一起桥式起重机落物事故分析

1、臂伸至最外端,增加平衡力臂,从而构成检测龙门架。通过调整下层导向轮组偏心轴的偏心量即能对内立柱的垂直状态予以调节,以确保其处于绝对的垂直状态。此时,如果是移动式,则只需平行跨越被检测的集装箱,所有检测信号传至监控控制系统,就可以获得被检测集装箱的透视图像,完成检测任务;如果是固定式,则被测集装箱通过专门的牵引装置牵引通过龙门架,即可完成检测任务。参考文献1卫屏我国移动式集装箱检查系统的开发与应用J.交通与运输,2004(51作者:丁力永地址:北京市雍和宫大街52号邮编:100007收稿日期:2009-07-13一起桥式起重机落物事故分析曾钦达福建省特种设备检验院福州350003摘要:介绍了某水

2、电站1台125t电站通用桥式起重机落物事故概况,分析了事故原因,对事故工况下的开式小齿轮轴承座进行了受力计算,并对其材料的化学成分进行了分析。关键词:开式齿轮;轴承座;化学成分;机械性能中图分类号:TH215文献标识码:A文章编号:1001-0785(201003-0077-06Abstr ac t:This paper generall y describes a125t po wer statio n universa l bridge crane load fa lli ng acc i dent in a hydro2e lectr i c statio n,d iscusses t

3、he causes,calcu lates force i n fected on open gear beari ng sea t i n acc i den t cond iti on,and ana l y2zes t he chem ica l co mpositi on of t he ma teria l of the bear i ng seat1K eywords:open gear;bearing seat;che m ica l co m positio n;m echanical perfor m ance1事故概况某水电站1台125t电站通用桥式起重机2007年1月投入

4、使用,主要用于水电站设备检修。2009年3月,发电机组检修单位的操作人员使用该起重机吊装122t重的转子组件,在以低速挡下降过程中,起重机突然出现振动,发生吊物坠落事故,事故未造成人员伤亡。现场勘察情况如下:(1起重机吊钩砸落在发电机组机坑外约3m 处,动滑轮组有10绳保持完整,2绳拉断,吊钩的防脱绳装置完好,连接发电机转子的吊索完全脱落,见图1。(2起重机卷筒两端固定良好,卷筒表面未发现明显损坏,但卷筒上的钢丝绳压板脱落,压板螺柱从根部脆性折断,断口平齐,卷筒上有2根已拉断的钢丝绳,见图2。(3主起升卷筒上的开式大齿轮与减速器末图1吊物、吊钩情况端的开式小齿轮完全脱开,卷筒可自由转动,开式小

5、齿轮齿顶面整圈磨损严重并发蓝,靠减速器箱侧磨损更严重,达23mm,从减速器箱侧开始向外呈圆锥形,见图3。开式大齿轮齿面靠减速器箱侧有明显的不均匀刮痕且带有发蓝金属细屑,见图4。(4开式小齿轮的轴承座已破坏,靠开式大 图2卷筒压板、螺柱图3开式齿轮图4开式大齿轮齿轮一侧的底板与斜肋板连接处已完全断裂分离,2个螺栓连接完好。另一侧底板局部断裂分离,2个螺栓有明显刮伤呈横向挤弯,见图5。(5起重机减速器箱体靠近开式小齿轮侧薄弱处完全撕裂,并延伸至端面,减速器盖有1条明显裂口,裂口处箱盖向远离开式小齿轮侧错位了35mm,所有裂口为新造成的脆性破坏,见图6。但是减速器整体没有移位,通过减速器观察窗可见各

6、级齿轮啮合完整,未见明显破坏。(6联轴器连接的齿形完整,连接脱开,其位移方向与减速器箱体开裂后,箱壁板向远离开式小齿轮侧位移的方向一致,见图7。2事故原因211开式齿轮啮合破坏是造成事故的直接原因(1该起重机主起升机构的额定起重量为图5开式小齿轮轴承座图6减速器箱体图7联轴器125,t而事故发生时吊装的转子组件设计自重122,t未超过额定起重量,现场也未发现其他载荷,主梁、端梁等主要金属结构部件未见异常,因此不存在超载现象。(2起重机起升机构电路外部接线正常,电源未缺相,三相输入电压符合工作要求。电机、制动器、制动器控制接触器工作正常,变频器外观良好,各继电器触点未见烧伤、锈蚀和粘结现象,变频

