高空作业车大臂坠落事故分析

! "# $ % ! "# $ % 金属屑! 油箱内油液污染是引起故障的根本原 因"由于该机型液压系统采用回油过滤方式!油箱内 的油不经过滤直接进入泵体!油液污染后!很容易造 成泵磨损! 泵损坏后脱落的金属屑则随油液进入阀 体!并大部分积存在阀芯中!不随油液循环!也就不 能由回油过滤器滤出!为以后埋下了故障隐患" !" 起升机构出现溜钩现象 重物起升后!起升操纵杆停在中位时!所吊货物 不能保持在空中不动!而是缓慢地下降" 根据该机的液压系统图#图 #$!分析起升机构 的工作原理%起升系统有一个卷筒离合器控制回路! 当起重机吊钩上升或下降时!内张离合器 $ 接合!外 抱带式制动器松开&停止时!外抱带式制动器制动! 而内张离合器液压缸 $松开"一个主回路!当拉动起 升操纵杆! 使主控阀 %中的起升换向五位六通阀位 于上边两个位置时!被吊货物处于上升状态!位于下 边两个位置时! 被吊货物处于下降状态" 位于中位 时!被吊货物处于保持状态!根据换向阀在中位时的 工作原理!&’’&( 变量柱塞泵的压力油由主控阀 % 的 &’’&( 口进入起升换向阀! 由 ) 口流回小油箱 ’*!此时系统油压接近 +!起升平衡阀 , 的液控阀和 单向阀在弹簧及反向油压的作用下保持关闭状态( 分析故障时!首先进行吊货#质量 !"-$测试!起 吊停止后观察卷筒与外抱带式制动器! 两者之间没 有相对滑动!由此排除了外抱带式制动器故障)故障 只能在溢流阀’平衡阀和马达部位!拆检溢流阀’平 衡阀块! 发现平衡阀 ,阀芯回位弹簧端积存了少量 铜屑! 由于该车以前 &’’&( 变量柱塞泵曾经损坏 过! 因此我们认为这些铜屑可能是泵损坏时留在系 统中的!但清洗平衡阀 ,后试车故障并没有排除!因 此可以断定故障出在马达 ’.! 更换卷扬马达 ’. 后 故障被排除了" 而平衡阀 ,阀芯内的铜屑是由马达 ’. 的斜盘’ 滑靴磨损形成的"由于阀内结构复杂!积存在阀芯内 的铜屑很难随油液流入小油箱 ’*的回油滤芯中!若 不及时清理干净!很容易造成油液污染!使马达再次 发生故障" 油液污染对系统的使用影响很大! 在液压系统 的故障中!这样的泵与马达的故障屡见不鲜!在排除 这些故障时!应该仔细检查’清洗与之相关的阀体! 清理液压油箱!对液压油进行过滤!否则很难避免故 障的再次出现" 因此!在设备使用中!要注意保持液 压油的清洁度!防止维修’换油时受到污染!只有这 样才能减少液压系统故障!延长使用寿命" 通 信 地 址 !河 北 秦 皇 岛 港 务 集 团 公 司 流 动 机 械 公 司 ".%%..(# *收稿日期%(..*/.01’.$ (..! 年 ’( 月 , 日 ’$ 点 2. 分! 我市某单位职 工在高空作业车上检修路灯时! 由于高空作业车大 臂升降液压缸活塞杆突然断裂! 活塞杆从液压缸缸 筒中拔出!致使该职工从 ’034 高空坠落!经抢救无 效死亡) 事故发生后!笔者负责对该事故进行技术鉴定) 经现场勘察!带回了损坏零部件和相关资料!据此我 们进行了检测和分析) ’""""事故现场设备状况 发生事故时! 高空作业车处于最高作业高度 *!4567’034$! 大臂液压缸所处工作位置如图 ’ 所 示!其工作压力 "7’$8239&53) 天津市特种设备监督检验技术研究院 李建忠 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !"#$%&’()*+,- 关键词!高空作业车 事故 原因分析 """"""""""""""""""""""""""""""""#" " # """"""""""""""""""""""""""""""""# " " # 3 3 摘 要! 介绍高空作业车大臂支撑液压缸活塞杆断裂引发的事故! 就其零件损坏状 态!经材质及金相组织测试!结合零件使用状况进行综合分析!剖析事故原因) %$+ , 万方数据 ! "# $ % ! "# $ % 图 ! 活塞 !""""零件状态 !#"!$%&’((活塞杆尾部装半圆卡键!轴向固定 活塞用"处!槽底径)*+’(("断裂!见图 !"# !!"两个半圆卡键端面均有裂纹!见图 *"# !*",#-%’(( 活塞端面及 ./&"(( 内孔处有明 显的撞击变形痕迹!见图 -"# *""""力学计算 液压缸工作压力$!0$12/’345’% 液压缸直径$"0$-&’((% 活塞杆直径$#0$&&’((% 活塞杆危险截面直径!断裂处"$!0*+’((% 理论推力$%6780!"&0!""’