机械车库中曳引轮非均衡磨损分析及改善方法.pdf

Vol.22No.S1Aug.2023中国建筑金属结构CHINA CONSTRUCTION METAL STRUCTURE第2 2 卷第S1期432023年8 月机械车库中电引轮非均衡磨损分析及改善方法任维安（江苏普腾停车设备有限公司，江苏南通2 2 6 0 0 0）摘要：曳引驱动方式在机械车库应用非常广泛，引轮的可靠性关系到车库设备的正常运行，同时牵涉车库的安全问题；如何保证曳引轮提供稳定可靠的曳引力及引轮具有合理的磨损，曳引轮的材料选择、轮径和绳槽设计非常关键，因为机械车库的曳引轮磨损速度直接关系车库的使用效果，甚至影响车库的使用安全，本文主要就曳引轮非均匀磨损进行探讨。关键词：曳引轮；非均匀磨损；绳槽D0I:10.20080/ki.ISSN1671-3362.2023.S1.0121机械车库中常见的电引驱动形式图1（a）显示的一种电引驱动方式，即绕绳比为1：1 形式，其特点就是升降机上每一个吊点的钢丝绳受力方式为独立的，任意两个吊点互不影响；图1（b）显示的第二种曳引驱动方式，即绕绳比为2：1 形式，其特点有两个吊点共用一组钢(a)引轮升降机配甄(b)电引轮升降机配重图1 车库常见的电引绕绳方式丝绳，两个吊点受力均衡。在机械车库存车时，汽车自身车身比重不均衡，设计计算时采用车身重量6：4的处理方式，同时车辆停放有停偏的情况存在，即车辆重心不会与轿厢重心重合，即便轿厢自身结构设计完全均衡，也会导致四个吊点的的钢丝绳受力大小不同；就第一种绕绳方式而言，四个吊点都不相同；第二种方式有半数与另一半绳槽受力不同；由于电引轮的绳槽磨损速度与其绳压有很大关系，因此这种情况下，每一根钢丝绳对绳槽的压损就会产生不同表现。2电引轮绳槽形式电引轮绳槽形状：切口半圆槽、半圆槽、V形槽三种形式，如图2；图2（a），V 型槽两侧对钢丝绳产生很大的挤压，钢丝绳与绳槽两边接触的面积很小，因此这种绳槽的当量摩擦系数很大，但本身比压较大，对绳槽会很容易产生磨损；图2（b），半圆槽与钢丝绳接触面积大，钢丝绳变形小，有利于延长曳引轮和钢丝绳的寿命，但是这种绳槽当量摩擦系数很小，因此引能力低；图2（c），带切口半圆槽，钢丝绳与绳槽底部接触面积减小，当量摩擦系数增加，这种绳槽既有足够的摩擦系数，钢丝绳对绳槽磨损又小，当绳槽磨损时，钢丝绳下移，由于预制切槽原因，作者简介：任维安（1 9 8 7-），男，工程师，硕士研究生，主要从事智能机械车库设计、结构CAE分析。44(a)当量摩擦系数基本保持不变，因此带切口半圆槽被广泛使用。3机械车库中绳槽发生不均衡磨损的原因分析曳引轮和钢丝绳之间的接触属于刚性-弹性接触，电引轮好钢丝绳之间的磨损主要是摩擦磨损；曳引轮的失效形式通常表现为绳槽过量磨损。其表现形式主要有均匀磨损、非均衡磨损和表面局部剥落；第一种情况属于正常使用损耗，第三种一般在单绳负载过大或绳轮材质不合格的情况下出现此种情况下必须更换维修电引轮；本文着重讨论比较常见的非均衡磨损情况，机械车库中采用电引形式驱动时，由于设备轿厢自身重量较大，同时加上较大的额定载荷，一般的起升重量轿厢端满载时重量达到4 6 吨甚至更大，再加上与之匹配的配重，全部附加在曳引轮上的重量可以达到十几吨；这些重量再由钢丝绳分配至每个绳槽；所以钢丝绳对绳槽的比压就非常大。钢丝绳对绳槽磨损的原因大致可以分以下几个方面：（1）轿厢及车辆重心不居中，每个吊点的钢丝绳拉力不同；根据摩擦磨损理论中Archard模型，对于两个摩擦副（均为弹性材料）黏着磨损的磨损率与加载的载荷成正比；钢丝绳对电引轮绳槽的静压差异较大，在相同运转次数的情况下，静压大的绳槽磨损较快，每一点磨损，都会使得实际的绳槽节圆直径发生变化，受到静压大绳槽节圆直径减小较快，逐渐与其他绳槽产生较大差异，相同转速，直径小的绳槽线速度小于其他，因此在升降过程中，其运行线速度会慢一拍；当在底层四个吊点水平时，上升过程直径小的绳槽吊点速度慢，行程越大，高差表现得越明显，最后导致轿厢无法正常平中国停车产业论文集层，影响设别运行安全；同时轿厢微倾斜，又会引进导向系统的附加阻力；（2）曳引轮绳槽本身硬度不均匀；引轮材质一般采用球墨铸铁制造，若铸造工艺控制不恰当，基体材质硬度会存在差异性，而这种差异具有相近区域硬度近似的特点，进而会造成非相邻的绳槽硬(b)(c)图2 