(2.14)--16金属构件失效分析.ppt

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1、起重机钢丝绳失效分析目录C o n t e n t背 景 介 绍总 结断 裂 分 析123背景介绍01背景介绍 一台2013年出产的LH5-34.48mA4 型桥式起重机正在吊运玻璃时，其钢丝绳突然断裂，引发人身伤害事故。该起重机为地面随行操纵，其额定重量5t，跨度34.48m，起升速度8m/s，工作级别A4，起升机构为钢丝绳电动葫芦，钢丝绳为光面6x37+FC 型、直径14mm，钢丝抗拉强度1770MPa，发生事故前起重机使用正常。事故起重机状况背景介绍 该电动葫芦桥式起重机用于吊运玻璃，每次起吊的玻璃重量44.5t 左右，再加上专用吊具重量，实际起吊重量接近其额定载荷，实际起升高度约2m，

2、而且起吊作业频繁。现场状况勘查 在发生事故时，该起重机正在向汽车吊运玻璃装车作业，钢丝绳突然断裂，致使吊起的玻璃随同吊钩、滑轮及专用吊具一起坠落在货车右侧尾部，在坠落物冲击力的作用下车体产生震动，导致车上的玻璃坠落压在作业人员身上而受伤。断裂分析02断裂分析 采用肉眼直接观察断口区域全貌、低倍放大镜观察钢丝磨损状况和扫描电子显微镜（SEM）观察断口形貌等技术手段，分析研究钢丝绳断裂原因。断裂分析 通过对事故设备详细勘查，现场发现钢丝绳断裂位置在起升钢丝绳绳端楔块固定下方约6 米处，并且伸至2 米的长度内均有不同程度的严重断丝，如图1 和2 所示。钢丝绳断丝分析图1 断头部位 图2 距离断头2米

3、部位断裂分析 从图1钢丝绳肉眼观察，可见钢丝绳的断头部位钢丝参差不齐，数量明显减少，靠近断头处存在大量断丝，断口的钢丝有所延展并且直径减小，对靠近断头处钢丝绳直径进行测量为11.3mm，直径减小19.3%。从图2钢丝绳尾端（距断头2米处）的观察，呈现比较严重的断丝，表面未见明显磨损，经测量该部位的钢丝绳直径为13.4mm，直径减小4.3%。该钢丝绳结构为637，整机工作级别为A4，出现大量断丝的钢丝绳段中存在陈旧性断口，应非人为破坏，并且断丝通常不可能同时大量产生。根据起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范要求，钢丝绳在6 d 的长度范围内断丝数量超过19根，该钢丝绳应予以报废；或起重机钢丝绳直径

4、减小量达到公称直径的7%时，即使为发现断丝，钢丝绳也应报废，从以上分析可以判断该钢丝绳在断裂之前已经达到报废标准。钢丝绳断丝分析断裂分析 从断头部位收集样品，采用超声波清洗仪清洗后置于显微镜下观察钢丝磨损情况，如图3 和4 所示。钢丝磨损分析图3 钢丝磨损 图4 钢丝裂纹断裂分析 从图3中可以看出钢丝绳钢丝表面存在明显的挤压变形痕迹，并且出现了明显的磨损，磨损痕迹沿着钢丝绳运动方向呈现出椭圆形状的外貌。通过图4放大观察，可以发现在磨痕的表面存在较多颗粒脱落造成的凹点，存在一个横向微裂纹，如图中箭头所示。这主要是由于在吊装作业时，在载荷作用下，使得钢丝绳与滑轮、钢丝与钢丝之间受到磨损及挤压变形，

5、当钢丝绳在上升下降作业时，绕过滑轮的过程中反复受到拉伸、弯曲及冲击等交变应力的作用形成疲劳，产生裂纹加剧了钢丝绳的疲劳断丝。钢丝磨损分析断裂分析 为了详细了解钢丝绳在该起事故中的断裂机理，从钢丝绳断头部随机获取15 个断裂钢丝样品，在扫描电子显微镜（SEM）下观察其断口形貌，如图58 所示。钢丝断口微观分析 图5 断口SEM 形貌 图6 断口SEM 形貌断裂分析 从图5 和6 断口形貌看，断口存在明显的缩颈现象，而且呈现大小不等的圆形及椭圆形凹坑的窝韧形貌，为韧性断裂断口的特征，这样形貌的样品有3 个；其余12 个样品形貌基本如图7 和8 所示，断面没有明显的塑性变形，断口基本上和轴向方向垂直

6、，为疲劳断口的特征，断口疲劳源区、扩展区和瞬时断裂区明显。钢丝断口微观分析图7 断口SEM 形貌 图8 断口SEM 形貌断裂分析 这主要是由于起重机进行吊运作业时，钢丝绳绕过吊钩滑轮频繁工作，受到拉伸和弯曲等交变应力的作用形成疲劳产生裂纹，随着钢丝绳通过滑轮次数的增加，疲劳裂纹不断扩展，最后导致钢丝断裂，断丝数量不断增加大，导致钢丝绳有效受力面积减小，钢丝所受应力增大，钢丝绳的承载能力降低，当剩余钢丝强度不能支撑所承受载荷时，导致钢丝绳瞬间断裂整体失效，在起吊重物时由于载荷强度超过钢丝绳的承载能力而造成的钢丝绳断裂。钢丝断口微观分析结论03结论 通过对事故起重机钢丝绳断裂的原因分析，该钢丝绳绕

7、过吊钩滑轮频繁工作，形成疲劳产生断丝，导致钢丝绳直径减小，并且长时间接近额定载荷作业，是造成事故的主要原因。在使用过程中，起重机械钢丝绳的检查是十分重要的，加强对钢丝绳的检查，特别是频繁绕吊钩滑轮的钢丝绳断，发现有断丝或磨损现象应及时更换，同时加强对在用起重机的日常维护、保养及安全管理，此类事故时完全可以预防的。参考文献：1起重机钢丝绳保养、维护、安装、检验和报废：GBT59722009S.2009.2起重机械安全规程：GB6067.12010 S.2010.3肖永清.起重钢丝绳的失效分析与安全使用J.金属制品，2010，36（6）：63-67.4高兴勇.钢丝绳断绳分析J.起重运输机械，2005（9）：35-37.5张平萍，王洁.电动葫芦用钢丝绳断裂事故分析J.金属制品，2008，34（3）：45-48.6陈伟刚，徐强，顾国明.电动葫芦桥式起重机钢丝绳断裂事故分析.公路桥梁.2016（62）：134-136THANKYOU