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一、電梯檢驗中的現實案例
2012年筆者對北京市東城區某小區住宅電梯進行定期檢驗，該小區電梯的基本狀況為：乘客電梯，制造日期為2007年，額定速度為2.50m/s,額定載重量為1000kg,35層32站。安裝時間為2008年，已運行4年。在現場檢驗時發現，該小區電梯的機房地面、曳引機主機及曳引鋼絲繩上等多處充滿紅褐色粉末，如圖1所示，經過現場初步檢杳，該小區電梯的曳引鋼絲繩并無脫槽現象，鋼絲繩也無斷股、斷絲等明顯損壞現象。后經進一步檢查發現，電梯的曳引輪輪槽都有一定程度的均勻磨損，且鋼絲繩外圈較干。經過與電梯維保單位溝通和初步分析，曳引輪磨損的原因可能是由于鋼絲繩油芯干燥缺油，在電梯運行過程中使得曳引輪與曳引鋼絲繩摩擦磨損加大，造成曳引輪和曳引鋼絲繩一定程度的磨損，從而產生大量紅褐色鑄鐵粉末。
這是一起典型的曳引輪一曳引鋼絲繩磨損的案例，但造成磨損的原因是復雜多樣的，磨損也不是一朝一夕形成的。下面，筆者從曳引輪—曳引鋼絲繩摩擦副的特點著手，對磨損產生的原因進行分析。
二、曳引輪-曳引鋼絲繩摩擦副的特點和失效形式
1.曳引系統的構造特點
曳引輪是電梯傳遞曳引動力的裝置，利用曳引鋼絲繩與曳引輪繩槽的摩擦力傳遞動力。由于曳引輪要承受轎廂、載重暈、對重等裝置的全部載荷，因此要求曳引輪強度大、韌性好、耐磨損、耐沖擊，所以在材料上多用球墨鑄鐵。曳引輪驅動電梯運行的曳引力是依靠曳引鋼絲繩與曳引輪繩槽之間的摩擦力產生的，為保證曳引鋼絲繩和曳引輪之間具有足夠的摩擦力，曳引輪繩槽的形狀多為半圓槽、半圓形帶切□槽、V形槽等形狀，現半圓形帶切口槽應用較廣。
曳引鋼絲繩承受著電梯全部的懸掛重量，并在運行時繞著曳引輪、導向輪或反繩輪單向或交變彎曲，鋼絲繩在繩槽中也承受著較高的擠壓應力。因此要求曳引鋼絲繩應有較高的強度、撓性和耐磨性。鋼絲具有高強度和高韌性，繩股由鋼絲捻成，~般為6-8股。繩芯通常由纖維劍麻或PPC合成纖維制成，以儲存潤滑劑。潤滑劑同時也提供對鋼絲的防銹保護和對纖維的抗腐蝕保護。
2.曳引失效的形式
曳引輪和曳引鋼絲繩之間的接觸屬于剛性-彈性接觸。曳引系統中的摩損主要是曳引輪與鋼絲繩之問的摩擦磨損。
曳引輪的失效形式主要表現為曳引輪繩槽的過量磨損。一般表現為：均勻磨損。這是曳引輪繩槽在電梯正常運行達到一定年限后的磨損，通常表現為各繩槽磨損量基本一致，如圖2所示。（2)不均勻磨損。如單一繩槽的磨損，通常直觀表現為某根鋼絲繩與其它鋼絲繩不在同一水平線上，如圖3所示。⑶凹坑、表面局部剝落等。后兩者是曳引輪繩槽的非正常磨損。當繩槽呈嚴重的凹凸不平的形狀或麻花狀時，曳引輪失效。這時，需將鋼絲繩摘下，維修繩槽。同時，調整鋼絲繩和繩頭組合，使各繩之間張力一致。磨損嚴重的曳引輪應該更換。
曳引鋼絲繩的失效形式主要表現為鋼絲的過量磨損和斷裂。一般表現為：（1）均勻磨損。這是鋼絲繩在電梯正常使用情況下的磨損。（2)不均勻磨損，如單一一側的磨損。這是鋼絲繩的非正常磨損。（3)鋼絲斷裂。一般的6股和8股的鋼絲繩，斷絲主要發生在外表。在大多數情況下，當鋼絲繩外部有明顯的鋼絲破斷現象時就應該更換，斷股就屬于比斷絲更加嚴重的情況了。鋼絲繩在曳引輪上的使用壽命受限于交變應力等因素下的鋼絲的過量磨損和疲勞斷裂。
三、曳引輪-曳引鋼絲繩摩檫副的摩擦磨損機理
