復(fù)合曳引鋼帶對電梯安全性能的影響

1、復(fù)合曳引鋼帶對電梯安全性能的影響設(shè)計(jì)研究la責(zé)rc編h.曹e衛(wèi);i東gq復(fù)合曳引鋼帶對電梯安全性能的影響influenceofthetractioncombinedsteelbandontheelevatorsafety金琪安摘要:探討了電梯采用復(fù)合曳引鋼帶對電梯隨著電梯技術(shù)的發(fā)展,采用扁平復(fù)合曳引鋼帶設(shè)計(jì)的電梯懸掛系統(tǒng)已安竺能的影,指出了一些有待進(jìn)步研日趨成熟.在新版gb/t70242008電梯,自動扶梯,自動人行道術(shù)語中護(hù)提出了有益的建議.也已對其給出了名詞定義.在國內(nèi)多家電梯生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品系列中,也相繼關(guān)鍵詞:電梯復(fù)合曳引鋼帶安全性能影出現(xiàn)了采用復(fù)合曳引鋼帶設(shè)計(jì)的新型電梯.采用此項(xiàng)設(shè)計(jì)可

2、顯著縮減曳引機(jī)的體積和重量,降低井道噪聲.復(fù)合曳引鋼帶較大的摩擦系數(shù)可大大提高0fthetractjoncm:jnedsteeiband0nthe曳引能力,并且降低轎廂自重的設(shè)計(jì)需求,對節(jié)約材料,降低能耗均有顯著elevatorsafety,pointsouttheexistingproblems效果.面對新型懸掛曳引傳動部件復(fù)合曳引鋼帶,在認(rèn)識其顯著優(yōu)點(diǎn)的forit,andgivessomesuggestiontoitsdesign同時,必須關(guān)注其固有性能給電梯安全性能帶來的不利影響.為此,在本文dm刮.1.中,筆者就復(fù)合曳引鋼帶的有關(guān)性能作一些分析探討,以期引起業(yè)內(nèi)同行的steelband

3、:safetyperformance:innuence關(guān)注,并對改進(jìn)與完善復(fù)合曳引鋼帶的設(shè)計(jì),維護(hù)提供一些有益的建議.1性毹概述復(fù)合曳引鋼帶是曳引機(jī)小型化設(shè)計(jì)潮流催化作用下的產(chǎn)物.在電梯安全規(guī)范條件的約束下,曳引輪直徑需保證與曳引繩的直徑比不小于40,同時還需保證曳引繩直徑不小于8ram.在固有驅(qū)動力矩的需求條件下,曳引機(jī)體積難以大幅度減小.因此,在減小曳引機(jī)設(shè)計(jì)體積的需求下,如何縮減曳引輪直徑成為首要問題.復(fù)合曳引鋼帶就是在規(guī)避安全規(guī)范對曳引繩最小直徑限制的情況下設(shè)計(jì)產(chǎn)生的.在高分子復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的推動下,高強(qiáng)度,長壽命傳動帶的技術(shù)開發(fā)進(jìn)展很快,由此催生出復(fù)合曳引鋼帶在電梯上的運(yùn)用.奧的斯

4、電梯公司首先將其運(yùn)用于無機(jī)房電梯設(shè)計(jì)中.復(fù)合曳引鋼帶結(jié)構(gòu)相當(dāng)于將鋼絲繩的繩股拆開后均布于高分子復(fù)合材料包裹的帶中.由于復(fù)合曳引鋼帶中的承力鋼絲繩股直徑一般不大于2ram,參照安全規(guī)范對曳引輪直徑與鋼絲繩最小比值的限制要求,曳引輪直徑需求不大于80mm.由此在同樣線速度條件下,曳引輪轉(zhuǎn)速得到大大提高;小直徑曳引輪大大降低了曳引機(jī)驅(qū)動力矩;順應(yīng)了曳引電動機(jī)高速,小型化發(fā)展的需求.目前單根復(fù)合曳引鋼帶抗拉強(qiáng)度相當(dāng)于810mm的鋼絲繩,此外高分子材料帶面與鋼制曳引輪的摩擦系數(shù)可按需要設(shè)計(jì),通過設(shè)計(jì)選用相應(yīng)的帶面材料可獲得遠(yuǎn)大于鋼絲繩與曳引輪槽間的摩擦系數(shù).這給曳引系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了許多便利.金琪安,江蘇省

