通用桥式起重机起升钢丝绳断裂原因分析

摘 要：为查明某工厂一台通用桥式起重机钢丝绳断裂导致重物坠落的事故原因，沧州欧谱对断裂的钢丝 绳进行理化检验、对断口形貌进行观察、对钢丝绳滑轮组和防跳绳安全保护装置的结构进行分析。 结果表明：导致事故的直接原因是防跳绳安全保护装置的结构设计存在严重缺陷。

关键词：桥式起重机；钢丝绳；防脱绳装置；

断裂 中图分类号: TG162.83

文献标识码：A 文章编号：

General bridge crane hoisting wire rope Failure Analysis WANG Xinghua, JIANG Aihua, QI Kai,, LIU Boqing, LIU Zhengyi （Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing, Guangzhou Guangdong 510180, China） Abstract：To find out the cause of the accident which the weight fell because of the wire rope of a general-purpose bridge crane fracture at a factory. Fractured wire ropes was tested physically and analyzed chemically. Fractured morphology was observed. The structure was analyzed for pulley block of the wire rope and the device off the tank. The results indicate that the device off the tank for the wire rope has a serious defect of structure design. Keyword：overhead crane; wire rope; the device off the tank; fracture

某玻璃厂成品车间内使用通用桥式起重机吊运货柜，将货柜放置于货柜车上放。司机在下方操 作起重机装载货柜（23t），另两人在旁协助，作业过程中钢丝绳发生断裂，导致货柜坠落，砸中货 车，造成较大经济损失，幸无人员伤亡。事故起重机型号为QD32-7.8，工作级别为A5，起升高度 为5m，操作型式为地操式。其中起重钢丝绳规格为6×37+NF，采用65 钢制造，表面未经镀锌处理。 为查明钢丝绳断裂的原因，避免类似的生产事故的发生，本文对该起重机钢丝绳断裂事故的原因进 行了分析。

一、现场勘查及宏观分析 现场勘查发现该起重机采用单卷筒双绕钢丝绳结构，卷筒直径为Φ400mm，；吊具共两组动滑轮， 论文集 547 每组各三个（见图1-a），滑轮直径为Φ330mm，滑轮轴直径为Φ107mm，钢丝绳直径为Φ15.5mm。

根据事故现场复原，钢丝绳断裂部位距起重机上限位较近，断口以上（含卷筒上缠绕的4 圈） 钢丝绳存在严重断丝缺陷，长约6m，肉眼可见（见图1-b），且可观察到钢丝绳上存在明显的滑动摩 擦的痕迹；断口以下目测无断丝状况。 检查还发现钢丝绳滑轮组防护罩松动，紧固螺栓松动，滑轮与防护罩间隙达18mm。拆卸滑轮 组发现滑轮组的轴衬套上有明显的滑动磨擦的痕迹（见图1-a）。

a b 图1 钢丝绳断裂现场图片 Fig.1 Wire rope fracture site picture

二、理化检验 2.1 化学成分分析 采用ICP 测试法对断裂钢丝绳进行化学成分分析，见表1。对照实际测试值和《优质碳素结构 钢》（GB/T 699-1999）的技术要求值，可见该断裂钢丝绳的化学成分符合标准对65 钢的技术要求。 表 1 钢丝绳的化学成分（质量分数%） Tab.1 Chemical compositions of fractured wire rope （mass%） 元素 C Si Mn P S Cr Ni Cu 实测值 0.63 0.24 0.60 0.016 0.0092 0.034 0.008 0.010 标准要求值0.62～ 0.70 0.17～ 0.37 0.35～ 0.80 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.25 ≤0.30 ≤0.25 2.2 力学性能测试 钢丝是钢丝绳的基本强度单元。

起重钢丝绳的强度一般为1400~1700MPa 之间，本实验在图2 的B 区域（即未发生断丝处）取样，沧州欧谱分别做拉伸、扭转实验和显微硬度测试。结果（见表2）表明 钢丝绳的力学性能符合GB/T 20118-2006 《一般用途钢丝绳》的技术要求。

2011 年特种设备安全与节能学术交流会 548 表 2 钢丝绳的力学性能 Table 2. Mechanical properties of fractured wire rope 检验项目标准要求1 2 3 平均值 钢丝直径（mm） 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 钢丝破断拉力（N） —— 616.8 593.9 601.4 604.0 钢丝抗拉强度（MPa） 1570 1603.5 1544.0 1563.5 1570.3 最大扭转次数≥26 16.9 16.7 16.6 16.7 显微硬度（HV） —— 279 268 2.3 金相检验 从钢丝绳断裂部位截取轴向试样，经镶嵌、磨抛、浸蚀之后置于DMM-440C 型金相显微镜下观 察。其组织被均匀拉长，未见明显的增脱碳现象，近断裂面处与远断裂面处的显微组织基本相同， 均为―拉长索氏体+少量铁素体‖组织（见图4）。

图 4 钢丝绳金相图片（轴向） Fig.4 Metallographic of fractured wire rope （axial）

2.4 断口分析 将钢丝绳断口切割取样，仔细清洗后置于体视显微镜下观察，漆膜划格器http://www.qimohuageqi.com挑出特征断口置于JSM-6510 型扫 描电子显微镜下观察。断口低倍形貌观察结果表明钢丝绳在断裂前受到严重磨损和挤压变形（见图 5）。其中A 区域为钢丝绳磨损区域，C 区域和D 区域为挤压面，B 区域和E 区域为钢丝绳最后断裂 区或最终断裂面。断口微观形貌观察的特征主要为斜长韧窝（见图6），表明断裂为韧性断裂。论文集 549 a b 图 5 钢丝绳断口的显微形貌图 Fig.5 Fractured Microstructure of wire rope 图 6 断口高倍形貌图 Fig.6 Fractured morphology（High magnification） 2.5 无损探伤 在钢丝绳断口部位截取试样，采用MD120 型钢丝绳探伤仪进行缺陷探伤检查，依据《起重机 安全技术监察规程》和《起重机械用钢丝绳检验和报废实用规范》，未见超标缺陷信号。

三、综合分析 断裂钢丝绳的化学成分、金相检验和显微硬度测试结果表明该钢丝绳的原材料质量尚好，从钢 丝绳断裂的突然性以及宏观和微观形貌所反映的特征看，该钢丝绳断裂性质为严重挤压磨损导致不 能承受较大载荷而产生的断裂。 断裂钢丝绳直径为15.5mm，而吊钩滑轮组滑轮与防护罩间距达18mm，当吊钩触地松弛时，钢 丝绳很容易脱出滑轮槽在轴衬套上滑动运行，这时运行摩擦力远远大于钢丝绳在滑轮槽上运行产生 的滚动摩擦力，在载荷作用下，会产生严重的挤压磨损。并且根据《起重机安全技术监察规程》，在 工作级别为M5 时，钢丝绳直径与滑轮直径之比应为20，当钢丝绳在轴衬套上运行时，此时钢丝绳 的绳径比约为7，远远小于《起重机安全技术监察规程》的技术要求，钢丝绳产生很大的曲率，加 剧了钢丝绳的挤压磨损，最终在较大载荷（23t）作用下断裂。

[1]  2011 年特种设备安全与节能学术交流会 550 四、结论 该起吊用钢丝绳断裂性质为挤压磨损致使不能承受较大载荷而产生的断裂；钢丝绳脱出滑轮槽在 轴衬套上运行，产生较大滑动摩擦力，使钢丝绳磨损变形，并在大曲率和较大载荷作用下，加剧磨 损并最终在薄弱环节断裂。

参考文献： [1] TSG Q0002-2008 起重机械安全技术监察规程