悬挂方式——均衡负载以延长使用寿命

液压绳索对齐系统大大减少了任何电梯系统的绳索磨损。

该论文发表于 柏林 2018 年国际垂直运输技术大会，并首次发表在 IAEE 书中 电梯技术22，由 A. Lustig 编辑。 经国际电梯工程师协会许可转载  (www.elevcon.com).

近年来，越来越多的问题是电梯悬挂装置过度磨损，特别是在无机房 (MRL) 系统上。 原因很多，但绳组内的负载分布非常重要。 根据斯图加特大学 Klaus Feyrer 教授的著名研究，如果一根绳子偏离该组所有绳索载荷的平均值仅 40%，整个绳组的寿命最多可减少 15% . 通过利用众所周知的物理原理，已经开发出一种永久性安装装置，在新装置和现有装置中，无需外部能源供应（即使在电梯运行期间），绳索负载可以得到最佳补偿。 本文将介绍所选电梯的工作原理、所选设计和结果。

介绍

电梯市场的发展导致今天的电梯失去了绳索寿命的历史悠久的估计，即 10 到 20 年的有效性——以前在维护和/或组装不当或极端情况下无法实现的寿命环境条件。

对空间要求尽可能小的电梯系统的需求有增无减，建筑师和业主的优势非常明显。 这些系统通常设计为不带机房的牵引电梯，在悬挂方式方面具有以下几个特点：

• 多重悬挂（2:1 或更高）
• 低牵引轮直径
• 较小的绳索直径或皮带，允许尽可能小的弯曲半径

与绳索直径大于 8 毫米和大型牵引滑轮的直接悬挂式电梯系统相比，这些根据客户的意愿生产的特征对悬挂装置的使用寿命有负面影响。

多悬架功能需要更多的偏转滚轮，驱动器经常直接位于轴中以节省空间。 这意味着悬挂装置有更多的弯曲点，通常也具有反向弯曲，这大大增加了钢丝绳的磨损。

为了进一步减少所需的结构空间，当然也可以减小牵引轮和导向轮的直径； 同时，这允许应用廉价的驱动器，这些驱动器提供高速但相对较低的扭矩。 因为悬挂装置不允许尽可能小的弯曲半径——即牵引轮直径和悬挂装置直径之间的比率（D/d) 不能太小——悬挂装置的直径也必须减小。 因此，在没有机房的电梯中经常可以找到大约 6 毫米直径的绳索。

很明显，绳索直径越小，这些绳索的负载能力就越小，这意味着需要多根绳索（这会大大增加可能的弯曲能力），或者必须使用更高强度的绳索，以便所需的绳索数量不会太高。 这种高强度绳索需要更高的牵引绳轮硬度，以最大限度地减少这些绳索和绳索的磨损。 其他解决方案可以是塑料涂层绳索，当然，它几乎不会或不会对牵引轮造成任何磨损，但会导致其他问题，例如正确确定丢弃标准。

不希望过于详细地描述参数之间的各个关系，可以确定必须在边界条件之间找到平衡组合，不会过度增加悬挂装置的磨损，而无需机房的节省空间的电梯系统必需的。

减少悬挂装置磨损的方法

上述无机房电梯的设计条件都会导致钢丝绳磨损增加，无法弥补这种磨损的原因：

• 吊绳的每次偏转都会增加其磨损。
• 反向弯曲大大增加了绳索的磨损。
• 如果直径比 D/d 线性减少，绳索磨损呈指数增加。
• 如果绳索安全系数线性下降，绳索磨损也会呈指数增加。

为了补偿对绳索寿命有害的因素并继续保持高运行性能，悬挂装置的所有剩余环境条件必须在操作中最佳地适应。 这样，可以再次增加弯曲循环的次数。

绳索保养

几乎所有绳索制造商都为他们的钢绳提供适当的护理剂，以减少腐蚀和磨损。 绳索已预先润滑，但灰尘和磨损会束缚润滑剂，从而使润滑效果不断降低。

必须根据制造商的建议进行绳索维护，以防止此时也出现不必要的绳索寿命限制。

安装 新暂停

在某种程度上，绳索制造商会发布关于如何安装新绳索的详细说明，以及为了延长绳索的使用寿命而应始终遵守的事项。 除了比较明显的注释，例如绳索在铺设时不应扭结，一些制造商还在绳索上施加了标记：所谓的眼线或表面线。 这条线应用于悬挂方向，可以很容易地确保在安装过程中放下绳索时不会扭曲，当绳索开始自行扭曲时，很容易发生这种错误。 尽管如此，如果将绳索扭曲并固定在配重和舱室或竖井头上，使其无法再解开，这将对使用寿命产生严重的负面影响，因为额外的和在每次电梯运动期间，绳索内部都会发生不必要的磨损。