5、特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院無錫分院48chinaelevatorvol22no5mar201鬈睜系撒與i囂在gb75882003電梯制造與安裝安全規(guī)范第9-3條,對鋼絲繩曳引提出了3個條件.由于常規(guī)材料問動摩擦系數(shù)隨速度減小的特性關(guān)系,參照gb75882003附錄m推薦的曳引條件設(shè)計(jì)方法,可推算出在保證最小減速度0.50m/s且額定速度不小于0.20m/si條件下,曳引條件設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于滿足動載加減速不打滑和轎廂滯留狀態(tài)的安全條件.對于采用鋼絲繩曳引提升高度l50m以下的電梯常規(guī)設(shè)計(jì),重點(diǎn)在于滿足動載加減速不打滑的曳引條件;而大提升高度電梯的曳引條件設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于滿足動載加減速不打滑條件下,保證轎

6、廂滯留狀態(tài)的曳引安全條件.復(fù)合曳引鋼帶的摩擦系數(shù)與鋼絲繩曳引相比,顯著的特點(diǎn)是摩擦系數(shù)大.在關(guān)注高摩擦系數(shù)對曳引條件設(shè)計(jì)的相關(guān)影響時,還需重點(diǎn)關(guān)注高分子材料與鋼鐵材料之間的動摩擦系數(shù)隨速度變化的趨勢.在確定復(fù)合曳引鋼帶的摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值時,還需考慮材料問的摩擦系數(shù)通?？偸请S相對滑動速度的增加而下降的因素,以及環(huán)境影響等因素,目前尚無這方面權(quán)威的資料數(shù)據(jù).考慮到高分子材料的許用溫度較低,曳引鋼帶傳動的懸掛比一般大于1而曳引鋼帶相對運(yùn)行速度較大,因此筆者呼吁應(yīng)該高度關(guān)注復(fù)合曳引鋼帶速度與摩擦系數(shù)的關(guān)系及其影響,為此應(yīng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)以提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),指導(dǎo)曳引鋼帶傳動電梯的設(shè)計(jì).現(xiàn)在復(fù)合曳引鋼帶傳動電梯的制

7、造商均未公開曳引鋼帶的設(shè)計(jì)摩擦系數(shù),因此只能按照該類電梯制造廠商設(shè)計(jì)實(shí)例的極限條件反向推算.計(jì)算表明,如不考慮速度影響則設(shè)計(jì)極限條件反映的動摩擦系數(shù),約為不小于0.22.如參照gb75882003中附錄第m2.2.2條摩擦系數(shù)計(jì)算中的推薦公式,考慮動摩擦系數(shù)相對靜摩擦系數(shù)的下降關(guān)系式計(jì)算,設(shè)計(jì)實(shí)例反映的動摩擦系數(shù)約為不小于0.30.與常規(guī)設(shè)計(jì)中0.1的推薦摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值相比,這已是一個相當(dāng)大的動摩擦系數(shù)值.在此應(yīng)該注意到高分子材料與鋼的摩擦系數(shù),是一個在不同的環(huán)境條件下變化范圍較大的值,目前還未有權(quán)威的設(shè)計(jì)推薦值.由此必須充分考慮電梯井道環(huán)境(溫度和濕度,空氣含塵等)的變化對曳引摩擦系數(shù)的影響

8、.鑒于同等安全性的要求和該類電梯運(yùn)行中的實(shí)際情況,為防止曳引鋼帶,曳引輪間的滑動危險(xiǎn),曳引鋼帶設(shè)計(jì)動載摩擦系數(shù)還應(yīng)適度考慮在有一定油膜污染環(huán)境條件下的安全值.為滿足對重下行受阻,轎廂滯留狀態(tài)的曳引安全要求,還需考慮在某些環(huán)境(干燥,沙塵污染)條件下可能出現(xiàn)的最大摩擦系數(shù).在曳引鋼帶摩擦系數(shù)增大后,系統(tǒng)曳引能力大大提升,滿足曳引條件所需的轎廂最小質(zhì)量可以減小許多.曳引鋼帶摩擦系數(shù)增大的情況下,在滿足動載加減速不打滑的曳引安全條件下,對提升高度較大的電梯,轎廂滯留狀態(tài)的安全條件校驗(yàn)將面臨較為嚴(yán)峻的考驗(yàn).曳引輪包角,曳引輪與帶面接觸方式對同一電梯而言是相同的.與鋼絲繩在曳引輪槽中的接觸狀態(tài)不同,對于

