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1、电梯失效分析技术电梯失效分析技术与典型事故案例研讨与典型事故案例研讨施鸿均施鸿均 上海市特种设备监督检验技术研究院上海市特种设备监督检验技术研究院导语导语 电梯事故，不仅是我们所有电梯人心头上的电梯事故，不仅是我们所有电梯人心头上的 “雾霾雾霾”，更是电梯安全领域里的，更是电梯安全领域里的“雾霾雾霾”， 在座的各位都是这个领域里的在座的各位都是这个领域里的“治霾治霾”高手，高手， 正是有了大家共同持续努力和推动，电梯安全正是有了大家共同持续努力和推动，电梯安全 水平才有了不断提升。为此，我们关注事故、水平才有了不断提升。为此，我们关注事故、 探讨事故、研究事故，正是借事故警示，拜事探讨事故、研
2、究事故，正是借事故警示，拜事 故为师，治事故之故为师，治事故之“霾霾”。主要内容主要内容失效失效(Failure) 失效失效(Failure)是指一台装置是指一台装置(或其零部件或其零部件)丧丧 失了在预定期限内的正常功能。失了在预定期限内的正常功能。 失效分析失效分析(故障分析故障分析): 分析失效的原因、对策分析失效的原因、对策 和预防的技术行为和管理行为称为失效分析或和预防的技术行为和管理行为称为失效分析或 故障分析。失效分析的目的在于减少设备失效故障分析。失效分析的目的在于减少设备失效 事件或故障的重复发生，提高其安全可靠性。事件或故障的重复发生，提高其安全可靠性。 机电类设备失效类型
3、机电类设备失效类型失失 效效金属构件金属构件非金属零部件非金属零部件电子元器件电子元器件 失效原因失效原因 机电类设备的金属零部件或构件在设计寿命内机电类设备的金属零部件或构件在设计寿命内 发生失效的原因是多方面的，归纳起来大致是发生失效的原因是多方面的，归纳起来大致是 由设计不合理、选材不当及材料缺陷、制造工由设计不合理、选材不当及材料缺陷、制造工 艺不合理、使用操作和维修不当等四方面引起艺不合理、使用操作和维修不当等四方面引起 的，可以是单方面的原因，也可能是交错影响，的，可以是单方面的原因，也可能是交错影响， 要具体分析。要具体分析。失效机理失效机理 尽管，机电类设备金属零部件或构件失效
4、在宏观上有尽管，机电类设备金属零部件或构件失效在宏观上有 很多表征形式，但是其失效的机理在微观方面主要表很多表征形式，但是其失效的机理在微观方面主要表 现为磨损、断裂和腐蚀。一个金属构件的失效可以是现为磨损、断裂和腐蚀。一个金属构件的失效可以是 其中一种微观机理引起，也可以是几种之间的组合和其中一种微观机理引起，也可以是几种之间的组合和 综合作用的结果。了解了这些微观机理，就有助于我综合作用的结果。了解了这些微观机理，就有助于我 们透过金属构件失效的宏观表征，认识其发生的内在们透过金属构件失效的宏观表征，认识其发生的内在 本质。本质。 磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损磨损分为粘着
5、磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损 和微动磨损五种形式和微动磨损五种形式 失效机理失效机理 断裂是零件在机械、热、磁、腐蚀等单断裂是零件在机械、热、磁、腐蚀等单 独作用或者联合作用下，其本身连续性独作用或者联合作用下，其本身连续性 遭到破坏，发生局部开裂或分裂成几部遭到破坏，发生局部开裂或分裂成几部 分的现象。分的现象。 机电类特种设备常见的其中的延性断裂、机电类特种设备常见的其中的延性断裂、 脆性断裂、疲劳断裂和环境断裂四种脆性断裂、疲劳断裂和环境断裂四种 失效机理失效机理 腐蚀失效腐蚀失效按金属与介质作用机理，腐蚀可分为两大类：按金属与介质作用机理，腐蚀可分为两大类： 化学腐蚀和电化学腐蚀
