牵引轮维护

如何识别和预防因绳索张力不均引起的曳引轮损坏

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学习目标

阅读本文后，您应该了解：

• 钢丝绳直径和牵引槽深度必须包括在维护任务中，至少每年进行一次验证。
• 当驱动机器滑轮附近有任何地面颗粒迹象时，必须对系统进行绳索平衡测试，并且必须平衡绳索以阻止破坏。
• 等张力是指最高绳索张力之差在最低绳索张力的 10% 以内。
• 验证钢丝绳防旋转装置是否包含在悬挂系统中。
• 应使用记录工具记录绳索张力的实际变化以确定原因。

牵引系统对电梯系统至关重要。 它的两个相互关联的部件，悬挂部件和牵引轮，具有极大的安全性和成本考虑。 滑轮和绳索关系的退化可能会给业主带来非常昂贵的后果，并且是一个不可或缺的维护项目，应该在必须强制更换滑轮和绳索之前进行纠正。 不加控制的退化会导致最严重的事故类型：失去牵引力，从而导致不受控制的汽车运动 (UCM)。 一旦损坏，失衡的电梯/配重可以不受控制地加速到终端，即行进路径的末端。

ASME A17.1/CSA B44 电梯和自动扶梯安全规范有牵引设计要求、牵引维护和测试、超速以及上下方向的 UCM 保护，以确保这种关系保持稳定和合规。

异常磨损，加上机械师/技术人员不经常进行适当的维护，正在增加。 现场看到的损坏滑轮的数量证明了这一点。 在垂直运输维护领域的某些领域，依赖提供误操作或故障预警的电子故障检测系统正在成为常态。 这似乎减少了维护人员对机械系统的技术理解，以简单地响应“检查引擎灯”，书中的另一页将描述为“万一怎么办”，或者只是写个便条通知维修人员。主管或办公室以获取进一步指示。 许多这些故障检测系统无法检测牵引系统退化以防止设备的这种损失。 一个例外是 Henning GmbH & Co. KG WEARwatcher®。

如果经过培训的积极维护人员未及早解决退化迹象，则所有者的滑轮和/或悬挂绳索可能会在其设计寿命之前很久就退化到需要更换的程度。 这通常由所有者承担费用。

本文旨在说明我们在现场看到的情况、维修公司和业主应如何解决这个问题、规范的意图以及如何使用技术来最大限度地提高安全性和设备寿命。

当前困境

图 1 显示了在齿轮牵引驱动机器的配重侧夹点下磁性钢颗粒的积累。 电梯的最高速度为 1.75 m/s (350 ft/m)，有 11 个停靠点，只有一个正门，平均每天运行 1,700 次，而且只有 XNUMX 年的历史。 它是三重单元中的一个，而其他单元（具有相同的职责）没有显示滑轮材料的这种损失。 有什么不同？

业主被告知需要更换滑轮，但确定谁对损坏负责（没有找到材料损失的确切原因）是一个挑战。 维修公司声称材料有缺陷； 制造商声称维修公司负责。 找到造成这种破坏性行为的原因成为目标。 本文解释了在这种情况下发生了什么以及如何在可能的情况下阻止它。

这个故事首先尝试减少和消除维护费用、回调等容易取得的成果，使用 WEARwatcher 作为遥测系统来提供可通过云立即获取的电梯信息。 回调会降低电梯的效率并减少维护工作。 嵌入在它们的总和中的是“到达时运行”(ROA) 回调的百分比。 这些是浪费时间和金钱的电话，当技术人员到达时，设备正在运行。 它经过测试、骑行和记录为 ROA。 在使用 eMCP® 作为维护控制程序 (MCP) 的 36 多个混合单元的大量人口中，ROA 占所有回调的 600%。 这导致了许多劳动力的低效使用、浪费的所有者费用、损失的维护时间等。

许多公司都有关于如何减少这些低效率的想法。 eMCP 正在结合遥测设备来确定单元条件，以安全地决定回调报告是潜在的 ROA 还是真实的回调。 仔细评估行驶曲线和可预测的运动提供的信息最终可用于确定，以及机械师的判断，是否需要回调。 eMCP 集成了 WEARwatcher 以协助回调评估，但包含更多信息。 尽管它超出了本文的范围，但这些附加信息为预测性/预防性维护辩论提供了新的思路。

WEARwatcher 在每根绳索上都装有绳索测量仪，精度在 2.5% 以内。这种精度等于或超过机械系统。您的一位作者之前发表的一篇关于替代测试的文章（“不使用重物的安全和缓冲测试”，《电梯世界》，2010 年 XNUMX 月）使用了本文所用的相同绳索测量仪的早期版本。