在實際的磨損現象中，通常是幾種形式的磨損同時存在，而且一種磨損發生后往往誘發其它形式的磨損。下面從曳引輪與曳引鋼絲繩摩擦副中可能發生的磨損進行分析。
�。�1)接觸疲勞磨損。曳引輪-曳引鋼絲繩的接觸表面呈剛性一彈性狀態，且兩者表面在初始使用狀態下具有一定的表面粗糙度。由于曳引輪要承受轎廂、載重量、對重等裝置的載荷，所以在法向載荷力作用下接觸點上的應力很高。在電梯長時間上下運行過程的交變應力作用下，曳引輪繩槽表面的摩檫接觸處其材料的微觀體積將產生反復變形，塑性變形最劇烈，造成積累損傷。最大壓應力都發生在接觸表面上，最大切應力則發生在表層內部離表面一定深度處。在循環切應力影響下，裂紋容易從表層形成，并擴展到表面而使材料剝落，在零件表面形成麻點狀凹坑，造成疲勞磨損。
(2)磨粒磨損。在磨損過程中，被分離或拉拽出來的磨屑具有明顯的加工硬化效應。這些高強度和高硬度的磨屑存在于曳引輪繩槽和鋼絲繩之間。這些硬質磨屑通過接觸表面間的反復運動，導致曳引輪和鋼絲繩的磨粒磨損，沿滑動方向形成劃痕。
(3)粘著磨損。由于曳引輪-曳引鋼處繩的表面均為非光滑表面，表面的凸起部分使兩者表面間的接觸不連續。在外載荷作用下，因為按觸面積小而造成局部壓力很大。曳引輪-鋼絲繩摩擦副接觸面局部發生金屬粘著，在隨后相對滑動中粘著處被破壞，有金屬屑粒從接觸表面被拉拽下來或接觸表面被擦傷。
(4)氧化磨損。曳引輪和曳引鋼絲繩摩擦副表面與空氣中的氧氣發生化學反應生成氧化膜。這種在大氣中自然生成的、與表面結合強度相當高的氧化膜，隨著摩擦溫度升高其摩擦系數也隨之增大。在強大的外力作用下，氧化膜會破裂。氧化膜不斷地生成和不斷地破裂，導致氣化磨損。在許多不利的環境因素作用下，氧化磨損是所有磨損的基礎。
(5)沖擊磨料磨損。在電梯的啟動與制動的瞬間，由于沖擊作用，摩擦副之間存在沖擊磨料磨損。在沖擊瞬間，兩對磨面在摩擦界面間有硬質磨粒存在的情況下發生相互碰撞，接著兩界面進入高應力磨粒磨損階段；隨后，兩對磨面脫離接觸，不發生磨損。這兩個過程周而復始地交替進行。沖擊磨料磨損是一種極其惡劣的磨損工況，在曳引輪-鋼絲繩摩檫副中這種現象并不明顯。
經過現場觀察和檢驗積累、分析，曳引輪-曳引鋼絲繩摩擦副的磨損機理有接觸疲勞磨損、磨粒磨損、粘著磨損、氧化磨損和沖擊磨料磨損。其中，曳引輪和曳引鋼絲繩的磨損以接觸疲勞塵摜和磨拉磨損為主。
四、分析和討論
1.曳引輪-曳引鋼絲繩摩擦副的失效形式
在電梯運行過程中，曳引輪-曳引鋼絲繩摩擦副的失效主要是由接觸疲勞磨損、磨粒磨損、粘著磨損、氧化磨損和沖擊磨料磨損等摩擦磨損的逐步積累所致的。
曳引鋼絲繩的多次彎曲變形是接觸疲勞斷裂的主要形式，易于發現。磨粒磨損和氧化磨損是循序漸進的磨損，難以發現。一般情況下，鋼絲繩的表面與繩股之間以及各鋼絲繩之間多呈繩心縮細及繩外圈的均勻磨損，發生彈性變形、塑性變形和單一一側磨損。另外，銹蝕后的鋼絲繩機械性能降低、有效面積減少、繩芯腐蝕，導致股與股、絲與絲之間磨損加快。在潮濕空氣、腐蝕性氣體，高低溫差大和其它有害氣體的環境下，鋼絲繩必須適度做防銹和潤滑保養。
曳引輪的失效一般是輪槽的磨損、麻點、凹坑和表面局部剝落等。曳引輪-鋼絲繩摩擦副非正常磨損是摩擦副失效的主要形式，產生原因如下：（1)鋼絲繩長度不一，鋼絲繩張力相差過大；（2）曳引輪材質選材不當或熱處理工藝不符引起硬度不足，加劇了曳引輪輪槽磨損；（3）曳引輪輪槽與鋼絲繩型號不匹配；（4)曳引輪-曳引鋼絲繩摩擦副中嵌入異物，使鋼絲繩斷絲；（5)曳引機的安裝位置不正確或有移位，致使繩槽中心線與鋼絲繩中心線不重合等。