9、平面帶曳引,有,r_,轎廂滯留工況摩擦系數(shù)即為曳引輪與曳引鋼帶材料問的最大設(shè)計(jì)摩擦系數(shù),因而轎廂滯留工況設(shè)計(jì)曳引能力與動態(tài)曳引能力設(shè)計(jì)的關(guān)系(考慮參照鋼絲繩速度影響條件下摩擦系數(shù)值時)可表達(dá)為:.一一:fe1j=(e().(1)式中:efa轎廂滯留工況設(shè)計(jì)曳引能力,e一=e;f曳引鋼帶懸掛傳動轎廂滯留工況當(dāng)量摩擦系數(shù);曳引鋼帶懸掛傳動轎廂滯留工況設(shè)計(jì)摩擦系數(shù);v曳引鋼帶線速度,m/s;曳引鋼帶懸掛傳動轎廂運(yùn)行工況材料問動摩擦系數(shù);參照鋼絲繩曳引能力計(jì)算動摩擦系數(shù),一.l+10e轎廂運(yùn)行工況設(shè)計(jì)曳引能力.式(1)表明了參照鋼絲繩曳引能力計(jì)算動摩擦系數(shù)表達(dá)式情況下,曳引系統(tǒng)轎廂滯留工況設(shè)計(jì)曳引能力

10、與運(yùn)行工況曳引能力的數(shù)學(xué)指數(shù)關(guān)系.在運(yùn)行工況曳引能力設(shè)計(jì)確定后,對重下行受阻,轎廂滯留工況時的曳引比,必須符合事era=(era)().(2)中國電梯2011年3月第22卷第5期g設(shè)計(jì)研究i鐾苫菜式中:/為滯留工況轎廂側(cè)與對重側(cè)曳引鋼帶張力比.按照某制造廠商設(shè)計(jì)實(shí)例推算,如參照gb75882003中附錄第m2.2.2條摩擦系數(shù)計(jì)算中的公式計(jì)算,設(shè)計(jì)反映的動摩擦系數(shù)約為不小于0.30;同時反映在該設(shè)計(jì)實(shí)例的最大提升高度條件下,轎廂滯留狀態(tài)的安全條件校驗(yàn)所需實(shí)際摩擦系數(shù)為不大于0.5l.如果設(shè)計(jì)提升高度需增加,同樣條件下轎廂滯留狀態(tài)的安全條件校驗(yàn)所需摩擦系數(shù)還需減小.計(jì)算表明大提升高度時轎廂自重不

11、能過小,否則轎廂滯留狀態(tài)的安全條件校驗(yàn)難以滿足.應(yīng)該注意的是,上述計(jì)算僅考慮了平面接觸形式的曳引鋼帶,對于齒形帶還需依據(jù)齒形接觸的方式在曳引能力計(jì)算公式中摩擦系數(shù),上乘以一個齒形接觸系數(shù),因此當(dāng)量摩擦系數(shù)f將相應(yīng)增大.為適應(yīng)復(fù)合曳引鋼帶曳引系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)展,在保持與鋼絲繩曳引同等安全性的前提條件下,有關(guān)廠商應(yīng)盡快對不同材料曳引鋼帶面與鋼的動,靜摩擦系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn),得出不同環(huán)境條件下的摩擦系數(shù)值;或由有關(guān)廠商提供相關(guān)材料副的摩擦系數(shù)值,制訂不同高分子材料帶面與鋼制曳引輪面摩擦系數(shù)的安全設(shè)計(jì)推薦值.3轎廂輕量化與曳引電動機(jī)配置由于曳引條件中轎廂滯留狀態(tài)的安全要求是,對重下行受阻后不能繼續(xù)提升轎廂.對此

