电梯钢丝绳标准要求与设计计算

图2⁃46 钢丝绳结构图

a）6×19s＋NF钢丝绳 b）8×19s＋NF钢丝绳

电梯用钢丝绳是专用的曳引钢丝绳，它必须符合GB 8903—2005的标准要求。这种钢丝绳分为6×19s＋NF和8×19s＋NF两种，均采用天然纤维或人造纤维作芯子，其截面如图2⁃46所示。其中，6×19s＋NF公称直径最小为6mm，其他公称直径系列为8mm、10mm、11mm、13mm、16mm、19mm、22mm共7种。GB 8903—2005对钢丝绳的材料、直径、长度允差及力学性能都有严格的规定。

电梯曳引钢丝绳应具有以下特点：

1）具有较大的强度；

2）具有较高的径向韧性；

3）有较好的耐磨性；

4）能很好地抵消冲击负载。

1.曳引钢丝绳的主要规格和性能参数

（1）钢丝绳的主要规格

钢丝绳的主要规格是公称直径，指钢丝绳外围的最大直径，规定不小于8mm。

（2）钢丝绳的主要性能参数

钢丝绳的主要性能参数为破断拉力及公称抗拉强度。破断拉力是指整条钢丝绳被拉断时的最大拉力，破断拉力总和是指钢丝在未被缠绕前抗拉强度的总和。钢丝绳缠绕后，由于弯曲变形，抗拉强度要下降。钢丝绳破断拉力与钢丝绳破断拉力总和的关系如下：

钢丝绳破断拉力＝钢丝绳破断拉力总和×k式中的k为一系数，当钢丝绳为6×19s＋NF时，k＝0.86；当钢丝绳为8×19s＋NF时，k＝0.840。

钢丝绳公称抗拉强度是指单位钢丝绳截面积的抗拉能力，用下式表示：

钢丝绳公称抗拉强度＝钢丝绳破断拉力总和÷钢丝绳截面面积

由于曳引钢丝绳连接轿厢和对重装置，承受着巨大的拉应力、弯曲应力及动载应力。为了确保安全，各种电梯可以根据具体使用状况选用不同直径和根数的钢丝绳组合，使其静载安全系数大于12（货梯为10）。钢丝绳在使用中绕过曳引轮、导向轮等会造成弯曲应力，影响钢丝绳的使用寿命。因此钢丝绳必须有良好的挠性，并选择合适的D／d，其中D为曳引轮槽直径，d为钢丝绳直径。v＜2.0m／s时，D／d≥40；v＞2.0m／s时，D／d≥45。一般低速梯（v≤0.5m／s）的D／d不低于30，快速及高速梯不低于40。客梯、货梯、医用电梯的曳引绳≥4根，安全系数≥12；杂货电梯的曳引绳≥2根，安全系数≥10。

电梯的曳引力取决于钢丝绳和曳引轮之间的摩擦力，因此曳引轮和钢丝绳之间不能涂抹润滑脂润滑，否则加上曳引轮槽尺寸不规则，或安装的偏斜等因素，势必加快轮槽和钢丝绳之间的磨损。因此曳引钢丝绳必须有良好的耐磨性能。

由图2⁃46可见，6×19s＋NF钢丝绳的结构为6股，每股3层，外面两层各9根钢丝，最里层1根钢丝，6股钢丝绳缠绕着绳芯；8×19s＋NF钢丝绳结构为8股，每股的结构与6×19s＋NF钢丝绳相同。

钢丝在每股中的捻制螺旋方向有右捻和左捻两种，股在绳中也有左捻和右捻两种方向，依此钢丝绳又可区分为不同的种类。交互捻法是绳与股的捻向相反，当钢丝绳受拉力时，使绳与股的扭转趋势也相反，互相抵消，在使用中不会产生扭转打结现象。因此电梯中都使用交互捻绳，一般用右交互捻绳，即绳的捻向为右，股的捻向为左。

上面介绍的是标准的曳引钢丝绳，目前还有使用异形股钢丝绳的。异形股钢丝绳与标准钢丝绳相比与曳引轮绳槽的接触面积大，因而使用寿命长，但由于制造复杂，使用受到一定限制。新型复合钢带的使用使曳引轮槽的磨损大大减小，它是将聚氨酯外套包在钢丝外面而形成的扁平皮带，一般的宽厚参数为301mm×3mm，其良好的柔韧性使得电梯可以采用更小的曳引轮，从而可减小曳引系统的体积，因而这种钢带发展较快。