悬挂装置之间的载荷分布

上述绳索的扭曲也会导致电梯运动过程中绳索的承载能力差异，但这只是问题的一小部分。 当然，更严重的是绳索之间的实际调整。

绳组内的载荷分布是绳索使用寿命的决定性因素。 Klaus Feyrer 博士在关于电梯结构中钢丝绳的标准工作中陈述了一个方程。 [1] 通过使用该方程，可以根据绳索张力确定钢丝绳的弯曲能力。 如果该方程中的所有参数（环境条件、机械绳索参数等）都保持相同，并且只考虑绳索张力的差异，那么载荷分布对绳索寿命的惊人影响就会显现出来。 这也由 Pfeifer Drako 在 23 年 2009 月 XNUMX 日的技术文档中根据 Feyrer 所述的公式发布：

• 吊绳之间的负载差异减少 5%，使用寿命增加 11%。
• 吊绳之间的负载差异减少 10%，使用寿命增加 23%。
• 吊绳之间的负载差异减少 15%，使用寿命增加 38%。

绳索张力测量装置已在市场上销售多年。 除了绝对的机舱重量外，使用这些设备还可以确定单独的绳索负载以进行调整。 这当然非常有用，但仍然不够，正如将要解释的。

旅行期间改变负载分布

当然，只有在电梯系统停止时才可以手动调整绳索。 这意味着必须确定机舱在竖井中的位置，并且必须在该位置调整绳索。 这通常意味着，在没有机房的 2:1 悬挂系统的情况下，驾驶室位于最上端，以便可以到达绳索的末端紧固件以进行调整。

根据绳索张力测量装置的设计，可以在电梯运动期间预先测量各个绳索张力的进展，以确定绳索的最佳设置以进行后续调整。 这是必要的，因为在电梯移动过程中，单个绳索的张力不断变化，而且经常变化很大。 有几个因素会导致这种情况：凹槽和绳索之间的轻微偏差、牵引轮凹槽的不圆磨合、偏转辊相互不完全水平等。

在牵引绳轮直径为 2 mm 且行程高度为 1 m 的 240:20 悬挂系统的情况下，凹槽或绳索直径的 1/10-mm 差异可导致 17-mm 绳索直径在整个行程高度移动过程中，各个绳索之间的差异。 因此，很容易想象一根比其他绳索短 17 毫米的绳索能承受多大的负荷。 结果是绳索过度磨损。 即使在新的 2:1 悬挂式电梯上，也会由于上述原因而发生这种影响。 然而，这并不意味着它们在 1:1 悬挂系统上的发现程度相同。

以下示例（图 1）显示了对 1:1 悬挂系统的测量，该系统在电梯移动期间具有高达 200% 的绳索张力差异。 还可以清楚地看到在电梯移动过程中各个绳索的张力是如何变化的。

如果要尽可能地利用绳索的理论寿命，正确调整绳索张力对于此类电梯系统是必不可少的。 在每次维护过程中对绳索进行抽查调整是初始且重要的步骤，但肯定是不够的，因为调整只能在某些时间点和位置上进行。 一旦电梯在这样的绳索调整之后开始移动，绳索调整将再次证明对于竖井中的新位置是不够的。

液 张力均衡

由于单根绳索的张力不同，为了尽可能降低绳索磨损，在电梯运行期间必须始终保持单根绳索的张紧。 为此，有许多不同的解决方案可供选择。 最简单的选择之一是 1872 年 XNUMX 月在美国注册获得专利批准。

使用这种方法，液压缸被集成到绳索终端中，并确保一旦绳索张力开始偏离，绳索就会相互对齐。 这种液压解决方案的显着优点是不需要任何额外的电力、传感器或控制电路，而且其机械结构、生产和安装也相对简单。

物理原理

该专利利用了液体中不可压缩性和均匀压力传播的物理原理，这一原理在液压系统中多次使用。 通常，技术应用包括所谓的功率转换器，它可以放大力量。

一方面，对直径尽可能小的活塞施加（相对）较弱的力。 在液压系统的另一侧是具有（相对）较大横截面面积的第二个活塞。 由于液体内的活塞压力在各点相同，当小活塞受压时，大活塞会受到一个力，该力被活塞面积的比放大：

协调 p 是压力， F₁ 是小活塞上的力， A₁ 是小活塞的面积， F₂ 是大活塞上的力，和 A₂ 是大活塞的面积。

当然，能量守恒继续适用：将大活塞抬起一段距离 s₂, 需要移动小活塞适当长的距离 s₁. 以下适用于上述等式：

协调 s₁ 是小活塞的移动距离， s₂ 是大活塞的移动距离。

该原理也适用于任意数量的互连液压缸。 如果所有这些圆柱体都相同并且因此具有相同的面积（A₁ = A₂)，从上述公式可以立即看出，力 F₁ 总是等同于力 F₂，或距离 s₁ 总是与距离相同 s₂.