12、gb7588-2003規(guī)定只能由曳引條件設(shè)計(jì)來保證;而在美國asmeai7.1電梯和自動扶梯安全規(guī)范規(guī)定可由曳引條件或電動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制來保證.從機(jī)械安全控制硬件設(shè)計(jì)的角度,筆者認(rèn)為gb75882003中對重下行受阻后不能繼續(xù)提升轎廂的安全要求,可借鑒美國asme-a17.1(電梯和自動扶梯安全規(guī)范的相關(guān)規(guī)定.曳引輪,曳引鋼帶間的高摩擦系數(shù)降低了轎廂的設(shè)計(jì)自重要求,可顯著減小轎廂自重.但是轎廂自重的減小對曳引條件中轎廂滯留狀態(tài)的控制帶來了安全問題.現(xiàn)有設(shè)計(jì)中,曳引鋼帶傳動轎廂自重系數(shù)(轎廂白重與額定載重之比)可減小至0.6以下,因?yàn)橐芬龣C(jī)的額定轉(zhuǎn)矩一般設(shè)計(jì)均能輕松提升0.6q的載重量.在此情況下,

13、利用電動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制保證對重下行受阻后不能繼續(xù)提升轎廂已經(jīng)難以實(shí)現(xiàn).因此對大提升高度的電梯轎廂輕量化設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格控制曳引條件中轎廂滯留狀態(tài)安全條件.50chinaelevatorvol22no5mar.2011高摩擦系數(shù)降低了轎廂的自重系數(shù)設(shè)計(jì)要求,但也帶來了電動機(jī)功率配置方面的問題.按照曳引條件中最佳平衡系數(shù)的配置條件(見中國電梯2006年第l7期電梯平衡系數(shù)的優(yōu)化配置一文),轎廂自重系數(shù)減小將使平衡系數(shù)的最佳配置值下降,因此采用復(fù)合曳引鋼帶的電梯轎廂重量和平衡系數(shù)值均較低.隨著平衡系數(shù)偏離0.5的程度增大,額定載荷工況下曳引輪兩側(cè)的重力差增大;還因?yàn)殡娞輰τ诔d控制要求在不大于l10%額定載

14、荷條件下滿足運(yùn)行要求,這就需要曳引電動機(jī)額定功率(轉(zhuǎn)矩)配置增加.如果考慮到電動機(jī)功率需求而加大平衡系數(shù),減小最大設(shè)計(jì)載荷工況的重力差負(fù)載,則將要求曳引系統(tǒng)提供更大的曳引能力,對此類問題設(shè)計(jì)時必須綜合考慮.4制造偏差與包絡(luò)直徑在常用鋼絲繩曳引懸掛系統(tǒng)中,由于曳引鋼絲繩與曳引輪槽接觸狀態(tài)絕大部分為彎曲圓柱面環(huán)繞在圓柱面弧形槽內(nèi)的復(fù)雜曲面,因此懸掛鋼絲繩的制造質(zhì)量對于運(yùn)行時各根繩間的運(yùn)行線速度差及張力平衡具有重要影響.在復(fù)合曳引鋼帶懸掛系統(tǒng)中,曳引鋼帶與曳引輪的接觸狀態(tài)簡化為平滑圓柱面(或圓柱面楔形槽)接觸,在這種情況下,復(fù)合曳引鋼帶的制造偏差對各根帶運(yùn)行線速度差的影響,將主要表現(xiàn)為外形厚度尺寸偏

15、差,鋼絲繩在帶中與曳引輪接觸面的位置尺寸偏差對包絡(luò)直徑的影響.復(fù)合曳引鋼帶在懸掛運(yùn)行中,各根帶通過曳引輪時線速度的一致性直接取決于當(dāng)量包絡(luò)直徑.鑒于復(fù)合曳引鋼帶的曳引輪為平滑圓柱體,各根帶在曳引輪上的接觸直徑易于精確控制,因此偏差主要涉及曳引鋼帶自身尺寸和形狀的精度.由于復(fù)合曳引鋼帶外層包覆材料相對彈性較大,因此曳引鋼帶的運(yùn)行線速度直接取決于帶中鋼絲繩的線速度.對于影響各根復(fù)合曳引鋼帶相對線速度的相對包絡(luò)直徑差,主要取決于鋼絲繩在帶中與曳引輪接觸面的相對距離精度.在初始張力平衡的條件下,復(fù)合曳引鋼帶中鋼絲繩與曳引輪接觸面的距離精度將直接影響運(yùn)行速度的一致性.因此,控制復(fù)合曳引鋼帶中鋼絲繩與曳引