6、化学腐蚀和电化学腐蚀 机械失效机械失效 主要是机械部件磨损、断裂、腐蚀损害以及操作不主要是机械部件磨损、断裂、腐蚀损害以及操作不 当等导致当等导致 电气失效电气失效 环境条件变化、操作不当以及自身老化等原因导致环境条件变化、操作不当以及自身老化等原因导致 的设备损坏、性能、参数发生改变。的设备损坏、性能、参数发生改变。 （详见特种设备安全技术丛书详见特种设备安全技术丛书-特种设备事故应急与调特种设备事故应急与调 查处理查处理机电类分册）机电类分册）无损检测无损检测声振检测声振检测 油液分析油液分析 理化分析理化分析 电子元器件电子元器件 失效分析失效分析 无损无损 检测检测目视目视 射线射线
7、超声超声 磁粉磁粉 渗透渗透 声发射声发射 理化理化 分析分析机械机械 性能性能金相金相成分成分 分析分析应力应力 应变应变电子元器件电子元器件 失效分析失效分析宏观光学宏观光学 观测观测电性能电性能 测试测试试验应力试验应力 分析分析金相分析金相分析微观形貌微观形貌 观察观察 声发射监视法声发射监视法(AEM) 阴极发光法阴极发光法(CL) 电致发光法电致发光法(EL) 光致发光法光致发光法(PL) 深化能级瞬态能谱法深化能级瞬态能谱法(DLTS) 场离子显微镜法场离子显微镜法(FIM) 原子力显微镜法原子力显微镜法(AFM) 热激电流法热激电流法(TSC) 热激电容法热激电容法(TSCAP
8、) 热激表面电位法热激表面电位法(TSSP) 故障树分析故障树分析 利用布尔代数法求得该故障树最小割集为：利用布尔代数法求得该故障树最小割集为： X1、X2X3、X4X5、X4X6、 X4X7、X4X8、X4X9、 X4X10、X4X11、X2X12、 X13X14、X13X15、X2X16。该故障树中有该故障树中有13割最小割集，其中任意一个割割最小割集，其中任意一个割 集的基本事件发生，则顶上事件将会发生，集的基本事件发生，则顶上事件将会发生， 故障树分析故障树分析根据布尔代数法求的该故障树的最小径集为：根据布尔代数法求的该故障树的最小径集为：X1X2X4X13、X1X2X4X14X15、
9、 X1X2X5X6X7X8X9X10X11X13、 X1X2X5X6X7X8X9X10X11X14X15、 X1X3X4X12X13X16、X1X3X4X12X14X15X16、 X1X3X5X6X7X8X9X10X11X12X13X16、 X1X3X5X6X7X8X9X10X11X12X14 X15X16。 对事件最小径集加以控制即可控制顶上事件的发生，由此故障树对事件最小径集加以控制即可控制顶上事件的发生，由此故障树 的最小径集可以看出控制事件的最小径集可以看出控制事件X1X2X3X13的发生即可控制顶的发生即可控制顶 上事件的发生。上事件的发生。 电梯违章安装作业事故：电梯违章安装作业事
10、故： 事故简介事故简介 安装工艺手册安装工艺手册 吊具钢丝绳分析报告吊具钢丝绳分析报告 手拉葫芦技术参数手拉葫芦技术参数 现场施工情况介绍现场施工情况介绍 责任认定责任认定 预防措施预防措施 检验的风险点检验的风险点事故概况事故概况可能的原因可能的原因 违章作业？违章作业？ 吊装用的钢丝绳假冒伪劣？吊装用的钢丝绳假冒伪劣？ 吊装用手拉葫芦有问题？吊装用手拉葫芦有问题？ 现场安全管理不善？现场安全管理不善？ ？分析主线分析主线1、安装作业违章、安装作业违章2、吊装手拉葫芦问题、吊装手拉葫芦问题3、吊装钢丝绳伪劣、吊装钢丝绳伪劣4、现场安全管理不善、现场安全管理不善吊装钢丝绳的受力分析吊装钢丝绳的
11、受力分析模拟计算模拟计算6、断裂钢丝绳、断裂钢丝绳 失效分析失效分析 断裂的钢丝绳部分钢丝股断裂宏断裂的钢丝绳部分钢丝股断裂宏 观形貌观形貌 近断口钢丝颈缩形貌近断口钢丝颈缩形貌 事故钢丝绳横截面形貌事故钢丝绳横截面形貌 拉伸试验拉伸试验 在事故钢丝绳未损伤段取样，进行破断在事故钢丝绳未损伤段取样，进行破断 拉力测试，在大于拉力测试，在大于53kN时未破断。时未破断。 按按GB8903-2005标准，标准， 819S+FC结构类，直径结构类，直径10mm的的 钢丝绳强度级别为钢丝绳强度级别为1770MPa（最高）（最高） 时，最小破断力应为时，最小破断力应为51.9kN。化学分析化学分析 元素
