鋼絲繩作為電梯最主要的安全部件之一,其質(zhì)量直接關(guān)系到電梯的安全運(yùn)行及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全.某小區(qū)電梯在空載運(yùn)行時(shí)突然停止運(yùn)行,經(jīng)維保人員檢查發(fā)現(xiàn)轎廂停在７樓與８樓之間的位置,其中一根鋼絲繩發(fā)生斷裂,斷繩一端卡在對(duì)重上.為了查明該電梯鋼絲繩斷裂失效的原因,防止類似事故再發(fā)生,筆者對(duì)其進(jìn)行了一系列理化檢驗(yàn)和分析.

中圖分類號(hào):TG１１５．２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１７)０５Ｇ０３７５Ｇ０３

鋼絲繩作為電梯最主要的安全部件之一,其質(zhì)量直接關(guān)系到電梯的安全運(yùn)行及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全.某小區(qū)電梯在空載運(yùn)行時(shí)突然停止運(yùn)行,經(jīng)維保人員檢查發(fā)現(xiàn)轎廂停在７樓與８樓之間的位置,其中一根鋼絲繩發(fā)生斷裂,斷繩一端卡在對(duì)重上.為了查明該電梯鋼絲繩斷裂失效的原因,防止類似事故再發(fā)生,筆者對(duì)其進(jìn)行了一系列理化檢驗(yàn)和分析.

１ 理化檢驗(yàn)

１．１ 現(xiàn)場(chǎng)勘察

該電梯投入使用時(shí)間２a(年)多,業(yè)主入住數(shù)量不到一半.據(jù)業(yè)主代表反映,電梯使用頻率不高.鋼絲繩的制造標(biāo)準(zhǔn)為 GB８９０３－２００５«電梯用鋼絲繩»,其中的非強(qiáng)制內(nèi)容與鋼絲繩制造商協(xié)商確定.鋼絲繩規(guī)格型號(hào)為 ８×１９S＋NFＧ?８ mm,右交互捻,最小破斷載荷為３３．５kN,外層鋼絲強(qiáng)度等級(jí)為１６２０ MPa,內(nèi) 層 鋼 絲 和 中 心 絲 強(qiáng) 度 等 級(jí) 為１７７０MPa.鋼絲的原材料如下:外層鋼絲為６０優(yōu)質(zhì)鋼,內(nèi)層鋼絲為 ４５ 優(yōu)質(zhì)鋼,中心鋼絲為 ６０ 優(yōu)質(zhì)鋼,鋼絲原材料均執(zhí)行 GB/T６９９－２０１５«優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼».

如圖１所示,電梯曳引輪上共有６根鋼絲繩,右側(cè)３根是新繩,左側(cè)３根為舊繩.斷裂鋼絲繩原本位于曳引輪最右側(cè),維保人員已將斷裂鋼絲繩換下,另外兩根未發(fā)生斷裂的鋼絲繩也一起被更換為新的鋼絲繩,剩下靠左側(cè)的３根鋼絲繩未更換.

１．２ 宏觀觀察

對(duì)斷裂的鋼絲繩進(jìn)行宏觀觀察,鋼絲繩斷口形貌如圖２所示,鋼絲繩斷口本為松散狀,用手握緊后斷口面基本平齊.鋼絲繩表面狀況如圖３所示,表面附有大量黑色油垢,鋼絲繩表面鋼絲局部有輕微的磨損現(xiàn)象. 對(duì) 鋼 絲 繩 直 徑 進(jìn) 行 測(cè) 量,結(jié) 果 為７．９８~８．１５mm,尚未達(dá)到鋼絲繩報(bào)廢尺寸.在鋼絲繩斷口附近進(jìn)行觀察,鋼絲繩表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)斷絲現(xiàn)象[１].

