分享：某电梯钢丝绳断裂失效分析

钢丝绳作为电梯最主要的安全部件之一,其质量直接关系到电梯的安全运行及人们的生命财产安全.某小区电梯在空载运行时突然停止运行,经维保人员检查发现轿厢停在７楼与８楼之间的位置,其中一根钢丝绳发生断裂,断绳一端卡在对重上.为了查明该电梯钢丝绳断裂失效的原因,防止类似事故再发生,笔者对其进行了一系列理化检验和分析.

中图分类号:TG１１５．２ 文献标志码:B 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０５Ｇ０３７５Ｇ０３

钢丝绳作为电梯最主要的安全部件之一,其质量直接关系到电梯的安全运行及人们的生命财产安全.某小区电梯在空载运行时突然停止运行,经维保人员检查发现轿厢停在７楼与８楼之间的位置,其中一根钢丝绳发生断裂,断绳一端卡在对重上.为了查明该电梯钢丝绳断裂失效的原因,防止类似事故再发生,笔者对其进行了一系列理化检验和分析.

１ 理化检验

１．１ 现场勘察

该电梯投入使用时间２a(年)多,业主入住数量不到一半.据业主代表反映,电梯使用频率不高.钢丝绳的制造标准为 GB８９０３－２００５«电梯用钢丝绳»,其中的非强制内容与钢丝绳制造商协商确定.钢丝绳规格型号为 ８×１９S＋NFＧ?８ mm,右交互捻,最小破断载荷为３３．５kN,外层钢丝强度等级为１６２０ MPa,内 层 钢 丝 和 中 心 丝 强 度 等 级 为１７７０MPa.钢丝的原材料如下:外层钢丝为６０优质钢,内层钢丝为 ４５ 优质钢,中心钢丝为 ６０ 优质钢,钢丝原材料均执行 GB/T６９９－２０１５«优质碳素结构钢».

如图１所示,电梯曳引轮上共有６根钢丝绳,右侧３根是新绳,左侧３根为旧绳.断裂钢丝绳原本位于曳引轮最右侧,维保人员已将断裂钢丝绳换下,另外两根未发生断裂的钢丝绳也一起被更换为新的钢丝绳,剩下靠左侧的３根钢丝绳未更换.

１．２ 宏观观察

对断裂的钢丝绳进行宏观观察,钢丝绳断口形貌如图２所示,钢丝绳断口本为松散状,用手握紧后断口面基本平齐.钢丝绳表面状况如图３所示,表面附有大量黑色油垢,钢丝绳表面钢丝局部有轻微的磨损现象. 对 钢 丝 绳 直 径 进 行 测 量,结 果 为７．９８~８．１５mm,尚未达到钢丝绳报废尺寸.在钢丝绳断口附近进行观察,钢丝绳表面没有发现断丝现象[１].

１．３ 化学成分分析

在断裂钢丝绳上取一小段解散,将外层、内层及中心钢丝分开,清洁表面污垢,然后采用电感耦合等离子体发射光谱仪和碳硫分析仪进行化学成分分析.钢丝的化学成分分析结果见表１,可见所有钢丝均符合 GB/T６９９－２０１５的技术要求.

１．４ 破断拉伸试验

从断裂钢丝绳上取样进行破断拉伸试验,以检验材料的力学性能是否满足相关技术标准要求[２].钢丝绳强度等级为非标等级,由客户与制造商商定,强度等级要求为最大破断力≥３３．５kN.试验结果显示钢丝绳的破断力为３５．５０,３５．７３,３４．４３kN,可见结果符合该型号钢丝绳的强度等级要求.

１．５ 扫描电镜分析

将钢丝绳断口切取下来,清洗干净后置于扫描电镜内进行观察.图４为断口的低倍形貌,可见断口平齐,其中部分钢丝局部有挤压、磨损等损伤[３].

图５为钢丝的正断断口形貌,可见断口有明显缩颈现象,断头呈锥形,为典型的拉伸断裂形貌.钢丝的断裂源位于钢丝心部,最外侧为最终断裂区.图６为钢丝中心部位的放大形貌,可见断口表面有大量的等轴韧窝,且韧窝周围伴生二次裂纹[４].由图７~９可见部分钢丝受到不同程度的挤压、磨损等损伤,断裂源均位于钢丝的心部,外侧为最终断裂区，表明钢丝断裂的主要原因与钢丝局部受到损伤无直接关系[５].断裂钢丝中心部位局部放大形貌可见韧窝边缘清晰,棱角分明,表明其为新鲜断口,是由于受到轴向拉应力而造成的断裂.

２ 分析与讨论

钢丝绳材料的化学成分符合标准技术要求,破断拉伸试验结果也符合该型号钢丝绳的强度等级要求.经宏观检查发现,钢丝绳表面钢丝局部有轻微的磨损现象,但尚未达到钢丝绳报废尺寸,钢丝绳断口附近也没有发现断丝现象.经扫描电镜分析,钢丝绳断口以杯状断口为主,并且多股钢丝断口基本平齐.钢丝断裂源位于钢丝心部,表面局部受到轻微的挤压、磨损,但与钢丝绳断裂无直接关系.断裂钢丝中心部位局部放大形貌可见韧窝边缘清晰,棱角分明,表明其为新鲜断口,是由于受到轴向拉应力而造成的断裂.

电梯正常运行时,曳引轮上６根钢丝绳受力分布均匀.由于钢丝绳断裂后断绳一端卡在对重上,由此可推断,钢丝绳在运行过程中可能是由于单根钢丝绳脱离绳槽或有异物进入绳与绳槽之间,导致钢丝绳局部被卡住.同时电梯继续运行,此时钢丝绳由原来６根均匀受力变成单根受力,被卡住的钢丝绳另一头继续被拉拔,当载荷超过钢丝绳的最大许用应力时,该钢丝绳发生一次性过载断裂.