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[福建吊钩秤]电子吊秤的机械安全性(二)

 更新时间:2011-11-01 点击量:1552

 四、断裂事故案例分析 

1、材料缺陷引起的 10t 吊秤下连接件连接螺钉断裂连接螺钉为 M36,材料为 40Cr锻 件 , 热 处 理 状 态 为 调 质 , 硬 度HRC28—32。断 裂 螺  钉 的  金 相 见  图 1。 对 照GB3077-1999 合金结构钢标准可以看出,所用材料夹杂大小明显超过标准。这类较大的夹杂对材料力学性能的影响主要是降低材料的塑性、韧性和疲劳性能,特别是在高强钢内部,这类夹杂形成的应力集中在较低的应力水平下也能形成裂纹!而裂纹一旦出现,就会迅速扩大,zui终导致构件断裂。此外,该材料还有比较明显的偏析,也降低了材料强度。在另一起类似事故中,我们发现金相组织中有魏氏体存在。魏氏体的存在使钢的强度、塑性、韧性都大幅度降低,尤其是对冲击韧性影响zui大,甚至降低 50—70%。所以在比较重要的产品中是不允许魏氏体存在的。
2、偏大的吊钩导致的 10t 吊秤下连接件连接螺杆断裂
这是一个与吊秤机械结构和使用都有关的问题。吊秤的机械结构见图 2。结构的上部使用的是吊环螺钉。尽管用户声称实际称重量从未超过 10t,但还是发生了断裂事故。经过观察事故吊秤,发现螺杆系疲劳断裂。疲劳源左右对称,但是裂纹扩展区并不对称,断裂区约为整个截面的三分之一。断口初步观察表明,断裂区面积较小,断面致密,说明材料质量和热处理状态基本正常。螺杆受到了弯矩作用,才是导致断裂的主要原因。问题在于,弯矩何来?进一步仔细观察发现,吊环螺钉内环面上方有两处明显的压痕,疑是与吊钩的接触压痕。压痕距吊环的中心线比较远,经与用户沟通,该秤常在在一台 15t 的吊车上使用。也就是说,吊钩尺寸较大而吊环相对较小。在两者的接触处,吊钩的曲率半径大于吊环的曲率半径,所以就有了两个接触点。这就使得吊环螺钉受力以后不容易自动找到铅垂位置,容易形成图二所示的情形。在这种情况下,螺纹在受到拉力的同时,又经常受到一个附加弯矩的的作用,也可以说,螺纹是因为承受的是大小不确定,但是方向确定的偏心载荷而zui终导致断裂。
3、C 型吊钩直接连接下拉头导致传感器螺纹断裂这是一家金属制品厂的技改项目,于钢卷的搬运。额定起重量为 20t,实际起重量连 C 型吊钩总共 18t 左右。使用不到一年时间,传感器螺纹处断裂。经了解该厂起重操作规范,不存在操作失误。而传感器是用 40CrNiMoA 制造,热处理规范,螺纹直径 M52X3,似乎也不应该发生这样的事故。只好请金属材料检测中心做断口分析。分析表明,传感器材料的金相组织以及机械性能基本达到标准要求,没有发现可能导致断裂的缺陷。断口形态属疲劳破坏,左右两个疲劳源,大体在对称位置,疲劳扩展区占了断面三分之二以上。zui后断裂区电子显微镜扫描显示韧窝,属韧性断裂。但 是 断 口 分 析 不 能 说 明 弯 矩 是 怎样产生的所以还得从结构上找原因。原设计结构简图见图 4。与我们通常的电子吊秤不同的是,C 型吊钩直接通过轴销与下拉头相连接,而不是把 C 型吊钩挂在电子吊秤的吊钩上。我们知道,在起重作业过程中,重物通常要作上下、左右、前后运动,有匀速运动,也要有加速、减速运动。电子吊秤除了承受重物的重量外,不可避免地受到各个方向的附加惯性力。这些附加力有多少会传到传感器上,取决于机械结构设计。结构中,下轴销方向的附加惯性力不可避免地会传到传感器上,使传感器的螺纹受到弯矩作用。
这一分析后来又为另一起类似结构吊秤的断裂事故证实,断口形态也极为相似。本案中传感器的螺纹保证载荷高达 150t,然而仅在不到 20t 的重物作用下断了。关键的问题是重物在水平方向运动时产生的惯性力直接作用到螺纹上,该惯性力与保证载荷的方向垂直,对螺杆而言是一个弯矩。在这个弯矩和重力载荷的反复作用下,zui终发生疲劳破坏。有关教科书中在谈到螺纹联结的抗疲劳设计时提到,“在涉及抗疲劳设计时,应该强调的是结构接头的疲劳特征,而不是它的静强度。” 这也是我们在设计时应该加以注意的。只要注意到了,也就是可以防范了。