特种设备故障分析-起重机械

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：起重机械使用一定时间后，由于零件的磨损和疲劳等原因，会导致机构发生故障，甚至引起重大事故，因此必须重视对起重机械故障的分析、诊断与排除。作业人员必须学会正确判断起重机械的常见故障，根据运行中的异常现象，判断故障所在，查清原因并及时修理，以确保起重机械安全运行。③采用存在构造缺陷、普通材料的内六角头螺栓充当背轮轴是事故发生的重要技术原因。

起重机械使用一定时间后，由于零件的磨损和疲劳等原因，会导致机构发生故障，甚至引起重大事故，因此必须重视对起重机械故障的分析、诊断与排除。

作业人员必须学会正确判断起重机械的常见故障，根据运行中的异常现象，判断故障所在，查清原因并及时修理，以确保起重机械安全运行。

1.机械故障分析与排除

起重机械故障主要来自于制动器、减速器、卷筒、滑轮组、吊钩、联轴器、车轮等主要零部件，如图6-5所示。在使用过程中，它们之间由于相对运动产生磨损和疲劳，待损伤到一定程度就会发生故障。

（1）制动器的故障传动系统动作不灵活、销轴卡住、易损零件损坏、制动瓦块与制动轮间隙不当和电磁铁线圈烧坏以及制动器规格选择不符合要求，这些都会造成制动器失灵或工作不可靠。

（2）减速器的故障主要表现为齿轮齿面因疲劳点蚀和磨损而引起异常噪声，并出现传动不平稳，有振动、发热等现象，严重的磨损和振动可能导致断齿。

（3）联轴器的故障起重机械上常用齿式联轴器，在使用中齿轮常发生严重磨损，其主要原因是润滑不当以及安装精度差，在被连接的两轴之间有较大的偏移量，造成齿圈上齿被磨尖、磨秃，以至达到报废标准。特别是起升机构制动轮的齿式联轴器，常因制动轮摩擦发热产生较高的温度，使齿的润滑遭到破坏，齿的磨损特别严重。

图6-5 起重机械故障分析示意图

（4）卷筒与滑轮的故障卷筒与滑轮常见的损坏形式是绳槽的磨损。主要原因是空载时，钢丝绳在绳槽中处于松弛状态，而有负载时，钢丝绳则被拉紧，钢丝绳与卷筒或滑轮间产生相对的滑动。另外由于钢丝绳对绳槽的偏斜作用，使卷筒绳槽尖峰部被磨损。对有裂纹或轮槽磨损尺寸达到报废标准的卷筒和滑轮均不准继续使用。这是因为卷筒绳槽严重磨损易使钢丝绳脱槽跑偏，而滑轮轮缘破损易造成钢丝绳拉毛或脱槽卡住，最后被拉断而导致故障发生。

（5）吊钩的故障吊钩在作业中常受到冲击载荷的作用，因此要经常检查有无裂纹。吊钩钩口磨损要引起注意。它是由于在吊运中，钢丝绳在钩口处产生滑动摩擦而造成的。当磨损量超过报废标准时，禁止继续使用。吊钩的转动部位必须经常检查与润滑。

起重机械常见故障的分析与排除见表6-15。

表6-15 起重机械常见故障的分析与排除

（续）

2.电气故障分析与排除

根据起重机械的工作特点，电动机在运转中不应有异常噪声，发现异常应及时停车检查。电动机故障主要有不能起动、温升过高或功率达不到额定值等。

电气设备的工作环境比较恶劣，要承受冲击、振动、高温、灰尘和潮湿，容易发生故障。起重机械常见电气故障的分析与排除见表6-16。

表6-16 起重机械常见电气故障的分析与排除

（续）

3.金属结构故障分析与排除

起重机械的金属结构质量可直接影响起重机械的安全。为此，起重机械的金属结构必须同时满足强度、刚度、稳定性的要求。

起重机械主梁是金属结构中的主要受力部件，为了保证使用，主梁在空载时有一定上拱度。但是起重机械在使用过程中，常因超载、热辐射的影响以及修理不合格等因素造成主梁上拱度的消失，这会引起大车、小车运行机构的故障，造成车轮歪斜、跨度尺寸误差增大、小车轨距发生变化，从而影响小车安全平稳运行，严重时会发生大车及小车“啃道”现象。主梁严重下挠就会产生水平旁弯，腹板波浪变形增加，使起重机械在负载情况下失去稳定，甚至在主梁受力恶化情况下，腹板下部和下盖板之间焊缝会产生较大的裂纹，引起起重机械不能正常运行。起重机械常见金属结构故障的分析与排除见表6-17。

