淺談起重機械零件的失效模式及預防措施

【摘 要】起重機械零件的失效模式一般有磨損、變形、斷裂和腐蝕四種形式。本文從這四種形式論述了機械零件失效對起重機的危害及其預防措施。

【關鍵詞】磨損；變形

起重機械被廣泛地應用于各種物抖的起重、運輸、裝卸、安裝和人員輸送等作業中是現代工業生產不可缺少的設備，在現代企業生產中的作用越來越突出起。起重機械是以間歇、重復的工作方式 ， 通過起重吊鉤或其它吊具起升、下降，或升降與運移物料的機械設備。由于起重機械的使用頻率比較高，工作環境比較惡劣如高溫、高腐蝕、潮濕、粉塵等，因此在使用過程中，其技術狀態會逐漸變壞，這一過程是設備劣化的過程，起重機械組成的有關零件失效最終將導致起重機實體的損壞。起重機械零件的失效模式一般有磨損、變形、斷裂和腐蝕四種形式。

1.起重機械零件的磨損含義、危害、類型及預防措施

（1）起重機械在運轉中必然產生摩擦，相當一部分能量在克服摩擦阻力過程中被消耗掉，并轉換成摩擦熱而使零件升溫，表面層產生磨損。

（2）零件磨損后破壞了零件間的正常傳動關系，導致設備技術狀態變壞。磨損又是影響設備壽命的重要因素。

（3）磨損的主要類型有：機械摩擦磨損、磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損、微動磨損等。最常見的還是機械摩擦磨損，由于表面微觀不平，峰谷嚙合而刮平，或峰頂塑性變形而碾平。表現為尺寸、形狀、體積的變化。

（4）主要預防措施：

1）減少機械摩擦磨損的主要措施是摩擦表面要有合適的表面粗糙度，合理的配合間隙，表面間要合理潤滑。

2）減少磨料磨損一是防止和減少磨粒進入摩擦表面間；二是增強零件的抗磨性能。

3）減少磨料磨損在設計與修理中要注意選用合適的材料、速度、壓力、表面粗糙度、配合間隙等參數。如鋼對鋼，改成其一進行鍍銅或鍍銦的表面處理，或改成鋼對鑄鐵、銅合金、巴氏合金等；采用合理的磨合規范；注意潤滑系統的設計和維修，正確選擇潤滑材料等。

4）疲勞磨損一般發生在滾動摩擦或滾動加滑動的摩擦表面，多產生于潤滑良好的閉式傳動齒輪、滾動軸承等。影響疲勞點蝕的因素主要有材料、負荷、潤滑等。負荷控制在臨界值以下，可以預防點蝕或使點蝕發展速度緩慢；使用韌性材料不易發生疲勞點蝕。控制潤滑油粘度（不宜過小）、溫度（不宜過高），可以預防點蝕。提高鋼材質量可以提高抗疲勞性能；適當滲碳層的淬硬鋼，較小的表面粗糙度可提高疲勞壽命。

5）兩個表面間由于振幅很小的振動式的相對運動而產生的磨損現象稱為微動磨損。通常在過盈連接的接觸表面，片式摩擦離合器的摩擦片表面，鏈傳動的鏈節，成組板彈簧的彈簧板接觸面，以及一些受振動影響的聯接件如花鍵、銷、螺釘、螺母的接合面等，都可能出現微動磨損。正確選擇材料是提高耐磨性的關鍵；改進結構設計減少振動；正確使用維護。

2.起重機械零件的變形的危害、原因分析及預防措施

（1）起重機械零件過量的變形將引起零件失效。

（2）變形的原因可以從毛坯制造、機械加工、使用情況和修理質量等方面進行分析。

1）毛坯制造方面：鑄造、鍛造、焊接的毛坯都具有很大的應力，經熱處理的零件也存在的內應力。尤其是鑄造毛坯，形狀復雜，厚薄不均，在澆鑄后冷卻的過程中，形成拉伸、壓縮等不同的應力狀態。熱加工零件由于溫度差異，冷卻和組織轉變的先后不一都會形成殘余的內應力。毛坯的內應力是不穩定的，通常在12～20個月的時間內逐步消失。但隨著應力的重新分布，零件產生變形。