!9-0$12/"""#$%&:- ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ ’ 0!;+’*+$!<"% 理论拉力$(=50!)&*0!""’"& ($&):- ’ ’ ’ 0$1>/"""’#$%&(#%%&*:-0$*$’+$,!-"# 活塞杆危险截面强度校核$ 拉应力 #. (=5:&.$*$’’+-;:!""*+!:-"0$$&>-345?#/& 式中$#/为 $0调质钢抗拉强度&#/.;*&11@&’345# 安全系数 &.#2:#.34%:##%5$.353,& 式中$#2 为 $0调质钢屈服强度.34% 678# 依据 AB9C/$&$D$++@ E臂架式高空作业平台F中 /2*2$的要求&承载部件的安全系数不应小于 /&该种 设备一般用于载人作业&显然该部件选用的安全系 数偏小&应适当加大危险截面直径# -’’’’鉴定物!活塞杆尾部"化学成分’热处理工 艺及金相组织分析 !"# 化学成分分析 依据 BG:C!!*对鉴定物制样做化学成分 分析&各元素含量!H"见 $# 分析结果表明&鉴定物材质为 -/钢&符合图纸 要求# 图 $! 大臂液压缸工作状况 图 !! !活塞杆尾部断裂处 图 *! !半圆卡键 ;@( ( 万方数据 ! "# $ % ! "# $ % ! "# $% & " ’# !( !) *+,- *+-. *+/0 *+*-1 *+*12 *+*1, 3*+**. *+1* 表 ! 鉴定物化学成分表 "#$ 硬度检测 依据 456-71819-***标准!用三用光学硬度计对 鉴定物按规定做 7点硬度检测!其硬度分别为"1:1 ;5#1:*<;5#1:-<;5$ 检测结果表明!鉴定物硬度检测值偏低!未达到 ,.钢调质后的硬度!不能满足设计图纸规定的 -12 !-..<;5的要求!使材料强度降低$ "#% 金相分析 %1&鉴定物断面宏观分析 鉴定物断裂成两部分! 断裂面位于活塞杆杆尾 槽根尖角处!是杆尾面积最小的部位’断裂面一侧凸 出!一侧凹进’ 用肉眼观察!大部分断口表面呈粗粒 状#有光泽#灰色!具有过载脆性断口的特征!该区域 为疲劳瞬断区’ 断口周边约 ,<== 宽的区域呈细粒 状#灰黑色#无光泽#且呈台阶状!有人字形放射状花 纹’ 这是因为在常温下由于过载幅度的突然变化或 材料局部机械性质的变化导致断纹扩展速率变化! 而使断口的痕迹或放射状条痕方向改变! 在宏观断 口上留下裂纹扩展的痕迹’ 可以说在其发生脆性 断裂前已形成周边约 ,<== 的裂纹’ 活塞杆杆尾 槽根尖角处正是疲劳源区所在’ 断口无明显塑性 变形!为典型的疲劳脆性断口’ %-&金相组织的微观分析 对鉴定物取样做金相试块!使用 $>?91型金相 显微镜进行观测!结果为" 纵断面非金属夹杂物"@粗!-级(A粗!18.级( 晶粒度等级"18.级’ 金相组织"珠光体 B 铁素体’ 铁素体成网状和 针状分布!构成魏氏组织!魏氏组织等级为 -8. 级’ 铁素体晶粒粗大!为过热组织’ 金相组织分析结果表明"鉴定物是 ,. 钢原材料 金相组织!非调质组织!且晶粒粗大!呈过热的魏氏 组织分布!造成材料机械性能恶化!即塑性差#冲击 韧性降低’鉴定物非金属夹杂物级别偏高!影响金属 机体的连续性!降低了材料的强度’ " 综合分析 %#& 按图纸设计要求! 活塞杆尾部最小截面处 %断裂处&!槽根底部工艺圆角仅为 !*8-!*87!实际观 察此处圆角很小!呈尖角状!应力集中十分严重!应 适当加大工艺圆角!减小应力集中’ %-&该设备顶升液压缸活塞杆尾部结构%图 .& 不甚理想! 因为该液压缸的结构形式使活塞与活塞 杆在工作时处于拉)压交变应力状态! 在拉压转换 时活塞会对活塞杆产生冲击! 很容易使活塞杆疲劳 破坏’建议此处采用螺纹连接使活塞轴向固定!可消 除冲击’ 综上所述!高空作业车作为载人的作业设备!应 具有很高的可靠性’ 承载部件的安全系数应满足设 计规范要求’ 顶升液压缸作为关键部件应在材料选 用#热处理工艺#连接结构形式以及加工精度上必须 高度重视!否则就会酿成悲剧!造成重大经济损失’ 参考文献 1< C5D-71819-***<<金属布氏硬度实验方法 -< 45:,/.8-900<<高空作业车技术条件 7< EC.*::91::0<<高空作业机械安全规则 ,< ECDF.1*191::0<<臂架式高空作业平台 通信地址 !天津市特种设备监督检验技术研究院 "%&&$!!# %收稿日期"-**,91*910& 18活塞杆 -8活塞 78半圆卡键 ,8挡圈 .8轴向挡圈 /8G 型密封圈 图 .! !活塞杆尾部结构 /:) ) 万方数据