电梯部件断裂分析及其改进方案

电梯部件断裂分析及其改进方案 徐家麟

江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院 江苏 常州 213000

摘要：电梯组件雾起旋转连接作用，承载扭转载荷。该材料为ZG270-500中碳钢，具有一定的韧性和塑性、高强度和硬度以及良好的可切削性。工作时突然断了一根杠杆。现场检查表明，断裂面呈光泽，烧蚀严重，断裂面存在孔隙度和收缩孔隙度等缺陷。本文主要分析电梯构件的断裂分析及其改进方案。

关键词：断裂；金相组织分析；有限元分析；模拟浇注

引言

构建故障函数分析模型，进行故障检测，提高电梯维修效率，提出基于物联网的电梯机械钢丝绳故障在线监测方法。采用节点电压法分析电梯输送机钢丝绳时域误差数据。根据电梯输送机机械钢丝绳的故障特征分布进行负载平衡控制，构建电梯输送机机械钢丝绳贝叶斯网络检测模型，检测电梯机械钢丝绳辅助失效并智能诊断。

1. 电梯制动器结构形式及工作原理

电梯机械结构的核心是驱动系统。当前电梯驱动系统主要采用牵引驱动模式，该驱动模式的机械核心部件是牵引机。为了控制电梯牵引机的有效制动，确保电梯乘客的驾驶安全，电梯必须配备制动系统。同时，当控制电路的电源和电源停止供电时，必须自动工作，以确保电梯在发动机空载后，电梯能够在电梯停止时保持车内安静，吸收汽车的动能，并在制动条件下有效地停止电梯舱。牵引机的制动系统采用机电制动。制动结构主要包括：压缩弹簧、拉杆、电磁制动机构、顶针、制动臂部件、制动钳装配、制动轮等。电梯启动时，电磁铁处于电压下并锁定到位，顶出螺栓通过连杆与驱动制动臂打开的顶出杆延迟，制动臂压缩压缩弹簧。牵引机停止运转前，制动臂始终保持打开，顶针螺栓始终保持打开状态。电梯停止时，电磁铁松开，制动臂驱动制动臂和顶出螺钉，由于压缩弹簧的倒扣力而返回初始位置。此时制动弹簧对制动臂和顶针螺钉保持一定的压力。这个动作过程随着电梯的启动而停止了自行车。因此，斜顶螺栓作为制动连杆结构的重要组成部分起着重要作用。

2、断裂原因分析

外部股之间有一个挤压疤痕，由外部股之间的挤出引起。从伤疤的椭圆形状和伤疤出现的位置来看，力量来自相互挤压。另一个伤疤是由外伸与核心层之间的摩擦造成的。从瘢痕的放牧形态和外伸与内伸之间的接触位置，以及内伸中发现类似的挤压划痕，可以看出力来自内伸与外伸之间的相互挤压摩擦。当钢丝绳在使用过程中暴露于张力、弯曲、扭转、挤压和振动等复杂的交流应力和载荷时，钢丝绳的内芯无法调整钢丝绳之间的张力，导致钢丝绳的局部表面接触到钢绳之间的挤压、磨损和漏油，从而导致钢绳之间的挤压和摩擦。钢丝的内部纵向结构是一种正常的拉拔结构，即Sorbit +少量铁素体纤维结构，但钢丝表面磨损部分存在白色马氏体结构。该结构的形成是由于钢线材表面坚硬循环过程中钢线材表面温度的瞬时升高引起的，而钢线材内部处于正常温度状态，导致内部和外部温度差异较大，即钢线材内部相当于淬火介质，能迅速清除从奥氏体到马氏体结构的摩擦面，而淬火马氏体是一种韧性较差的硬、脆、有害结构。断裂钢丝基本上是外表面贴线，核心贴线完好无损，疲劳断裂表面齐平，主要发生在外表面贴线上。结合断裂面的微面表面形貌，钢丝断裂属于疲劳断裂。钢丝的疲劳源位于带有拉伸标记的一侧。疲劳源不仅是外部拉伸标记，而且是钢丝和钢丝之间的长期拉伸摩擦，容易引起应力集中，从而形成疲劳源。