当我们打开 WEARwatcher 系统时，我们立即被告知存在“负载：绳索张力差异。 请检查绳索的张紧情况。” 每天发送数百条通知。 因此，我们将报告错误级别设置为最大值 (40%)，直到我们可以正确张紧绳索，但我们仍然收到一些错误消息。 （从正确的角度来看，该规范要求绳索的张紧度不得超过 10%。）这也是同一台电梯，钢轮材料堆积在滑轮夹点下方。 我们想知道这些事情是否相关。

如果经过培训的积极维护人员未及早解决退化迹象，则所有者的滑轮和/或悬挂绳索可能会在其设计寿命之前很久就退化到需要更换的程度。

提供数据的工具

WEARwatcher 测量动态绳索张力，您的作者认为这是寻找答案的第一个地方。 图 2 显示了开始检查问题时的 Henning LS-1 绳规。

电梯上有五根绳索，每根绳索都使用 Henning LS 绳规。 绳规输出 1-5 被分配了一种颜色，五个彩色线描绘了运行过程中张力的动态变化（图 3-5）。 图 3 显示了整个运行过程中的五个绳索张力。 在恒定行程期间，张力从 700 磅（317 千克）到 1,200 磅（544 千克）不等。 张力的差异是一个问题：1,200 – 700 lb = 500 lb (277 kg) 在最低和最高绳索张力之间。 当测得的最高拉力在测得的最低拉力的 10% 以内时，悬挂构件（绳索）的拉力相等。 A17.1-2019/B44:19 代码要求是：

“8.6.4.1.3 每组中的独立悬挂构件之间应保持相等的张力。 当测得的最小拉力在测得的最大拉力的 10% 以内时，认为悬挂构件受力相等。 当检查或调整悬挂构件张力时，应允许使用符合 2.20.9.8 要求的防转装置。”

ASME A17.1/CSA B44 电梯和自动扶梯安全规范手册 - 2016，解释代码要求基本原理的著作集，详细说明：

“8.6.4.1.3 该要求将悬挂装置中的“等张力”定义为最高张力 10% 范围内的最低张力； 发现 10% 是标准做法，并且可以实现。 当检查或调整绳索张力时，该要求允许安装符合 2.20.9.8 的防旋转装置。

“防旋转装置是悬架系统的重要组成部分。 直到 ASME A17.1-1993 版本才包含在规范中，其中包括对单个连续钢丝绳环的要求。 但是，钢丝绳收紧不当会导致卸扣/绳索对齐偏离铅垂线。 如果防旋转装置符合 2.20.9.8 的要求，则允许它们作为更换件的一部分。 该要求还允许在重新张紧吊绳时加入防旋转装置。

“在悬挂部件之间保持均匀张力的必要性对于确保悬挂部件的最大寿命和最大限度地减少驱动滑轮槽的磨损非常重要。 近年来开发了许多检查绳索张力的仪器，使调整更容易、更准确。”

从停止位置，最高张力为 1,070 lb (485 kg)； 10% 是 107 磅（49 公斤）。 这些绳索失去了 333 磅（151 公斤）的张力，大约为 31%。 但是，在运行过程中，在“13.5”时刻，绳索 1 的测量值为 1,200 磅（545 千克），绳索 5 的测量值为 680 磅（309 千克）。 因此，张力差异变得更大，差异为 520 磅，即 43%。 因此，WEARwatcher 不断发送错误消息以平衡绳索。

在跑步过程中，张力差异发生了变化：绳索 1 和 2 增加了张力，而绳索 3、4 和 5 减少了张力（图 3）。 需要注意的两件事：当电梯在井道中停止时测量绳索张力无法确定动态变化，这可能是解释为什么有时无法平衡某些作业的绳索张力的最清晰的解释。 看到不断变化的绳索张力是电梯维护的突破； 这是我们以前无法看到的。

仪表的准确性受到质疑，因为值变化太大。 为了验证 LS 绳规没有发出异常信息，维护承包商将所有 LS 量规移动到不同的绳索上并尝试平衡它们。 在一楼的电梯完成此操作后，然后运行轿厢，再次出现类似的不等绳张力（图 4）。 LS 绳规已验证； 它们移动到不同张力的绳索上，如图中颜色变化所示。 仪表被分配了一种颜色，将它移到另一根绳子上会改变绳子的颜色。 在图 3 中，“棕色”出现在绳索 1 上，然后移动到图 5 中的绳索 4。在证明 LS 绳规不是问题后，下一步是集中精力平衡绳索。 已尝试这样做，如图 5 所示。

使用传统的均衡程序后，电梯上下运行几次后，产生的张力仍然非常不同。 测量张力，调整卸扣，然后运行汽车，每次都会使绳索失去平衡。 仔细观察图 5，在此运行期间，绳索 1、2 和 3 显示出增加的张力，而绳索 4 和 5 显示出减少的张力。 回顾图 3 和图 4，这也记录了在行驶过程中绳索张力的增加和减少。