电引轮绳槽形式第S1期度差异表现明显；引轮的磨损主要为黏着磨损和磨粒磨损，对于两个摩擦副（均为弹性材料）黏着磨损的磨损率与低硬度摩擦副的强度成反比，同等静压条件下，硬度越低，磨损越快；（3）钢丝绳的张力不均造成电引轮的磨损；设备在初期运行阶段，钢丝绳延伸量不同，导致钢丝绳张力不同，进而带来不同绳槽的比压，造成磨损差异化；（4)钢丝绳的弹性滑移对绳轮产生的滑动摩擦磨损，滑移磨损一种是由于钢丝绳的弹性变形引起的滑移，在车库运行时轿厢侧和配侧的质量不同，钢丝绳由一侧运行至另一侧，绳张力发生变化，弹性变形发生变化，从而导致钢丝绳在曳引槽内产生滑移，滑移越严重磨损量越大。4曳引轮磨损的设计优化及改善措施（1）设计钢丝绳吊点均力装置，使得同一个吊点的钢丝绳受力均匀；采用2:1 绕绳方式，减少绳槽受力不均匀的分布数量；理想状态下采用4:1 绕绳方法，每一个吊点使用同一组钢丝绳，钢丝绳对曳引轮的静压达到理论均匀，但是工程实践中很难实现；柔性吊点位置高于轿厢及其负载车辆的重心，如图1（b）方式，通过重力方向垂直向下的特点，通过重力与切斜方向的抗衡，进而矫正由于不同吊点钢丝绳线速度不同轿厢倾斜带来的对绳槽负载的差异；增加电引轮直径或采用绳槽热处理的方式，国家标准要求曳引轮的节圆直径与电引钢丝绳公称直径之比不应小于40；实际使用过程中适当的增加电引轮直径可以减小钢丝绳对局部绳槽的比压，同时降低循环次数，有效的减小曳引轮磨损，实践使用中一般选取45 到5 0，高速运行设备甚至可以选用6 0 倍。（2）选用直径更大的钢丝绳，增加钢丝绳在曳引轮上的包角，增加钢丝绳与轮槽的接触面积，减2023年中国停车产业论文集45小比压强度，电梯行业的电引轮包角一般控制在135180；机械车库行业根据其负载较大的特性，钢丝绳包角一般控制在2 30 左右,可以有效地减小比压强度，降低绳槽磨损。同时可以采用增加钢丝绳的根数来减小钢丝绳对槽轮的静压。（3）提高电引轮的制造要求，合理选择摩擦副材料是保证电引轮和钢丝绳工作寿命的重要环节，选择电引轮材料室既要考虑载荷大小、摩擦性质等因素，同时电引兼顾工艺性和经济性原则；曳引轮材质一般选取QT600和QT700，目前我国引轮普遍采用QT600，其平均硬度控制在HB230HB240。更换为QT700,可以将平均硬度控制在HB250以上，达到与钢丝绳硬度更好的配合，能够有效的提高电引轮使用寿命。同时控制电引轮绳槽的硬度差值，同一轮上的硬度差不大于1 5 HB。保证球墨铸铁较高的球化率且石墨含量不能过低。（4）为了提高绳槽的耐磨性，在采用球墨铸铁材质制造电引轮的基础上，将加工成型后的绳槽进行高频硬化，以期达到耐磨目的。（5）外界硬颗粒或者对磨表面上的硬突起物、粗糙峰在摩擦过程中将引起表面材料脱落，从而造成磨粒磨损，减少钢丝绳与曳引轮之间的磨粒是一种提高曳引轮耐磨性的直接途径；一方面是优化钢丝绳表面粗糙度，同时定期清理电引轮轮槽，减小磨屑的磨粒磨损作用。（6）定期进行钢丝绳张力检查，并采用拉力计对各个吊点钢丝绳进行测量并张紧，使钢丝绳相互之间的张力误差不大于5%；（7)在机械车库中为了避免曳引轮磨损带来的轿厢平层不准确的不利因素，一般可以采取将轿厢升至目标层稍高位置，后进行二次回落平层的方式，可以有效消除曳引轮磨损带来的轿厢不平层现象；这一方法虽然消除了设备运行的不安全性，但未能从根本上解决电引轮磨损的结果。5结语根据上述分析，针对机械车库吊点分散的特性，曳引轮的非均匀磨损，常会造成设备运行不稳定，设备运行存在安全隐患。可以通过改变曳引系统的绕绳方式，尽可能使得吊点钢丝绳头数量减少；改善曳引轮加工工艺，使得绳槽硬度更高；设计过程中合理选择电引轮及钢丝绳的直径比值；有效的定期维护检查等都是可以有效减少曳引轮磨损，特别是曳引轮不均匀磨损带来的设备运行风险，提高设备稳定性。以上是笔者个人在工作实践中的一些见解，不到之处还请同行不吝批评指正。参考文献：1温诗铸，黄平，田煜，等.摩擦学原理(第5 版)M.北京清华大学出版社，2 0 1 8.2潘浩浅谈电梯曳引轮绳槽设计 .科学与财富，2015,7(21):2.3马晓东.曳引驱动电梯轮槽磨损与检查分析 。化工管理,2 0 1 8(0 2):1.