１．３ 化學(xué)成分分析

在斷裂鋼絲繩上取一小段解散,將外層、內(nèi)層及中心鋼絲分開,清潔表面污垢,然后采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀和碳硫分析儀進(jìn)行化學(xué)成分分析.鋼絲的化學(xué)成分分析結(jié)果見表１,可見所有鋼絲均符合 GB/T６９９－２０１５的技術(shù)要求.

１．４ 破斷拉伸試驗(yàn)

從斷裂鋼絲繩上取樣進(jìn)行破斷拉伸試驗(yàn),以檢驗(yàn)材料的力學(xué)性能是否滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求[２].鋼絲繩強(qiáng)度等級(jí)為非標(biāo)等級(jí),由客戶與制造商商定,強(qiáng)度等級(jí)要求為最大破斷力≥３３．５kN.試驗(yàn)結(jié)果顯示鋼絲繩的破斷力為３５．５０,３５．７３,３４．４３kN,可見結(jié)果符合該型號(hào)鋼絲繩的強(qiáng)度等級(jí)要求.

１．５ 掃描電鏡分析

將鋼絲繩斷口切取下來(lái),清洗干凈后置于掃描電鏡內(nèi)進(jìn)行觀察.圖４為斷口的低倍形貌,可見斷口平齊,其中部分鋼絲局部有擠壓、磨損等損傷[３].

圖５為鋼絲的正斷斷口形貌,可見斷口有明顯縮頸現(xiàn)象,斷頭呈錐形,為典型的拉伸斷裂形貌.鋼絲的斷裂源位于鋼絲心部,最外側(cè)為最終斷裂區(qū).圖６為鋼絲中心部位的放大形貌,可見斷口表面有大量的等軸韌窩,且韌窩周圍伴生二次裂紋[４].由圖７~９可見部分鋼絲受到不同程度的擠壓、磨損等損傷,斷裂源均位于鋼絲的心部,外側(cè)為最終斷裂區(qū)，表明鋼絲斷裂的主要原因與鋼絲局部受到損傷無(wú)直接關(guān)系[５].斷裂鋼絲中心部位局部放大形貌可見韌窩邊緣清晰,棱角分明,表明其為新鮮斷口,是由于受到軸向拉應(yīng)力而造成的斷裂.

２ 分析與討論

鋼絲繩材料的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求,破斷拉伸試驗(yàn)結(jié)果也符合該型號(hào)鋼絲繩的強(qiáng)度等級(jí)要求.經(jīng)宏觀檢查發(fā)現(xiàn),鋼絲繩表面鋼絲局部有輕微的磨損現(xiàn)象,但尚未達(dá)到鋼絲繩報(bào)廢尺寸,鋼絲繩斷口附近也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)斷絲現(xiàn)象.經(jīng)掃描電鏡分析,鋼絲繩斷口以杯狀斷口為主,并且多股鋼絲斷口基本平齊.鋼絲斷裂源位于鋼絲心部,表面局部受到輕微的擠壓、磨損,但與鋼絲繩斷裂無(wú)直接關(guān)系.斷裂鋼絲中心部位局部放大形貌可見韌窩邊緣清晰,棱角分明,表明其為新鮮斷口,是由于受到軸向拉應(yīng)力而造成的斷裂.

電梯正常運(yùn)行時(shí),曳引輪上６根鋼絲繩受力分布均勻.由于鋼絲繩斷裂后斷繩一端卡在對(duì)重上,由此可推斷,鋼絲繩在運(yùn)行過(guò)程中可能是由于單根鋼絲繩脫離繩槽或有異物進(jìn)入繩與繩槽之間,導(dǎo)致鋼絲繩局部被卡住.同時(shí)電梯繼續(xù)運(yùn)行,此時(shí)鋼絲繩由原來(lái)６根均勻受力變成單根受力,被卡住的鋼絲繩另一頭繼續(xù)被拉拔,當(dāng)載荷超過(guò)鋼絲繩的最大許用應(yīng)力時(shí),該鋼絲繩發(fā)生一次性過(guò)載斷裂.