在分析了平衡张力的努力并查看了 WEARwatcher 的绘图数据后，得出的结论是绳索无法张紧。 所以，有一些东西阻止了平等的紧张。 很明显，绳索张力发生了变化，可能与凹槽材料的研磨有关。

减径

在两个牵引组件中，凹槽或绳索直径的减小会导致如图所示的剧烈摆动。 材料的数量成为一个重要的问题：在客户必须更换滑轮之前，有多少材料损失很重要？ 为什么会发生，是什么原因造成的？

为了理解这个问题，我问的问题是，“如果一个凹槽的直径变浅 0.010 英寸会怎样？” 因此，凹槽材料的损失改变了绳索必须运行的圆周距离是显而易见的结论。 但是，半径为 0.010 英寸会有所不同吗？ 由于直径是半径的两倍，方程。 (1) 推导出新凹槽与磨损凹槽的周向差异：

(1)

其中 dRopedpr 是滑轮上每转的绳距，Circumferencesg 是带标准槽的周长，Circumferencewg 是带磨损槽的周长，Dsg 是标准槽的直径。 如果绳索直径减少 0.010 英寸，则相同的等式成立：

(2)

对于给定的绳索和滑轮组合，在给定 0.010 英寸减小的直径（减小的滑轮直径和/或减小的绳索直径的总和）的情况下，每次牵引滑轮旋转的绳索长度差可在公式 3 中导出。 (XNUMX):

(3)

对于给定的行程高度、滑轮直径和悬挂比，我们现在可以看到正在发生的事情的全貌。 对于图 1 中给出的牵引系统（行程高度为 100 英尺 [1,200 英寸]，滑轮直径为 30 英寸，悬挂比例为 1:1），全长运行期间的总绳滑是总和每转滑移率乘以转数。 首先，推导转数：

(4)

在完整运行期间，没有直径减小的凹槽/绳索与直径减小 0.010 英寸的凹槽/绳索之间的绳索长度滑移差为：

(5)

正如人们所料，较小的牵引槽直径（或绳索直径）在滑轮每转一圈所需的绳索长度较短。 虽然 0.8 英寸对于 100 英尺的行程高度来说似乎并不多，但让我们计算一下滑动力是多少。 该力导致绳索滑动牵引和研磨材料。

绳索就像弹簧一样； 它们具有弹簧刚度，它们平衡力的行为（由于绳索之间的张力差异）是我们现在正在考虑的。 牵引绳轮的一侧有一个力（张力）传到轿厢（T1），另一个力（张力）传到配重（T2）。 那就是试图通过弹簧特性来平衡的力。 可以推导出由此产生的力差来确定由于直径差异导致绳索长度产生的力：

(6)

其中 ∆Fslip 是力的变化，这会导致绳索滑过牵引槽，T1/T2； ∆l 为绳长差； c 为绳索的弹簧刚度。 绳索的弹簧刚度取决于实际绳索长度：

(7)

其中 E 是绳索伸长模数，A 是绳索的金属横截面积，l 是实际绳索长度。

由此产生的力差，将方程合二为一，产生：

(8)

当轿厢到达顶部平台时，牵引滑轮与轿厢之间的绳索长度（1:1悬挂）约为12英尺（3.7米）。使用5/8英寸（15.8毫米）8x19天然纤维芯绳索，绳索伸长模数E为16×10。⁶ psi (110 kN/mm²)，其金属横截面积 A 为 0.143 in.2 (92.3 mm2)，Δl 是上面推导出的绳索长度差 0.8 in. (20.3 mm)，l 是实际值已经提到的 12 英尺 (3.7 m) 的绳索长度。

(9)

公式 (9) 计算出 12,693 lbf (56 kN) 的力在绳索上的滑轮槽的一侧产生，位于损坏的槽或直径减小的槽上。 绳索和牵引滑轮之间的牵引力（摩擦力）要小得多，大约为 1,000 lbf (4.4 kN)，因此绳索在凹槽上滑动，因为牵引力远小于滑动力。 （绳索滑动不同于绳索蠕变。滑动是指失去牵引力；绳索蠕变由通常在跑步过程中发生的绳索的微运动组成。）

A17.1/B44 将蠕变定义为悬挂装置由于牵引力在其与驱动滑轮的接触弧上的轻微增量、自然运动。 牵引力是悬挂装置在驱动滑轮的入口和出口点处的不等拉伸载荷、悬挂构件的拉伸弹性以及在更大张力方向上发生的摩擦功的结果。 蠕变与驱动滑轮的运动状态或旋转方向无关。 它存在于所有牵引系统中，不是牵引力损失。 它可能在驱动滑轮静止或旋转时发生。 它不会磨掉滑轮槽上的材料。