7、器没有事故当时的故障记录,电机外观完好,电气控制系统正常。(3主起升机构的制动器为电力液压块式制动器,安装在减速箱靠高速轴侧,处于闭合状态,与底座连接未松动,制动臂、制动弹簧完好,制动轮没有划痕。制动轮、联轴器受减速箱开裂的影响,向减速箱侧横向错位,联轴器法兰压板被破坏,使高速轴从联轴器中脱离。说明事故发生时大、小开式齿轮副脱离啮合,制动器仅对减速器和开式小齿轮所产生的转动惯量进行制动,需要的制动力矩很小,因此,可以排除制动器先破坏造成事故的可能。(4起重机卷筒两端固定良好,卷筒表面未发现明显损坏,可以排除卷筒先破坏造成事故的可能。现场对起重机的主起升高度、钢丝绳绕绳方式、卷筒直径、吊物尺寸和

8、吊索长度等进行复核,起升机构卷筒上钢丝绳留有足够的安全圈,可以排除下降时安全圈不足造成钢丝绳压板脱落、压板螺柱从根部脆性折断的可能。(5该起重机为检修起重机,起升和下降的最快速度为119m/m i n,吊物从吊物底面距发电机层作业面34m的高度向下运行,大约116 211m in。如果发生快速挡下降未及时制动现象,现场有多名安装人员及业主代表,有足够的时间提醒司机制动,避免事故发生。即使没人提醒,吊物落地后,由于钢丝绳在卷筒上还留有足够的安全圈,起重机司机只要将操作手柄扳回零位或按急停开关或松手(起升机构的操纵杆是自动回零位的,起重机制动器都会失电抱闸,制停住卷筒,不会造成钢丝绳在安全圈内被拉

9、断。而且,吊物落地后起重机主起升机构已没有载荷,不可能造成大、小开式齿轮啮合破坏。(6从吊装转子组件的工序分析,若在吊物起升时/冲顶0,该起重机的位置应处在发电机组检修层上方。从事故发生时的作业情况看,该起重机的位置处在发电机层作业面上方,吊物正处在下降的过程,不应发生/冲顶0,且该起重机小车架下表面和安装在小车架下表面的定滑轮未见碰撞破坏的痕迹。因此,可以排除吊物/冲顶0,引发吊物坠落事故的可能。(7起重机减速器箱体虽然被撕裂,但减速器整体没有移位,各级齿轮啮合完整,因此,可以排除减速器首先破坏的可能。联轴器虽然脱开,但连接的齿形完整,也可排除联轴器首先破坏的可能。(8主起升卷筒上的开式大齿

10、轮与开式小齿轮完全脱开,卷筒可自由转动,并且主起升卷筒上开式大齿轮齿面整圈有明显的不均匀刮痕且带有发蓝金属细屑,与其啮合的开式小齿轮齿顶面整圈剪切严重,齿面咬合磨损严重并发蓝,是摩擦产生高温所致,说明开式大齿轮与开式小齿轮发生了严重挤压,并且是边挤压边脱开,最后导致啮合失效,整个传动系统失效,吊物坠落。因此,可以判定开式齿轮啮合破坏是造成事故的直接原因。212开式齿轮啮合破坏原因(1检查发现开式小齿轮轴承座的材料是铸铁,靠开式大齿轮一侧的底板与斜肋板连接处已完全断裂分离;另一侧底板局部断裂分离。经过计算,开式小齿轮轴承座的设计安全系数虽然能够满足GB/T381119835起重机设计规范6,但是

11、经过试验和分析发现,开式小齿轮轴承座的组织较疏松、组织不均匀且晶粒粗大,断口处有明显的缩松等铸造缺陷。材料的C含量偏高、P含量达到了上限值,抗拉强度平均值为90177MPa(最小值83156MPa,远低于GB/T943919885灰铸铁件6中HT200抗拉强度160MPa的要求。实际强度安全系数1119,低于GB/T3811的要求,而且又是脆性材料,在使用中突然的冲击载荷可能造成其断裂。(2冲击载荷来源起重机主起升机构钢丝绳总长为365m,根据该起重机图纸及现场勘察,主起升卷筒上共有64圈螺旋槽,钢丝绳在卷筒上第1层可缠绕的长度为L1=3114(D+d1/100064=167m第2层可缠绕的长

