2.4 起重机典型失效模式分析

★2.4.1 金属结构典型失效模式分析

1）断裂。普通结构钢脆性断裂的临界转变温度为-20℃，若在低于此温度环境下工作，钢材就容易发生脆性断裂，破坏既突然又无可靠的计算方法进行预算，因而必须有低温冲击韧度的保证，使用高质量材料，在焊接方面还要采取减轻应力集中的措施。

2）疲劳破坏。实际作业超过设计规定的工作级别，循环次数超过利用等级，在交变载荷作用下，导致钢结构早期疲劳破坏（如焊缝和母材开裂）。

3）稳定性破坏。

①起重力矩限制器失灵，人为超载或违章作业（如斜吊、起吊埋在地下的重物等），引起超载，造成整机倾覆。

②非工作状态时没有卡好夹轨器，造成强风下沿轨道滑行出轨，造成倾覆。

4）变形。金属结构变形包括结构在长期满负荷作用下的上拱度消失，或下挠度超过允许值造成的结构变形，以及在外载荷作用下造成的局部结构变形。

★2.4.2 零部件典型失效模式分析

1.吊钩

（1）失效表现形式

1）疲劳性裂纹。钩体疲劳性裂纹导致钩体断裂，继而导致重物坠落。

2）开口度增大。吊钩开口度增大，导致钢丝绳脱钩，引起重物坠落。

3）危险断面磨损。危险断面磨损，引起强度削弱，导致断钩。

4）吊钩颈部断裂。吊钩颈部断裂，导致重物坠落。

（2）失效模式

吊钩表面出现疲劳性裂纹、开口度增大、危险断面磨损和颈部断裂等。

2.钢丝绳

（1）失效表现形式

1）钢丝绳断丝。钢丝绳断丝通常具有随机性，在单层股和平行捻密实型钢丝绳经过钢制滑轮的情况下，断丝通常沿钢丝绳随机地出现在绳股的顶部，即外层股的外表面，钢丝绳断丝导致抗拉强度不足，最终导致断绳。

2）钢丝绳直径减小。外部磨损是导致钢丝绳直径减小的原因之一，外部磨损可能是整体或是局部的，通常是由钢丝绳与滑轮或卷筒的接触或上下钢丝绳之间的压力引起。钢丝绳直径减小会导致钢丝绳抗拉强度不足，最终导致断绳。

3）腐蚀。腐蚀特别容易发生在海洋环境和工业污染的大气环境中，腐蚀不仅会减小金属截面积，导致钢丝绳的强度降低，还会引起不规则表面，导致应力裂纹扩展，进而加速疲劳。严重腐蚀还会导致钢丝绳的弹性降低。

