在处理这种类型的电梯时，显而易见的解决方案是以降低 D/d 比和安全系数的方式设计绳索驱动器，以节省与牵引相关的成本并优化安装空间。 然而，正如预期的那样，较小的 D/d 比和绳索安全系数会导致绳索使用寿命缩短。

对于 DRAKO 250T 型钢丝绳 d = 6 mm、d = 6.5 mm 和 d = 8 mm，丢弃的次数是针对几乎任何可选的滑轮与钢丝绳直径比计算的，安全系数与 EN 81 无关-1 计算和不同形状的滑轮槽。 这适用于承受最高应力的绳索部分在牵引滑轮和两个偏转滑轮上运行的情况。 牵引轮和偏转轮中直径相同的 DTraction 滑轮 = D偏转轮和不同直径的 DTraction 滑轮 D偏转轮进行了分析。

对于牵引滑轮，使用从 g = 35° 到 g = 60° 的 V 形槽和具有底切角 b = 75° 到 b = 105° 的 U 形槽。 应用符合 EN 81-1 附件 N 的折减系数。 未列出的减少因子由外推法确定。

EN 81-1 是基于最少次数的丢弃次数，在某些情况下无法通过上述滑轮与绳索直径比实现。 现在的目的是展示对于不同的绳索安全系数 Sf、不同形状的凹槽和不同的滑轮组合，在小 D/d 比的情况下，在丢弃年龄之前可能预期的跳闸次数。

由于我们在这里处理的参数在电梯建设领域非常规，因此在安全方面的计算会出错，例如考虑到由于绳索张力、摩擦力、加速度等不均匀而导致的绳索力增加。 根据 Feyrer 的说法，DRAKO 绳索的疲劳弯曲性能高于总人数，这是“谨慎”考虑的因素。

钢丝绳 DRAKO 250T 适用于符合 EN 81-1 中规定要求的内部和外部的电梯。

安全系数 Sf 和/或牵引轮与偏转轮直径比 D/d 可能会偏离 EN 81-1 的要求。 如果安全系数 Sf 符合 EN 81-1 附录 N 的要求，则相关电梯符合标准。 不需要额外的操作措施。 如果安全系数 Sf 超出 EN 81-1 附录 N 的要求，则所讨论的电梯是“减少行程次数”的电梯。 操作需要额外的措施，例如可靠的跳闸计数器。

在承受最高应力水平的绳索部分穿过牵引滑轮和两个偏转滑轮（在安全侧确定的弯曲长度对应于楼层之间的两个距离）时，可以估计不同直径比的预期行程次数D/d 和安全系数- Sf 根据可用图表，其中考虑了牵引和偏转滑轮的“单一品种 D/d”和不同的 D/d 比。 可以使用提供的方法插入中间值。 最后，型式试验证书G515的有效期总结见表1。

6. 塑料导流轮

产品型式试验证书 G515 适用于钢制转向滑轮或铸塑滑轮。 塑料转向滑轮的优点在于重量轻和组装。 此外，钢丝绳在塑料滑轮上运行时的寿命比在相同直径钢滑轮上运行时长。 然而，当使用塑料滑轮时，由于在参考长度处外部可见的断线，检测更换磨损状态会变得更加困难。 总而言之，毫无疑问，可靠检测更换磨损状态是因为在带有成形槽的牵引滑轮上运行会导致绳索受到外部可见的钢丝断裂。 尽管如此，一个有趣的方面是塑料转向滑轮对在摩擦驱动升降机中滚动的滑轮的影响。 为此进行了疲劳弯曲试验，在此期间，承受最高载荷的区域始终在转向滑轮和摩擦滑轮上方运行。 对钢制导轮和塑料导轮进行了对比试验，每一种都与钢制摩擦轮相结合。 转向滑轮还进行了额外测试，滑轮与绳索直径之比为 D_U/d_NOM=40 和 D_U/d_NOM=25。 疲劳弯曲试验的结果是，与钢制转向滑轮相比，使用塑料转向滑轮时断线的发展略有放缓。 组合钢摩擦轮/钢偏转轮，比组合钢摩擦轮/塑料轮更早到达磨损更换状态。 在达到更换磨损状态后继续进行测试，然后在 N = 2 万的弯曲循环中中止。 达到更换磨损状态和测试中止之间的时间段导致实现了许多弯曲循环，对于频繁使用的系统而言，这对应于最少 3 年的提升时间。 那一刻，绳索还没有断。 用于随后的拉伸试验以确定残余断裂力的试验绳被浇铸在两侧。 在拉伸试验期间，弯曲区位于自由试验长度的中心。 当绳索处于新状态时，使用过的绳索的计算实际弯曲力仍然接近达到最小弯曲力。

7. 结论

在摩擦驱动电梯中使用细绳通常意味着绕过 EN81-1 的要求。 但是，这不能牺牲用户的安全。 除了在产品类型测试证书中记录的指定机构之外，大量的附加措施将提供新解决方案与标准要求等效的证据。 成本优化的驱动器也适用于频繁使用频率较低的摩擦滑轮升降机。 驱动侧的成本降低总是与滑轮与绳索比率 D/d 的降低同步进行。 这种减少受到 EN 81-1 要求的限制。 Pfeifer DRAKO 的产品型式测试证书 G515 及其制定的附加措施在安全时间方面得到支持，为具有几乎任何形式的摩擦轮、直径比 D/d ≥ 25 和绳索安全系数的系统开辟了道路偏离 EN 81-1，附录 N 中的计算方法。因此，选择钢或塑料转向滑轮对检测相关钢丝绳的磨损更换状态没有影响。

案例
Feyrer, K. (2002)。 德拉赛尔。 柏林斯普林格出版社 2002