表6-17 起重机械常见金属结构故障的分析与排除

4.【案例6-3】工程施工升降机吊笼坠落事故(www.chuimin.cn)

（1）事故经过江苏省某市34层高层住宅楼进行屋内粉刷、水电安装施工。某日，D区A8楼工程的施工升降机西侧吊笼从地面送料上行至33层卸料后，下行逐层搭乘若干名下班工人人与1辆手推车，到26层时又进入4人，余3人因笼满只得转乘东侧梯笼。此时西侧吊笼内共载17人（含司机），关门后还未起动电动机，吊笼即开始下滑并失速下降，司机当即按下紧急按钮，但未能制动住吊笼，吊笼加速坠落至地。本次事故造成当场死亡4人，后在医院内陆续死亡7人，是11死6伤的重大设备安全事故。

（2）事故原因分析

1）技术原因。

①制动器制动力矩不足是本次事故技术方面的起因。

经解体检测结果表明，两台电磁制动器的制动力矩分别为25.5N·m、77.5N·m，实际总制动力矩为103N·m，小于升降机使用说明书规定的2×120N·m＝240N·m额定总制动力矩。事故发生时，吊笼净载荷达到1335kg，超过了现有制动力矩的承载能力，因而导致吊笼失速下坠。

②传动板未设置齿轮防脱轨挡块是吊笼坠落的主要技术原因。

吊笼在电动机的驱动下以额定工作速度运行时，防坠安全器输出端齿轮、驱动齿轮受到齿条较小的水平推力，背轮的轴尚能承受。在背轮的约束下，齿轮不会产生水平分离位移，齿轮—齿条的啮合侧隙通过调整背轮偏心轮的偏心量达到规定的要求。当吊笼失速下滑1～2m、瞬时速度达到0.8～1m/s时，防坠安全器产生闭锁动作，其输出端齿轮不转动，与吊笼共同坠落，齿轮撞击并支承在齿条上。发生撞击时，齿条下斜的齿面对齿轮产生很大的水平分力，推动齿轮向外水平位移。因而市场上大部分施工升降机吊笼传动板上齿条背部均加设了齿轮防脱轨挡块，如背轮失效则可依靠挡块防止齿轮脱离齿条。但坠落吊笼的传动板上却未设置防脱轨挡块，在吊笼坠落时，完全依靠下背轮阻挡齿轮传来的巨大的冲击水平分力，而此时下背轮轴六角头承受不了该分力，先偏转后六角头发生断裂拉脱，防坠落输出端齿轮失去水平约束而脱轨。

③采用存在构造缺陷、普通材料的内六角头螺栓充当背轮轴是事故发生的重要技术原因。

从上背轮轴查知，下背轮轴原为杆径φ20mm、8.8级高强度内六角头螺栓（螺栓上有标记），但在日常使用中损坏或失落后，维修人员用外形相近的杆径φ18mm、强度4.8级的内六角头螺栓代替。而现场发生拉脱断裂的普通材料的内六角头螺栓不但强度与承载能力大大低于高强度内六角头螺栓，其六角头的构造尺寸也有缺陷，导致其内六角头的抗拉能力大大低于螺纹根部截面的抗拉能力。