12、度为L2=3114(D+3d1/100064=180m事故发生时,吊钩上方滑轮组距卷筒底部约3m,该段绳长为36m。主起升机构钢丝绳在卷筒上排列紧密时接近排满2层,但由于钢丝绳在卷筒上排列到第2层时没有螺旋槽约束且入绳角较大,钢丝绳在卷筒上的第2层排列不可能很紧密,完全可能出现3层缠绕的情况。事故后起重机进行大修,改善了排绳状况,但是,由于卷筒长度不够,入绳角仍然达不到标准要求,动载试验中发现钢丝绳有时会排列成4层,并且钢丝绳会发生跳层,起重机械振动较大是冲击载荷的主要来源,当然起重机本身使用也会产生一定的冲击载荷。213开式小齿轮的轴承座破坏分析21311齿轮轴承座综合分析开式小齿轮轴承座靠

13、大齿轮一侧,轴承座的底板与斜肋板结构连接处已呈脆性断裂,另一侧的2连接螺栓孔处局部底板也呈脆性断裂,见图8。图8小齿轮轴承座破坏情况(1断口分析从图8可以看出,轴承座底板与斜肋板结构连接处为完全撕裂断口,从断口处取样后在扫描电镜下观察,图9为扫描电镜下断口形貌放大25倍和放大100倍的电镜照片。由图8、图9可以看出,材料组织较疏松、不均匀而且晶粒粗大,在断口处肉眼可以看见明显的缩松等铸造缺陷。图10给出扫描电镜观察拉伸试件断口形貌,从拉伸断口上暴露的大量石墨及断口形态可以看出断裂为多源断裂,每个片状石墨相当于1个微裂纹,裂纹的扩展大部分沿着片状石墨方向,或通过石墨片中间,或沿石墨与基体界面扩展

14、,属脆性断裂。(2轴承座材料化学成分分析在轴承座断口处取样,取样、制样及分析方法均按GB/T201232006和相关标准中的有关要求进行,分析结果见表1。由表1可知,C含量偏图9扫描电镜下断口形貌图10扫描电镜下拉伸试件断口高,P含量达到了上限值。但是,目前铸件的含P量一般控制在011%以下,此轴承座的含P量远远超出此值,含P偏高会使铸件在低温下变脆。表1化学成分分析结果%化学成分C S Si P Mn 轴承座断口315601048116801280175 HT200标准铸件壁厚2040mm31131301121161180130(0110016018(3轴承座材料机械性能测试进行机械性能测试

15、的试样是在失效的起重机轴承座处割取的,根据国标GB/T22820025金属拉伸试验方法6,从失效底座上割取并制作了拉 伸试验试件和压缩试验试件。其中拉伸试样3个,压缩试样2个。试验是在室温的恒温条件下缓慢加载。仪器为I nstron1185型万能试验拉力机。3个拉伸试样的抗拉强度分别为92189MPa 、95186MPa 和83156MPa (平均值为90177MPa,1号试样和2号试样是在轴承座断裂底板边缘处取样,而3号试样则取样于轴承座底板和斜肋板结构连接断裂处。可以看出铸件材料边缘处的抗拉强度比内部高,说明该起重机轴承座底板和斜肋板结构连接断裂处材料的抗拉强度达不到95186MPa 。图

16、11给出了失效轴承座材料2号试样拉伸试验曲线,轴承座材料拉伸时的应力应变关系呈一段微弯曲线,在较小的拉应力下就被拉断。从试验曲线上可知应变小于215%时被拉断,没有明显的直线部分,没有屈服和缩颈现象,是典型的灰口铸铁拉伸曲线。由图上可知,该试样的强度极限为95186MPa ,而HT200材料铸件厚度小于50mm 大于30mm 的铸件抗拉强度应大于160MPa ,故该起重机轴承座材料的抗拉强度达不到设计需要的材料HT200的抗拉强度,性能仅相当于HT100的机械性能。图11 2号试样拉伸试验曲线21312 事故工况下的开式小齿轮轴及轴承座受力分析(1基本参数:卷筒直径D =800mm,开式小齿轮