2.曳引輪-曳引鋼絲繩摩擦副的材料選擇
合理選擇摩檫副材料是保證曳引輪和曳引鋼絲繩工作壽命的重要環節。選擇材料時必須考慮摩擦副載荷的大小、應力類型、周圍介質和摩擦性質等因素。根據曳引傳動的特點，電梯靠磨檫力實現曳引傳動。仵對曳引系統部件進行選材時，曳引輪應采用高抗壓性、高抗振性的材料；曳引鋼絲繩應采用高彈性、高韌性、高疲勞杭力的材料；兩種材料的耐腐蝕性、耐磨性好，可提高接觸疲勞抗力、磨粒磨損抗力和粘著磨損抗力。此外，選擇材料時還應考慮其工藝性和經濟性。曳引輪可選用高強度球墨鑄鐵，曳引鋼絲繩可選用高碳低合金彈簧鋼。
3.現場檢驗
針對曳引輪的檢驗檢測，TSGT7001-2009《電梯監督檢驗和定期檢驗規則—曳引與強制驅動電梯》第2.8項第（3)款規定：曳引輪輪槽不得有嚴重磨損（適用于改造、維修監督檢驗），如果輪槽的磨損可能影響曳引能力時，應當進行曳引能力驗證試驗。對于如何判定曳引能力，可依照TSGT7001-2009第8.6、8.10、8.11項中相關要求進行試驗：（1)空載曳引力試驗。當對重壓在緩沖器上而曳引機按電梯上行方向旋轉時，應當不能提升空載轎廂。（2)上行制動試驗。轎廂空載以正常運行速度上行時，切斷電動機與制動器供電，轎廂應當被可靠制停，并且無明顯變形和損壞。(3)下行制動試驗。轎廂裝載1.25倍額定載重量，以正常運行速度下行至行程下部，切斷電動機與制動器供電，曳引機應當停止運轉，轎廂應當完全停止，并且無明顯變形和損壞。上述試驗如有一項不符合要求，應判定曳引能力不符合要求。
針對曳引鋼絲繩的檢驗檢測，TSGT7001-2009第5.1項規定：出現下列情況之一時，懸掛鋼絲繩和補償鋼絲繩應當報廢：（1）出現籠狀畸變、繩芯擠出、扭結、部分壓扁、彎折。（2)斷絲分散出現在整條鋼絲繩，任何一個捻距內單股的斷絲數大于4根；或者斷絲集中在鋼絲繩某一部位或一股，一個捻距內斷絲總數大于12根（對于股數為6的鋼絲繩）或者大于16根（對于股數為8的鋼絲繩）。(3)磨損后的鋼絲繩直徑小于鋼絲繩公稱直徑的90%。現場檢驗可用鋼絲繩探傷儀或者放大鏡全長檢測或者分段抽測，測量鋼絲繩直徑變化情況，從而判斷鋼絲繩磨損，斷絲變形等情。
4.減少曳引輪與曳引鋼絲繩摩擦磨損的方法
(1)當輪槽磨損嚴重時，更換曳引輪。（2)調整曳引鋼絲繩的張力，使張力差不大于5%。適當調整曳引鋼絲繩的張力，可以減少曳引輪-曳引鋼絲繩之間的相對滑動及其摩擦磨損，提高曳引系統的使用壽命。（3)曳引鋼絲繩磨損嚴重時，更換鋼絲繩，清理異物。(4)更換相匹配的曳引輪與曳引鋼絲繩。(5)采用表面硬度更高的曳引輪以及鋼絲強度、硬度更高的鋼絲繩。(6)定期對曳引輪表面和鋼絲繩表面進行清埋維護。（7)定期檢驗曳引鋼絲繩潤滑情況，避免發生鋼絲繩干燥、銹蝕現象，以降低摩擦損耗。（8)保持電梯機房清潔，空氣中無腐蝕性氣體。
五、結論
通過上述對曳引式電梯曳引輪和曳引鋼絲繩磨損的原因分析和討論，可以總結出曳引輪-曳引鋼絲繩摩擦副的失效是由各種摩擦磨損的逐步積累所致。磨損機理有接觸疲勞磨損、磨粒磨損，粘著磨損、氧化磨損和沖擊磨料磨損等類型。產生上述磨損現象的主要原因有曳引輪與曳引鋼絲繩不匹配、鋼絲繩選擇上的不完善以及張力不均勻等。因此，無論是對電梯的日常維護保養還是年度的檢驗檢測，及時地發現問題，現場通過充分的檢驗及排查才能正確地得出結論，然后采取相應的整改措施，從而保證電梯的正常運行。