④传动板结构存在缺陷是事故发生的重要技术原因。

事故吊笼的背轮依靠偏心套调节齿轮—齿条的啮合间隙，调节后紧固螺栓轴的螺母产生摩擦力紧固，偏心轮无固定措施、螺母无防松措施。再者，背轮轴安装在水平长孔内，在水平推力作用下可能产生横向滑动，使啮合间隙超标时，两者处于半啮合状态，传动中各轮齿逐个剧烈敲击齿条各齿，强大的冲击水平反力推动背轮轴在长孔中滑动，并导致螺母松动，进一步增加了齿轮—齿条分离量，形成重大安全隐患。事故发生时，上背轮螺栓轴的紧固螺母松动，背轮轴松弛下垂，失去对齿轮的水平约束作用。下背轮螺栓轴的紧固螺母因经常松动，被维修人员锤击变形咬死螺栓轴。在防坠安全器输出端齿轮—齿条间逐渐增强的撞击力的水平分力偏心作用下，螺栓轴只能沿水平长孔向反方向摆动并发生倾斜，由此承受了轴向冲击力，将具有构造缺陷的内六角头螺栓（六角头抗剪强度小于横截面抗拉强度）剪切破坏，导致下背轮脱落。因传动板上未设置齿轮防脱轨挡块，防坠安全器输出端齿轮完全失去水平约束而与齿条分离，导致防坠安全器完全丧失了安全保护功能。

⑤产品技术资料不完善，为本次事故发生的重要原因。

该施工升降机出厂合格证签署时间为1996年，但在坠落吊笼传动板标牌上签署的出厂时间为1999年8月，而生产厂家为同一建筑机械厂，说明该传动板并非原配，而是将同厂家、同规格、不同生产日期产品的吊笼更换混用，也未见维修、更换记录。

事故发生时现场无《使用说明书》，事故发生后由生产厂家提供了同型号产品的《使用说明书》。其中虽规定了电磁制动器摩擦片厚度、摩擦片与制动盘的间隙及制动力矩的测试方法，但未说明制动力矩的调整方法，不能指导维修人员正确进行日常保修。

2）人为原因：现场设备安装、维修人员责任心差、技术水平低是本次事故的重要原因。

①设备安装人员安装前将其他施工升降机的吊笼随意调换到本机上使用，使存在问题的吊笼投入现场使用。

②设备安装、维护、作业人员未能熟知设备各装置的功能，对背轮的作用、防坠安全器在坠落时卡住吊笼的原理了解肤浅，因此对设备无防脱轨挡块的重大安全隐患浑然不知。

③未按《使用说明书》的规定定期检测电磁制动器的制动力矩并及时调节制动力矩至符合规定。

④在背轮轴损坏或丢失后，维修人员未仔细检查，就随意用普通材料的内六角头螺栓代替8.8级高强度螺栓作为背轮轴，大大降低了其承载能力。

（3）事故教训

1）安装施工升降机前应进行全面深入的检查。首先应检查相关技术文件，包括：产品制造许可证、出厂合格证、使用说明书、主要部件的合格证等，并且作业人员应持有效上岗证。然后应该检查设备情况。

①钢结构：针对导轨架、吊笼、附着杆系等，应检查是否有导致承载能力下降的变形，焊缝有否裂纹。发现存在严重问题的部件不得使用，并及时更换合格的部件；发现存在一般问题也应及时整改。

②传动装置：针对电磁制动器的电动机，应检查电动机起动、制动是否正常，并按《使用说明书》中说明的方法检测制动力矩是否达到规定数值，并及时调试。

③安全保护装置：针对防坠安全器、行程开关等，防坠安全器应按照规定及时送往具有专业资质的检测机构进行检测。吊笼内的上、下限位行程开关调试位置应准确，断电可靠。

④背轮及防脱轨装置：背轮的偏心轮调节偏心量后，应有锁片锁定偏心轮的位置，以保证齿轮的啮合间隙在正常范围内。背轮轴不得采用市场上的普通螺栓代替，而应到设备原厂家购买专用高强度螺栓轴或销轴更换。不得使用未设置防脱轨挡块的传动板。背轮安装孔不宜制造为长孔，如为长孔，背轮在调节齿轮间隙后应有可靠的固定措施。

2）施工升降机投入使用前应进行全面检测。施工升降机使用前应向具有检测资质的单位提出检测申请，检测合格并取得合格证后，才能投入使用。

3）在日常使用中应进行严格管理。在设备日常使用中，按《使用说明书》及各项要求，对设备定期进行检查，并对存在的安全隐患及时维修、整改，并由检查责任人填写并签署日常检查、维修记录。现场应对照要求严格进行自检并消除隐患。现场专职设备管理人员应通过学习提高职业责任心，并逐渐提高自身的专业技术水平，才能在日常生产中进行行之有效的安全管理。

特种设备故障分析-起重机械

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