2）機械加工方面：如果毛坯是在有內應力的狀態下就進行加工，切除一部分表面層后，破壞了內應力的平衡，由于內應力重新分布，零件將發生變形。在切削加工過程中，由于裝夾、切削力、切削熱的作用，零件表層會發生塑性變形和冷作硬化，因而產生內應力，也會引起變形。

3）使用方面：在較惡劣的工況下工作，機械或個別零部件在極限載荷或超載情況下工作，溫度有時很高使屈服極限降低，均會使零件產生變形。由于操作不當使設備過載和產生高溫，從而使零部件變形。

4）修理質量方面：修理中如果不考慮被修零件已經變形，常常會造成零件更大的變形。尤其是采用焊接、熱處理、塑性變形法等修復工藝方法來修復零件時沒有考慮熱應力、相變應力的作用，壓力加工沒有考慮彈性后效（應變逐漸恢復而落后于應力的現象），以及內應力松弛等，都將會產生應力和變形。

（3）主要預防措施：

1）設計方面：起重機械及其零件在設計時，不僅要充分考慮如何實現機構的動作和零件的強度，而且對零件的剛度、變形以及零件在制造、裝配和使用過程中會發生什么問題也要充分考慮。

設計起重機械設備時，合理地布置各種零部件，改善零件的受力情況，可以減輕零部件的變形；設計機械零件時，盡量使零件壁厚均勻，可以減少熱加工時的溫度差異，從而達到減輕零件變形的效果。

2）工藝方面：在制訂毛坯制造工藝時，要重視變形的問題，采取各種工藝措施，以減少毛坯的殘余應力。在毛坯制成后，以及在后來的機械加工過程中，必須安排足夠的消除內應力的工序，力求減少零件中的殘余內應力。

在機械加工中，把粗加工精加工分成兩個工序，并在兩道工序中留出一段存放時間，有利于消除內應力；在機械加工過程中應盡量保留工藝基準，留給修理時使用，可以減少修理加工中因基準不一而造成誤差。

3）使用方面起重機械設備在使用過程中，必須嚴格按規程操作，嚴禁超載運行，違規運行和避免局部高溫，以減少零件變形的發生。

4）修理方面由于機械零件變形是不可避免的，所以在起重機械設備大修時不能只是檢查配合面的磨損情況，對于相互位置精度也必須認真檢查和修復。

3.起重機械減輕斷裂危害的措施

影響斷裂的因素是多方面的，應綜合分析提出減輕斷裂危害的有效措施。

3.1設計方面

減少應力集中。如焊縫通常是疲勞斷裂失效的起源，對T型焊接接頭（如起重機械翼緣板和腹板焊縫），取適當的幾何形狀，焊后打圓角，均能減輕應力集中的程度。

3.2工藝方面

延長零件疲勞壽命的最有效途徑是引入殘余壓應力，如板材噴丸強化處理、軸的冷滾壓加工等。

3.3使用方面

注意早期發生裂紋，定期進行無損探傷；盡量減輕零件的腐蝕操作，腐蝕會加快裂紋成長的速率；使用中要嚴格避免設備超載和減少沖擊。

3.4修理方面

注意斷口分析，以區別零件斷裂的形式、原因、起源和超載程度等。裂紋和斷裂零件要修復，如焊接、粘接、鉚接等方法。對不重要零件上的裂紋，可以鉆止裂孔以防止或延緩其擴展。注意修理操作對零件斷裂的影響。如修理中對零件的拆裝、存放、加工時均要力求避免零件表面的損傷，并保證達到零件表面要求的表面粗糙度。采用延長零件壽命的修復方法。對易產生斷裂的重要零件實行狀態監測。

4.起重機械零件的腐蝕的含義及預防措施腐蝕磨損是圍介質作用下，零件表面發生的以化學或電化學反應為主的磨損。它與其他形式的磨損相伴發生、相互影響和擴大作用，可產生嚴重的后果，特別是在高溫和潮濕的環境中尤為嚴重。減輕腐蝕危害的措施：正確選材；合理設計；覆蓋保護層；電化學保護；添加緩蝕劑；改變環境條件等。

5.結束語

通過對起重機械零件的失效模式及預防措施的研究有利于在日常生產過程中降低起重機械故障率減少維修成本，延長起重機械使用壽命，防止生產事故的發生，為企業多創利益保證企業安全生產。

【參考文獻】

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［２］馮之敬．機械制造工程原理．清華大學出版社．

［３］張青，王曉偉．起重機構造與使用維修手冊．化學工業出版社．