12、元素CSSiMnPCrNiMoCu粗钢丝粗钢丝0.550.0100.230.600.0180.0230.0100.0130.010细钢丝细钢丝0.610.0070.230.610.0320.0180.0120.0130.013失效分析结论失效分析结论 1由化学分析结果可知，事故钢丝绳的粗钢丝材质相当于由化学分析结果可知，事故钢丝绳的粗钢丝材质相当于55钢，细钢丝材质相当钢，细钢丝材质相当 于于60钢（钢（GB/T699-1999）。）。 2 由宏观检测及由拉伸试验结果可知，事故钢丝绳为由宏观检测及由拉伸试验结果可知，事故钢丝绳为819S+FC类组，外径为类组，外径为 10mm，强度级别为，强度
13、级别为1770MPa（GB8903-2005）。）。 3由宏观检测可看到，断裂（弯折）段总长占钢丝绳套索周长约一半，表明吊装时由宏观检测可看到，断裂（弯折）段总长占钢丝绳套索周长约一半，表明吊装时 钢丝绳吊挂点两侧的夹角很大（约为钢丝绳吊挂点两侧的夹角很大（约为119，且不对称）。并由断裂区段的钢丝，且不对称）。并由断裂区段的钢丝 绳松散、绳芯外露、挤出多处破断的形态可推断，该段钢丝绳在使用中先期受到绳松散、绳芯外露、挤出多处破断的形态可推断，该段钢丝绳在使用中先期受到 异常损伤。异常损伤。 4. 由断口的宏观检测和扫描电镜分析可看到，事故钢丝的断裂均为过载断裂。由断口的宏观检测和扫描电镜分析
14、可看到，事故钢丝的断裂均为过载断裂。 5. 综合上述各项分析可推断，事故钢丝绳的断裂为过载性断裂，主要与钢丝绳布设、综合上述各项分析可推断，事故钢丝绳的断裂为过载性断裂，主要与钢丝绳布设、 使用不当有关。由于钢丝绳布设不当，在早期发生松散、绳芯断裂现象，使钢丝使用不当有关。由于钢丝绳布设不当，在早期发生松散、绳芯断裂现象，使钢丝 绳承载力大幅下降；同时承力夹角过大致钢丝绳承载过大，在挂钩处受挤压股先绳承载力大幅下降；同时承力夹角过大致钢丝绳承载过大，在挂钩处受挤压股先 期破断，随即各股相继瞬断。期破断，随即各股相继瞬断。分析主线分析主线1、安装作业违章、安装作业违章2、吊装手拉葫芦问题、吊装手
15、拉葫芦问题3、吊装钢丝绳伪劣、吊装钢丝绳伪劣4、现场安全管理不善、现场安全管理不善工艺过程工艺过程安全防护安全防护纠错纠违纠错纠违管理缺失管理缺失质量质量OK擅自改装擅自改装符合标准符合标准使用不当使用不当原因分析原因分析 （1）轿厢安装工艺分析）轿厢安装工艺分析 （2）实际安装工艺风险分析）实际安装工艺风险分析1）改装使用手拉葫芦的风险。）改装使用手拉葫芦的风险。2）悬挂钢丝绳使用不当的风险。）悬挂钢丝绳使用不当的风险。3）安全作业风险。）安全作业风险。主要结论主要结论 本起事故直接原因系电梯安装作业人员本起事故直接原因系电梯安装作业人员 违反西子奥的斯的安装工艺规定，在轿违反西子奥的斯的安
16、装工艺规定，在轿 厢内和轿顶采用手拉葫芦进行提升作业厢内和轿顶采用手拉葫芦进行提升作业 时，悬挂轿厢的钢丝绳发生过载性断裂，时，悬挂轿厢的钢丝绳发生过载性断裂， 致使轿厢连同致使轿厢连同4名安装作业人员一同坠落名安装作业人员一同坠落 底坑。底坑。预防措施预防措施1、西奥电梯公司应吸取事故教训，加强对协作单位电梯、西奥电梯公司应吸取事故教训，加强对协作单位电梯 安装环节的监督和管理，核查协作单位的资质、人员安装环节的监督和管理，核查协作单位的资质、人员 及实际施工能力，确保施工现场严格按照施工方案执及实际施工能力，确保施工现场严格按照施工方案执 行，杜绝施工中的违章操作，同时应强化杜绝类似事行，杜绝施工中的违章操作，同时应强化杜绝类似事 故发生。故发生。2、盈联物流公司应吸取事故
