起重机械设备失效模式和安全评估基础知识俞中建

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1、起重机械设备失效模式和安全评估基础知识俞中建上海市特种设备监督检验技术研究院一、起重机械设备失效模式（一）基本概念1.失效——是指一台装置（或其零部件）丧失了在预定期限内的正确功能；2.故障——是指一台装置（或其零部件）在应达到的功能上丧失了能力；上述两者的区别是：故障应可排除而可恢复其应达到的功能，而失效则强调其已“在预定期限内”丧失了正常功能，即强调其已处于不正常状态。3.失效模式——一般是指能被观察或者测量出来的一种失效现象。4.起重机械设备和零部件的主要失效模式是：磨损、变形、断裂、腐蚀等宏观现象。（二）失效的宏观现象1.磨损失效通常磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳

2、磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种形式，这也是起重机械使用中常见的磨损。2.断裂失效断裂可分为延性断裂、脆性断裂、疲劳断裂和环境断裂四种形式。3.腐蚀失效腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。4.变形失效起重机械金属构件的塑形变形达到一定程度时，将发生失稳现象，承载能力降低，影响其他部件的正常工作。（三）起重机械的失效起重机械的失效可以由一种或多种过程引起，其失效形式可以是单一的过程现象，也可以是组合的过程现象，其结果是一个宏观现象的表征。如腐蚀一般被认为是单一的过程，过程表征是构件表面受到腐蚀损伤；疲劳一般也被认为是单一的过程，由周期变动载荷引起构件的机械损伤，过程表征是构件中疲劳裂

3、纹的萌生、扩展以至断裂。腐蚀或疲劳各是独立的一种失效形式，而腐蚀疲劳则可认为是组合的过程现象，由于其出现的普遍性、后果的严重性，并且腐蚀与疲劳互相增强，往往不作为是两个单一失效形式的同时出现，而是两者组合有协同效应引起的一种失效形式。在腐蚀疲劳失效中，活性腐蚀的存在会加剧疲劳过程，而周期变动的疲劳载荷的存在又加剧了腐蚀过程。腐蚀疲劳已被作为一种独立的失效形式。二、起重机械的安全评估（一）为什么要对起重机械进行安全评估自改革开放以来，我国的制造工业、钢铁工业、建筑业等都得到了极大的发展，起重机械得到广泛的使用，特别是一些大型或特大型起重机械的使用也越来越多。由于此类起重机械价

4、格昂贵，制造周期长，维护成本高，在使用了一定的年限后，如何正确评估这些在用起重机械的状况，保证起重机械安全可靠使用，这是使用者最为关心的问题。我们定检规则正文第十四条提出了这个问题，目的就是对此类起重机械进行安全评估工作，对设备存在的缺陷和问题提出有针对性的安全意见和建议，实现延长设备的使用寿命；对确实存在重大缺陷和安全隐患，无修复价值的设备，作出判废的建议。（二）评估具体对象和内容的确定1.由于起重机械品种繁多，每个品种的起重机都有各自的特点，因此，评估方案必须具有针对性。首先，应确定评估对象的品种，如流动式起重机和铸造起重机的安全评估方案肯定是不同的。2.由于使用工况，

5、使用年限，使用场合，操作人员，管理人员等都不尽相同，因此，起重机在使用过程中表现出来的特征和使用方的要求也不尽相同，所以评估侧重的内容也就需要确定。要确定内容，还必须在仔细查阅了起重机的相关技术资料后，经与使用方的沟通（了解使用方的要求），最后再进行起重机械安全评估方案的编制。3.一般而言，起重机械由三大部分组成：钢结构、机械系统（起升和运行机构等）、控制系统（电气或液压系统等）。因此，评估内容大致可以划分为以上三大部分。安全评估的基本内容和要求是：（1）钢结构的疲劳损伤或存在的缺陷；（2）机械传动系统存在的缺陷，磨损和损伤状况，系统能耗状况；（3）控制系统的先进性，电气元

6、件的老化程度，液压系统的泄漏情况，液压元件的可靠性，系统能耗状况；（4）起重机械的整机状况。（三）起重机械安全评估方案编制的要求根据确定的安全评估内容，可以合理地编制有针对性的安全评估方案。1.针对整机状况可编制起重机械使用现状分析方案将起重机的各个部分分解成若干个单元，每个单元里包含各3项目，每个项目所处的状况确定一个分值范围（分值范围可咨询一定数量的专家，归纳总结得出经验值的范围）。对桥式起重机建议设置如下的起重机评估单元：设备管理单元、金属结构单元、主要零部件单元、电气保护单元、安全防护装置单元、载荷试验单元及其他。2.针对钢结构可编制钢结构的状况分析方案起重机钢结构

7、的安全评估，主要从以下几个方面开展：（1）建立钢结构数学分析模型，对钢结构承载能力采用许用应力法或者核算或用极限状态设计法进行核算；（2）钢结构载荷试验测试和缺陷的测试；（3）钢结构主要受力焊缝的探伤；（4）钢结构使用寿命的估算（含设计寿命）。寿命估算一般有以下几个方法：①根据使用工况进行计算，得到估算寿命；②对起重机过去工况的估算和对现阶段工况进行测试，叠加后得出估算寿命。钢结构的状况可根据上述估算、测试结果进行分析，进而得出钢结构的状况。3.针对传动系统可编制机械传动系统状况分析方案（1）建立传动系统的数学模型