现在，让我们看看如果汽车在底部着陆会发生什么：使用方程。 (9) 再次，但输入 100 ft 为 l（实际绳索长度），这是电梯运行高度。 这导致了 1,523 lbf (6.8 kN) 的力差，这仍然表明绳索之间的力/张力差异非常大，并且非常接近图 3-5 中所示的测量值（高于牵引力，因此由于凹槽深度减小，绳索滑动和实际张力测量因此较低）。 因此，较短的绳索长度会产生较高的滑动力。 这些情况发生在电梯靠近航站楼时。

看到不断变化的绳索张力是电梯维护的突破； 这是我们以前无法看到的。

(10)

在向下运行期间，如果凹槽或绳索的直径比其他绳索直径小得多，会发生什么情况？ 尽管存在防旋转装置（这是为了防止绳索解开，导致绳索长度增加），但对于牵引绳轮的每一次旋转，损坏的绳索/凹槽的行程都少于其他绳索。 这会导致绳索张力增加，因为它比其他绳索承载更多的负载，直到有足够的力超过牵引力。

在向上运行期间，所有其他绳索在牵引滑轮每旋转一圈时比损坏的绳索/凹槽移动得更远。 其他绳索现在承载更多负载，损坏的绳索/凹槽失去张力（“松弛”）。 当牵引摩擦力和均衡弹簧力之间的张力差超过一个值时，绳索就会滑动并“均衡”。 这种运动研磨滑轮材料，如图 1 所示，因为绳索比牵引槽硬得多。 它实际上是锯（磨）槽。 如果无人看管，可能会导致滑轮本身完全分离。

任何金属颗粒的迹象都应立即触发平衡绳索的维护任务。

图 6 在一个极端示例中显示了这种行为。 突出显示的绳索来自不同电梯的两个录音。 下行中增加的张力在左侧突出显示，而上行中减少的张力在右侧突出显示。 这种不同的张力会导致绳索打滑，而更硬的钢丝绳会磨削滑轮材料，如图 1 所示。

检查滑轮的直径减小情况

过去几年，维护工作包括监测绳索张力。 然后，做法改变了，不等绳张力损伤增加了。 该规范增加了 10% 以内的强制相等张力的要求，以要求此维护程序。 很明显，这不是肉眼可以看到的问题。 因此，检查人员只能注意到地面上的颗粒来写违规。 测量凹槽深度应添加到所有 MCP 和检查员的检查表中。 这是一个简单的测量。 

确定相对滑轮凹槽深度/绳径的条件是通过在滑轮顶部（高架驱动机器）或所有绳索完全在凹槽中的任何点放置直尺跨越所有绳索（图 7） . 仔细测量绳冠高度的任何差异将显示绳索或凹槽直径差异。 如果牵引滑轮的凹槽比滑轮的外缘更深，则放置直尺，并使用塞尺测量齿顶上的间隙是否相等。

绳索平衡工具

市场上有可以减轻绳索均衡任务的均衡工具。 这些工具包含单独的绳索液压缸，允许绳索长度与单独的液压缸压力成比例地变化，以实时调整卸扣螺母。 一种这样的系统是 Brugg Lifting 的绳索负载均衡器。 此外，WEARwatcher 具有绳规张力的可见显示，以便于调整绳索张力。

结语

在图 1 中，由于钢丝绳张力不均，当第一种材料开始磨掉滑轮槽时，该电梯的绳索张力差异开始了破坏性过程。 这是由于紧固不当、绳径减小和牵引槽直径减小造成的。 这种材料损失进一步阻碍了绳索张力的平衡，进一步损坏了滑轮槽。 最初的罪魁祸首是翻转造成的绳索张力不均匀，然后再也不检查它们，然后（更糟糕的是）看到机器下面的磨碎的颗粒材料但仍然没有纠正它。 应进行适当的维护以每年验证 10% 的张力并调整绳索张力并测量凹槽深度。

这里的教训是，任何金属颗粒的迹象都应立即触发平衡绳索的维护任务。 如果不能达到 10% 或更少，则必须检查凹槽深度和绳索直径，并采取适当的措施，例如重新开槽（如果可能）或（在最坏的情况下）更换滑轮。 并不是像某些人所假设的那样，材料特性发生了变化； 今天的钢和钢丝绳与 50 年前一样。 绳索平衡以及绳索和凹槽直径的测量是一项必须定期完成的维护任务，以保持系统安全运行并确保完整的设计寿命。

蒂姆·埃贝林 自 2003 年以来，他一直被聘为 Henning GmbH & Co. KG 的开发主管。在此职位上，他在德国布伦瑞克建立了研发中心。 一个员工团队现在在那里从事电梯电子和测量组件的开发和生产。 自 2012 年起，他还担任董事总经理。 他特别关注测量技术，他在该领域拥有多年开发加速度和绳索载荷测量系统的经验。