2.4 起重機典型失效模式分析

★2.4.1 金屬結構典型失效模式分析

1）斷裂。普通結構鋼脆性斷裂的臨界轉變溫度為-20℃，若在低于此溫度環境下工作，鋼材就容易發生脆性斷裂，破壞既突然又無可靠的計算方法進行預算，因而必須有低溫沖擊韌度的保證，使用高質量材料，在焊接方面還要采取減輕應力集中的措施。

2）疲勞破壞。實際作業超過設計規定的工作級別，循環次數超過利用等級，在交變載荷作用下，導致鋼結構早期疲勞破壞（如焊縫和母材開裂）。

3）穩定性破壞。

①起重力矩限制器失靈，人為超載或違章作業（如斜吊、起吊埋在地下的重物等），引起超載，造成整機傾覆。

②非工作狀態時沒有卡好夾軌器，造成強風下沿軌道滑行出軌，造成傾覆。

4）變形。金屬結構變形包括結構在長期滿負荷作用下的上拱度消失，或下撓度超過允許值造成的結構變形，以及在外載荷作用下造成的局部結構變形。

★2.4.2 零部件典型失效模式分析

1.吊鉤

（1）失效表現形式

1）疲勞性裂紋。鉤體疲勞性裂紋導致鉤體斷裂，繼而導致重物墜落。

2）開口度增大。吊鉤開口度增大，導致鋼絲繩脫鉤，引起重物墜落。

3）危險斷面磨損。危險斷面磨損，引起強度削弱，導致斷鉤。

4）吊鉤頸部斷裂。吊鉤頸部斷裂，導致重物墜落。

（2）失效模式

吊鉤表面出現疲勞性裂紋、開口度增大、危險斷面磨損和頸部斷裂等。

2.鋼絲繩

（1）失效表現形式

1）鋼絲繩斷絲。鋼絲繩斷絲通常具有隨機性，在單層股和平行捻密實型鋼絲繩經過鋼制滑輪的情況下，斷絲通常沿鋼絲繩隨機地出現在繩股的頂部，即外層股的外表面，鋼絲繩斷絲導致抗拉強度不足，最終導致斷繩。

2）鋼絲繩直徑減小。外部磨損是導致鋼絲繩直徑減小的原因之一，外部磨損可能是整體或是局部的，通常是由鋼絲繩與滑輪或卷筒的接觸或上下鋼絲繩之間的壓力引起。鋼絲繩直徑減小會導致鋼絲繩抗拉強度不足，最終導致斷繩。

3）腐蝕。腐蝕特別容易發生在海洋環境和工業污染的大氣環境中，腐蝕不僅會減小金屬截面積，導致鋼絲繩的強度降低，還會引起不規則表面，導致應力裂紋擴展，進而加速疲勞。嚴重腐蝕還會導致鋼絲繩的彈性降低。