2.曳引钢丝绳的受力

曳引钢丝绳的受力相当复杂，它除受对重、轿厢及它自身重量的静载力作用外；在电梯起动运行和制动停止的过程中，还受到动载力作用；当它绕过曳引轮时还将受到弯曲应力作用。如果传动形式不是1∶1而是2∶1或3∶1等形式，则钢丝绳还将绕过反绳轮等，使其受交变力的作用。弯曲疲劳破坏和磨损使钢丝绳造成破坏，为了确保电梯运行的安全，必须对钢丝绳的根数及安全系数进行设计计算。所谓安全系数，是指装有额定载荷的轿厢停靠在底层站时，一根钢丝绳（或一根链条）的最小破断负载与这根钢丝绳（或这根链条）所受的最大力之间的比值。

（1）曳引钢丝绳静载安全系数

曳引钢丝绳静载安全系数可按下式计算：

式中 K_j——钢丝绳的静载安全系数（未考虑弯曲及动载荷的影响）；

s₀——单根钢丝绳的破断拉力，单位为N；

s₁——曳引钢丝绳上承受的最大拉力，单位为N，s₁＝轿厢重量＋额定载重量＋电梯提升高度长度内曳引钢丝绳重量＋平衡绳张紧负载的一半（有平衡装置），单位为N；

n——曳引钢丝绳的根数。

K_j是标准值，它不代表电梯工作过程中钢丝绳真正的安全系数，只表明在静载状态下单根钢丝绳的破断拉力与单根钢丝绳实际受力之比。客梯、货梯、医用电梯曳引绳不少于4根，安全系数不小于12；杂物电梯曳引绳不少于2根，安全系数不小于10。

（2）曳引钢丝绳根数的选择

曳引钢丝绳根数的选择必须从以下三个方面考虑：

1）实际安全系数要大于规定值K_j；(www.xing528.com)

2）曳引钢丝绳承受的比压要小于规定值；

3）钢丝绳的弹性伸长要小于规定值（有微动平层装置的系统中可不考虑）。

通过以上三个方面的计算，求出各自对应的曳引钢丝绳根数n₁、n₂、n₃，其中最大值即为实际需要的曳引钢丝绳根数。

1）从符合规定的安全系数方面考虑，选定曳引钢丝绳的根数n₁（在无补偿链和补偿绳的情况下）：

式中 G——空载轿厢自重，单位为N；

Q——额定载重量，单位为／N；

K_j——曳引钢丝绳静载安全系数；

K_u——与曳引形式有关的系数，当曳引比为1∶1时，K_u＝1；当曳引比为2∶1时，

K_u＝2；

s₀——单根钢丝绳的破断拉力，单位为N；

P₁——轿厢在底层位置时，提升高度内单根曳引钢丝绳的重力，单位为N。

2）从曳引轮绳槽允许比压方面考虑，选定曳引钢丝绳的根数n₂：

式中 P——曳引轮材料许用挤压应力，单位为MPa；

D——曳引轮直径，单位为mm；

d——曳引钢丝绳直径，单位为mm；

ω——挤压系数，对于图2⁃47a，

当ϕ＝π时，

对半圆形槽（图2⁃47b）；对V形槽（图2⁃47d），当楔角γ＝35°时，ω＝12rad／s；当楔角γ＜35°时，

3）从限制曳引钢丝绳弹性伸长方面考虑，选定曳引钢丝绳根数n₃：

式中 H——电梯提升高度，单位为m；

E——钢丝绳弹性模量，E＝80000N／mm²；

L_y——钢丝绳允许伸长量，当电梯停在底层时，在静止状态下，轿内由空载到满载时，曳引钢丝绳的伸长量L_y不得超过20mm；

K_z——钢丝绳填充系数，

式中 ∑s_d——每根钢丝截面面积总和，单位为mm²；

s_D——钢丝绳的截面面积，单位为mm²。

从式（2⁃21）也可看出，随着提升高度H的增大，在同样载重量下所需曳引钢丝绳增多，这样可以减少电梯在起动和制动时产生较大的弹性振动，减少在平层时的波动。

计算出n₁、n₂、n₃后，选其中的大值为曳引钢丝绳的设计根数n即可。

图2⁃47 受力图

a）半圆形带切口绳槽受力图 b）半圆形槽 c）半圆形带切口槽d）V形槽