16、輪接觸面的距離尺寸精度,是復(fù)合曳引鋼帶制造尺寸偏差控制的關(guān)鍵.5伸長率與緩沖距復(fù)合曳引鋼帶的伸長率與曳引鋼絲繩有著明顯的區(qū)別.按照某制造廠商提供的數(shù)據(jù),其生產(chǎn)的復(fù)合曳引鋼帶的伸長率約為0.054%;而常用曳引鋼絲繩伸長率為:常規(guī)制造的曳引鋼絲繩伸長率約為0.7%1.0%;預(yù)拉伸后出廠的曳引鋼絲繩伸長率約為0.2%0.5%.復(fù)合曳引鋼帶的伸長率與曳引鋼絲繩比較相差10倍左右.鑒于曳引懸掛繩(帶)的伸長率對電梯運(yùn)行后對重緩沖距的變化影響較大,采用復(fù)合曳引鋼帶后由于伸長率明顯減小,于是對重緩沖距的最大值控制要求就能明顯降低.按照現(xiàn)有產(chǎn)品數(shù)據(jù),對于采用復(fù)合曳引鋼帶懸掛提升高度在50m以內(nèi)的電梯,對重緩

17、沖距的變化量不大于27ram.所以對于復(fù)合曳引鋼帶懸掛電梯的對重緩沖距可以按照最小值加上30mm控制,由此既能增加頂層安全空間,也可減小電梯頂層空間的建筑尺寸要求.6耐候性與安全控拳復(fù)合曳引鋼帶是一種新型的復(fù)合材料,其中主要承力材料還是傳統(tǒng)的高強(qiáng)度鋼絲繩,外覆材料一般是聚氨酯,聚丁二烯橡膠等高分子材料.鑒于高分子材料對環(huán)境的適應(yīng)性差別較大,因此對于長期運(yùn)行安全要求較高的電梯懸掛部件,對外覆材料的環(huán)境適應(yīng)性(紫外線破壞,濕熱水解等)必須予以重視.一些制造商對采用復(fù)合曳引鋼帶電梯的運(yùn)用環(huán)境規(guī)定須是室內(nèi)無日光井道,但對于濕熱環(huán)境的影響未予說明.中國電梯2008年第20期痛定思痛,行業(yè)的惡性競爭再也(

18、龐上接第47頁).控制系統(tǒng)還必須要檢測關(guān)門到位信號(doorcloselimitswitchdcl:關(guān)門到位后為大寫的dcl狀態(tài)),防止門夾人保護(hù)裝置的信號(lightraydevicelrd:如果光幕動作,就為大寫的lrd狀態(tài))有沒有動作,像這樣的設(shè)計(jì)就保證了電梯相關(guān)人員的安全,大大增強(qiáng)了電梯的安全系數(shù).3明確分工生產(chǎn)單位使用單位和檢驗(yàn)單位的責(zé)任tsgt7001-2009電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則曳引與強(qiáng)制驅(qū)動電梯(以下簡稱(新檢規(guī))規(guī)定了電梯生產(chǎn)單位,使用單位以及從事電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)的特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)的職責(zé)要求,促進(jìn)了電梯運(yùn)行安全保障工作的有效落實(shí).按照新檢規(guī),保證不能繼續(xù)下去了從梯級副輪的開裂事故談起一文中,對于濕熱環(huán)境造成聚氯酯材料部件裂紋報(bào)廢的教訓(xùn)值得參考.電梯定期安全檢驗(yàn)已經(jīng)成為國際慣例,值得注意的是,在檢驗(yàn)過程中各項(xiàng)試驗(yàn)對于復(fù)合曳引鋼帶帶來的不利影響.在曳引條件,安全鉗,制動等各項(xiàng)試驗(yàn)中,曳引輪與曳引鋼帶間的強(qiáng)制滑動在所難免.在此過程中,相對強(qiáng)度較小的外覆材料的滑移磨損,局部撕裂等損傷形式及其后果影響,以及相應(yīng)的預(yù)防措施均未見報(bào)道.鑒于此類局部損傷在常規(guī)檢查中不易發(fā)現(xiàn),后果難以預(yù)料,對此問題必須加強(qiáng)研