所引用的专利正是利用了这一事实：如果所有绳索的端部连接终止于全部互连且具有相同面积的液压缸，则所有绳索将始终彼此对齐。 理论上，对齐发生为零。 在现实中，当然，气缸内部总是存在摩擦，这只能在一定程度上对齐。 （在智能构造和密封件选择的情况下，每个气缸对准 40 N 当然是可能的。）

实用性配件 技术实施 电梯用

为了以简单且廉价的方式将这些原则应用于新系统以及电梯的现代化改造，在实施这些原则时应遵守以下边界条件：

• 最小结构尺寸——绳板不应该改变，同样不应该损失结构空间（特别是对于没有机房的电梯）。
• 级联 — 只需使用任意数量的绳索改造电梯，无需调试。
• 安全 — 不得更改绳端紧固件。
• 使用寿命——应该可以实现数百万次气缸行程或升降机运动。

在考虑上述条件的情况下，开发并实施了以下设计：如等轴测图所示，如果在此设计中，单个圆柱体的外径不与绳索板发生碰撞，则可以将其安装到现有的绳板上。绳距。 出于这个原因，选择直径以使其与通常使用的缓冲器或螺旋弹簧一致。

对角拉力补偿

为了最大限度地减少液压缸的结构——毕竟，这是在系统上没有转换措施的情况下进行简单组装的先决条件——需要一个额外的组件：所谓的摆盘。

特别是对于无机房设计的 2:1 悬挂式电梯系统，通常会在最上端的细绳上产生高达 7° 的巨大对角线拉力。

当然，这种斜拉力在悬挂装置的螺纹杆中重复进行，但绝不能影响液压缸。 如果液压缸因此斜立在绳板上，油缸中的力流将在油缸中产生横向力。

为了以低磨损吸收这种横向力，为了应用目的，气缸的尺寸必须非常大。 这将使它们无法安装到现有的绳板中。

气缸和绳板之间的摇摆板确保气缸始终保持与悬挂装置端部连接器平行对齐，并且不会产生横向力。

效果 on 个人 悬挂装置张力

液压绳对齐的效果是显着的，例如，可以使用上述绳索张力测量装置进行可视化。 在图 4 中，左图中显示了在停用绳索对齐情况下各个绳索的张力进展。 可以清楚地看到单根绳索如何“分开”甚至吸收和传递彼此相反方向的负载。 这会导致单根绳索比其他绳索承受更多的载荷，从而缩短它们（以及整个绳索组）的使用寿命，并可能损坏牵引滑轮和偏转滚轮。

右图显示了主动液压绳对齐情况下的单根绳索张力：总负载在单根绳索之间最佳分配。 单根绳索中的负载进程是平行的； 没有一根绳索比其他绳索承受不成比例的更大或更小的负载。 绳索之间仍然存在微小差异，这是由于物理原理无法理想地转移到现实世界中，因此圆柱体内存在内部摩擦。

结语

影响吊绳使用寿命的决定性因素——在正确确定尺寸之后以及在排除安装和绳索维护中可避免的错误之后——首先是轴内每个位置的最佳绳索张力。 多悬挂的趋势也对相对较小的电梯系统产生影响。 以前，它们只出现在运行高度为数百米的高层电梯上：曳引轮槽和绳索直径的微小偏差导致单个绳索张力的重大差异，因为没有机器的电梯的小曳引轮房间执行的旋转量与高层电梯中的牵引绳轮相似。

即使使用高精度测量技术定期调整单根绳索的张力，也无法防止绳索磨损，因为这种调整只能对井道内机舱的一个位置进行。

然而，必须在整个行程高度上应用一种能够显着减少绳索磨损的解决方案，并在井道内机舱的每个位置生效。

本文中以液压绳索对齐形式提出的解决方案将大大减少任何电梯系统上的绳索磨损，即使它安装在已经损坏的系统中，并且具有不需要额外电力、传感器的显着优势或控制电路，并且可以非常容易地安装而无需转换措施。

案例
[1] Feyrer，K. Drahtseile 博士教授：Bemessung、Betrieb、Sicherheit。 第 2 版。 Springer 出版社，柏林海德堡，纽约（2000 年）。
[2] Pfeifer Drako, Scheunemann, Dr. W. U091123_Seilspannung, Mühlheim ad Ruhr (2009)。