4）畸形和损伤。钢丝绳会出现波浪形、笼状或灯笼状畸形、绳芯或绳股突出、钢丝突出、绳径增大、局部扁平、热或电弧损伤、弹性降低等。

（2）失效模式

钢丝绳失效模式包括断丝、直径减小、腐蚀、畸形和损伤等。

3.滑轮

（1）失效表现形式

1）绳槽磨损。滑轮绳槽磨损不均，导致绳和轮接触不良，使钢丝绳磨损加剧。

2）心轴磨损。滑轮心轴磨损量达公称直径的3%～5%，容易造成心轴断裂，滑轮坠落事故。

3）滑轮卡滞。缺少润滑、接触面变形，导致滑轮转不动，加剧钢丝绳磨损。

4）滑轮松动。滑轮倾斜、松动，轴上定位件松动导致钢丝绳跳槽。

5）滑轮裂纹。裂纹或轮缘开裂，导致滑轮损坏。

（2）失效模式

滑轮失效模式包括绳槽磨损、心轴磨损、滑轮卡滞、滑轮松动和滑轮裂纹等。

4.卷筒

（1）失效表现形式

1）疲劳裂纹。卷筒疲劳裂纹，会导致卷筒破裂。

2）磨损。卷筒轴、键磨损，轴被剪断，导致重物坠落。

3）绳槽磨损。卷筒绳槽磨损和绳跳槽，磨损量达原壁厚的15%～20%，导致卷筒强度削弱，容易断裂。

（2）失效模式

卷筒失效模式包括疲劳裂纹、磨损和绳槽磨损等。

5.齿轮

（1）失效表现形式

1）轮齿折断。齿轮轮齿折断，工作时产生冲击与振动，继续使用则会损坏传动机构。

2）轮齿磨损。超期使用或安装不正确导致轮齿磨损达原齿厚的15%～25%，运转中有振动和异常声响。

3）齿轮裂纹。齿轮裂纹，导致齿轮损坏，影响正常传动。

4）键槽损坏。齿轮键槽损坏，使吊重坠落。

5）齿面剥落。热处理质量问题导致齿面剥落占全部工作面积的30%，及剥落深度达齿厚的10%，渗碳齿轮渗碳层磨损80%层深。

（2）失效模式

齿轮失效模式包括轮齿折断、轮齿磨损、齿轮裂纹、键槽损坏和齿面剥落等。

★2.4.3 机构典型失效模式分析

1. 传动轴

（1）失效表现形式

1）裂纹，材质差或热处理不当是传动轴产生裂纹，导致轴损坏。

2）弯曲变形。轴弯曲超过0.5mm/m，会导致轴颈磨损，影响传动。

3）键槽损坏。键槽损坏，导致不能传递转矩。

（2）失效模式

传动轴失效模式包括裂纹、弯曲变形和键槽损坏等。

2. 车轮

（1）失效表现形式

1）疲劳裂纹。踏面和轮辐轮盘有疲劳裂纹，会导致车轮损坏。

2）踏面磨损。踏面磨损达轮圈厚度的15%，会导致车轮损坏。

3）轮缘磨损。轮缘磨损达原厚度的50%，导致脱轨。

（2）失效模式

车轮失效模式包括疲劳裂纹、踏面磨损和轮缘磨损等。

3. 联轴器

（1）失效表现形式

1）裂纹。联轴器内有裂纹，导致联轴器损坏。

2）磨损。联接螺栓及销轴孔磨损，制动时产生冲击与振动，螺栓剪断，在起升机构中则易发生吊物坠落事故。

3）轮齿磨损或折断。齿形联轴器轮齿磨损或折断，导致联轴器损坏。

4）键槽压溃与变形脱键。联轴器键槽压溃与变形脱键，不能传递转矩。

（2）失效模式

联抽器失效模式包括裂纹、磨损、轮齿磨损或折断和键槽压溃与变形等。

4. 轴承

（1）失效表现形式

轴承失效表现通常包括剥落、断裂、压痕、摩擦、啃伤、沾污锈蚀、腐蚀、蠕变、变色、保持架损坏、烧伤、其他（电蚀、毛面、划伤等）等形式。

（2）失效模式

轴承失效模式包括剥落、断裂、压痕、摩擦、啃伤、沾污锈蚀、腐蚀、蠕变、变色、保持架损坏、烧伤、其他（电蚀、毛面、划伤等）。

5. 制动器

（1）失效表现形式

1）制动器抱不住。由于杠杆的铰链被卡住、制动轮和摩擦片上有油污、电磁铁铁心没有足够的行程、制动轮或摩擦片有严重磨损、主弹簧松动和损坏、锁紧螺母松动、拉杆松动、液压推杆制动器叶轮旋转不灵等导致制动轮不能闸住，造成重物下滑。

2）制动器不松闸。电磁铁线圈烧毁、通往电磁铁的导线断开、摩擦片粘连在制动轮上、活动铰被卡住、主弹簧力过大或配重太大、制动器顶杆弯曲推不动电磁铁（在液压推杆制动器上）、油液使用不当、叶轮卡住、电压低于额定电压85%，电磁铁吸合力不足。

3）摩擦片磨损。闸瓦在松闸后，没有均匀地和制动轮完全脱开，因而产生摩擦；两闸瓦与制动轮间隙不均匀，或者间隙过小；短行程制动器辅助弹簧损坏或者弯曲；制动轮工作表面粗糙等。

4）制动器容易离开调整位置，制动转矩不稳定，由于调节螺母和紧固螺母没有拧紧或螺纹损坏。

（2）失效模式

制动器失效模式包括制动器不松闸、制动转矩不足、闸瓦磨损不均、空运时间过长及温度过高。

6. 减速机

齿轮、滚动轴承、轴等是齿轮减速机中的主要承载零部件，也是导致减速机故障失效的主要部位。减速机故障多数发生在齿轮部位。齿轮故障以局部故障为主，例如裂纹、崩齿等。减速机失效模式在第7章中将详细介绍。