4）畸形和損傷。鋼絲繩會出現波浪形、籠狀或燈籠狀畸形、繩芯或繩股突出、鋼絲突出、繩徑增大、局部扁平、熱或電弧損傷、彈性降低等。

（2）失效模式

鋼絲繩失效模式包括斷絲、直徑減小、腐蝕、畸形和損傷等。

3.滑輪

（1）失效表現形式

1）繩槽磨損?；喞K槽磨損不均，導致繩和輪接觸不良，使鋼絲繩磨損加劇。

2）心軸磨損?；喰妮S磨損量達公稱直徑的3%～5%，容易造成心軸斷裂，滑輪墜落事故。

3）滑輪卡滯。缺少潤滑、接觸面變形，導致滑輪轉不動，加劇鋼絲繩磨損。

4）滑輪松動。滑輪傾斜、松動，軸上定位件松動導致鋼絲繩跳槽。

5）滑輪裂紋。裂紋或輪緣開裂，導致滑輪損壞。

（2）失效模式

滑輪失效模式包括繩槽磨損、心軸磨損、滑輪卡滯、滑輪松動和滑輪裂紋等。

4.卷筒

（1）失效表現形式

1）疲勞裂紋。卷筒疲勞裂紋，會導致卷筒破裂。

2）磨損。卷筒軸、鍵磨損，軸被剪斷，導致重物墜落。

3）繩槽磨損。卷筒繩槽磨損和繩跳槽，磨損量達原壁厚的15%～20%，導致卷筒強度削弱，容易斷裂。

（2）失效模式

卷筒失效模式包括疲勞裂紋、磨損和繩槽磨損等。

5.齒輪

（1）失效表現形式

1）輪齒折斷。齒輪輪齒折斷，工作時產生沖擊與振動，繼續使用則會損壞傳動機構。

2）輪齒磨損。超期使用或安裝不正確導致輪齒磨損達原齒厚的15%～25%，運轉中有振動和異常聲響。

3）齒輪裂紋。齒輪裂紋，導致齒輪損壞，影響正常傳動。

4）鍵槽損壞。齒輪鍵槽損壞，使吊重墜落。

5）齒面剝落。熱處理質量問題導致齒面剝落占全部工作面積的30%，及剝落深度達齒厚的10%，滲碳齒輪滲碳層磨損80%層深。

（2）失效模式

齒輪失效模式包括輪齒折斷、輪齒磨損、齒輪裂紋、鍵槽損壞和齒面剝落等。

★2.4.3 機構典型失效模式分析

1. 傳動軸

（1）失效表現形式

1）裂紋，材質差或熱處理不當是傳動軸產生裂紋，導致軸損壞。

2）彎曲變形。軸彎曲超過0.5mm/m，會導致軸頸磨損，影響傳動。

3）鍵槽損壞。鍵槽損壞，導致不能傳遞轉矩。

（2）失效模式

傳動軸失效模式包括裂紋、彎曲變形和鍵槽損壞等。

2. 車輪

（1）失效表現形式

1）疲勞裂紋。踏面和輪輻輪盤有疲勞裂紋，會導致車輪損壞。

2）踏面磨損。踏面磨損達輪圈厚度的15%，會導致車輪損壞。

3）輪緣磨損。輪緣磨損達原厚度的50%，導致脫軌。

（2）失效模式

車輪失效模式包括疲勞裂紋、踏面磨損和輪緣磨損等。

3. 聯軸器

（1）失效表現形式

1）裂紋。聯軸器內有裂紋，導致聯軸器損壞。

2）磨損。聯接螺栓及銷軸孔磨損，制動時產生沖擊與振動，螺栓剪斷，在起升機構中則易發生吊物墜落事故。

3）輪齒磨損或折斷。齒形聯軸器輪齒磨損或折斷，導致聯軸器損壞。

4）鍵槽壓潰與變形脫鍵。聯軸器鍵槽壓潰與變形脫鍵，不能傳遞轉矩。

（2）失效模式

聯抽器失效模式包括裂紋、磨損、輪齒磨損或折斷和鍵槽壓潰與變形等。

4. 軸承

（1）失效表現形式

軸承失效表現通常包括剝落、斷裂、壓痕、摩擦、啃傷、沾污銹蝕、腐蝕、蠕變、變色、保持架損壞、燒傷、其他（電蝕、毛面、劃傷等）等形式。

（2）失效模式

軸承失效模式包括剝落、斷裂、壓痕、摩擦、啃傷、沾污銹蝕、腐蝕、蠕變、變色、保持架損壞、燒傷、其他（電蝕、毛面、劃傷等）。

5. 制動器

（1）失效表現形式

1）制動器抱不住。由于杠桿的鉸鏈被卡住、制動輪和摩擦片上有油污、電磁鐵鐵心沒有足夠的行程、制動輪或摩擦片有嚴重磨損、主彈簧松動和損壞、鎖緊螺母松動、拉桿松動、液壓推桿制動器葉輪旋轉不靈等導致制動輪不能閘住，造成重物下滑。

2）制動器不松閘。電磁鐵線圈燒毀、通往電磁鐵的導線斷開、摩擦片粘連在制動輪上、活動鉸被卡住、主彈簧力過大或配重太大、制動器頂桿彎曲推不動電磁鐵（在液壓推桿制動器上）、油液使用不當、葉輪卡住、電壓低于額定電壓85%，電磁鐵吸合力不足。

3）摩擦片磨損。閘瓦在松閘后，沒有均勻地和制動輪完全脫開，因而產生摩擦；兩閘瓦與制動輪間隙不均勻，或者間隙過?。欢绦谐讨苿悠鬏o助彈簧損壞或者彎曲；制動輪工作表面粗糙等。

4）制動器容易離開調整位置，制動轉矩不穩定，由于調節螺母和緊固螺母沒有擰緊或螺紋損壞。

（2）失效模式

制動器失效模式包括制動器不松閘、制動轉矩不足、閘瓦磨損不均、空運時間過長及溫度過高。

6. 減速機

齒輪、滾動軸承、軸等是齒輪減速機中的主要承載零部件，也是導致減速機故障失效的主要部位。減速機故障多數發生在齒輪部位。齒輪故障以局部故障為主，例如裂紋、崩齒等。減速機失效模式在第7章中將詳細介紹。