3、结论及建议

通过对断裂的驱动主轴进行宏观检查，可以看出驱动主轴的断裂位置在主轴的台阶过渡区附近，这是应力集中的位置，主轴的最后一个断裂区不在断裂中心，这表明应力不均匀的主轴断裂是偏心扭转疲劳断裂，主轴在边缘开始线性开裂，裂纹首先沿主轴边缘扩展，导致主轴边缘呈台阶状开裂，然后向内扩展直至最终断裂；在断裂的主轴上发现的分界线被认为已经浮出水面。通过分析驱动主轴的宏观结构可以看出，驱动主轴的横截面是分层的，这证明主轴已经进行了堆焊，堆焊层的厚度不均匀，从外到内依次为堆焊层、热影响区和母材区。化学成分分析表明，在GB/T 3077—2015合金结构钢中，驱动主轴的化学成分接近40Cr，堆焊层成分与主轴有较大差异。通过对断裂主动轴截面金相组织的分析，可以看出主动轴堆焊层组织为柱状晶，热影响区组织为回火马氏体，母材组织为回火索氏体。硬度测试结果差异较大，与显微组织分布一致。主轴断裂的体视显微镜检查显示，驱动主轴的线状裂纹萌生源区域较为平坦，表明驱动主轴的线状裂纹萌生源在完全形成之前经历了较长的潜伏期。最后，断裂区的疲劳带表明主轴断裂是疲劳断裂。结合主轴断裂的SEM分析可以看出，在主轴的裂纹萌生处可以看到韧窝的形状，说明主轴材料具有良好的塑性。裂纹萌生区可见整体晶粒形貌，晶界上存在析出物，表明晶界弱化，导致沿晶裂纹扩展区形貌相对平坦。最后，在断裂区域可以看到大量伴生的二次裂纹，这表明主轴最终在高应力下断裂。电梯上下运行，电梯的曳引机也在负载的正向和反向连续运行。主动轴与轴承内圈装配后，在长期往复运行过程中，主动轴与轴承内圈之间存在间隙，轴承失效，曳引机主动轴出现振动并伴有噪音。为了修理电梯，维修人员会对驱动主轴轴承的磨损部分进行修复，然后在补焊后进行加工。从显微组织分析可以看出，驱动主轴补焊及后续加工后，堆焊层晶界存在析出物，表明晶界弱化，在应力集中处产生裂纹并扩展，最终导致驱动主轴断裂失效。综合分析：驱动主轴断裂为偏心扭转疲劳断裂。驱动轴的表面已经部分露出。在承受扭转交变载荷的过程中，裂纹从主轴表面的应力集中处开始，直至开始线性开裂，沿主轴轴向和向内方向扩展，最后在高应力下断裂。

4、加强电梯安全管理与维护保养的措施

4.1监管部门应对安全管理和维护保养加强监管

1. 特种设备安全监督管理部门应加强对各单位安全管理和维护保养的抽查，对抽查状况不好的单位、投诉率或故障率较高的单位以及检验不合格率较高的单位实施重点监管和关注。（2）特种设备安全监督管理部门可要求监管范围内的电梯加装远程监控系统，并与监管部门的数据库对接，实现大数据环境下的监管。（3）特种设备安全监督管理部门可在监管范围内推广实施电梯无纸化维护保养，通过信息化手段，对电梯维保时长、维保质量进行监控和管制。（4）特种设备安全监督管理部门可对“以修代保”等违法违规行为加大处罚力度，增加维保单位违法违规成本；可通过行业协会建立公约等可行方式抵制低价竞争，倡导促进维保市场的公平公正。

4.2电梯运行安全监测系统

总体设计。电梯运行安全监测系统是针对当前技术现状而构建的多功能综合性管理平台，借助传感器技术和无线通信技术，有效地提高了系统的信息化程度。将传感器分别安装在每个零部件上，形成相互联络且独立的分布式架构体系，通过无线通信将实时数据传送到系统当中，帮助管理人员进行实时研判。同时利用电子信息技术以及大数据分析技术，实现了有效的数据收集和动态管理，为应急处理提供了有力的信息支持。预警层：预警层分为两类。一类是预警，主要接收监控层传送到数据库后处理完成的信息，系统根据计算模型对信息进行分析，一旦出现系统规定的问题，就会向管理部门发出预警，提醒相关人员前往现场察看和维修。同时预警信息也会上传到核心数据库进行保存，在下一次接收到类似信息的时候就可以更加快速地进行预警判断。另一类是报警层，主要负责紧急状况的通报。例如电梯突然停止运行，报警层就会通过电铃和指示灯的形式提醒电梯所在楼层的乘坐者不要使用电梯。同时会通过网络向管理部门以及专业维修部门传送报警信息，减少中间的等待时间。如果电梯内有被困者，也可以按下报警按钮，系统会自动联系相关部门采取救援行动。

结束语

文中通过断裂原因分析，找出了铸造缺陷引起性能降低导致断裂的原因。并提出改进铸造工艺，提高热处理质量等措施，通过模拟浇注，实验验证，得到了优化改进的方案。

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