17、d 1=m z 1=2016=320mm ,开式大齿轮d 2=m z 2=2065=1300mm ,起升钢丝绳直径d =32mm ,起升绳倍率n =6,吊钩、滑轮组自重G 钩=5t ,起升高度小于50m ,载荷重量G 载=122t 。由于载荷重量比较大,钢丝绳自重忽略不计。6倍率滑轮组传动效率:G 滑=0195,滚子轴承机械效率G 轴承=0198,圆柱直齿轮机械效率G 齿=0196。根据GB /T 38111983,开式小齿轮轴承座应属于受惯性载荷影响小的零件,工作最大载荷取为动载系数<2与起升载荷的乘积。<2=1+0135v =1101。(2开式小齿轮轴是1个静不定梁的结构,但由

18、于设计单位未提供减速箱零件图,事故现场也不具备拆开减速箱测绘的条件,该静不定梁结构在减速器箱体内有3个约束点,当不需要求其内力时,可将开式小齿轮轴伸入减速器箱体部分近似简化为简支梁结构,见图12。图12 受力简图按钢丝绳在卷筒上为3层缠绕计算,轴承座尺寸和受力见图13。图13 轴承座受力图A A 截面抗弯模量W =2503535/6=5104117mm3卷筒转矩T c =(D +5d /2(G 钩+G 载/6<2/(G 滑G 轴承=8519(5+G 载<2开式齿轮副转矩T =T c /G 齿=8519(5+G 载<2/0196=8915(5+G 载<2圆周力F t =2

19、T /d 2=(2T /1300=01138(5+G 载<2径向力F r = F t tg20b= 01050 ( 5+ G载 2<2 Rx = 250 / 447 r = 01028 ( 5+ G载 <2 F Ry = 250 / 447 t = 01077 ( 5+ G载 <2 F R1 = (Rx 415+ Ry 225 /450= 01063 ( 5+ G载 <2 R= M /W = (R1 40 /51 04117= 01504 ( 5+ G载 <2 21313 开式小齿轮轴承座强度校核 壁厚为 35 mm 的 H T200最 小抗拉 强度 Rb

20、= 160MPa, 脆性材料屈服点 RsF = ( Rs + 017Rb /2= 0185Rb = 136 MPa 。 根据轴承座材料机械性能测试报告, 其抗拉强度 平均值为 90177 MPa 。 实际屈服点 Rc = 018Rc = 7712 MP a s F b 按钢丝绳在卷筒上为 3层缠绕, 计算应力 R= 01504 ( 5+ G载 <2 = 6417 MP a 安全系数 = RsF / R= 136 / 6417= 2110 实际安全系数 = Rc /R= 7712 /6417= 1119 sF 当吊重 122 t 钢丝绳在卷筒上为 3层缠绕时, 、 根据 GB /T 381

21、1 1983的 41318款表 30取载荷组 合 II 强度安全系数 nb 115 , 。设计强度安全系数 2110> 115 符合要求; 但实际的强度安全系数仅 , 为 1119< 115 不符合要求, 并且对于灰铸铁这种 , 脆性材料来说安全系数过小。 另外, 需要说明 的是 GB/T 3811 1983灰铸 铁的安全系数没有特别规定, 但是, GB /T 3811 2008的 612131111款表 42规定 nb 1148 对于灰 , 铸铁要增加 25% , 即 n b 118 。 质量, 尽量不要采用灰铸铁, 如一定要采 用则应 提高安全系数, 这些零部件的制造质量应 当严格 控制。 ( 3 目前, 大多数在用起重机 传动系统缺乏 双重保护, 传动 系统上任何一个机械部件 损坏都 可能导致吊 物坠落事故, 其安 全性值得探讨。建 议对用于起吊重要物品、危险品和熔融金 属等的 起重 机, 设 计 时 应 当 按 照 GB /T 3811 2008 的 611111313款规定, / 在钢丝绳卷筒上装设机械式 制动器做安全制动用, 此安全制动器在机 构失效 或传动装置损坏导致物 品超速下降, 下降 速度达 到 115倍额定速度前自动起作用 0。对于在用的这 类特别重要的起重机, 也应当按照该规定 进行