摘要：社会经济的全面发展，高层建筑日益增多。在高层建筑中，电梯是十分重要的一项设备，其安全可靠运行直接关系到住户的出行安全。因电梯发生故障带来的事故不绝于耳，造成了极其严重的社会影响。因此文章结合实例，就电梯驱动主轴断裂失效展开相关论述。
关键词：电梯；驱动主轴；断裂失效
电梯曳引机的驱动主轴主要用于安装曳引轮，起到承载和传递动力的作用。如果发生断裂，电梯轿厢就完全失控，制动器也不可能将轿厢制停，驱动主轴的质量好坏直接关系到设备的安全运行。驱动轴应具有足够的强度和刚度，各种链轮在轴上可靠固定，轴上焊接部位应经探伤检查无缺陷后方为合格。
一、事故经过
某公司在进行电梯产品性能测试阶段，出现了电梯驱动主轴断裂事故。在试验过程中，该电梯上升到16楼时出现异常现象，随后电梯出现冲顶事故。测试人员发现异常后，迅速对电梯展开全面检查和分析，发现电梯驱动主轴出现断裂故障，断裂位置为轴承内圈的附近，轴承没有出现损坏现象。
二、电梯驱动主轴断裂失效的原因分析
（一）宏观检查
驱动主轴断裂成长短不一的两截，其中短的断轴上套有轴承内圈，断裂位置位于主轴台阶过渡区附近，靠近轴承内圈位置。通过观察驱动主轴断口，可判断
起裂源、扩展区、最后断裂位置。驱动主轴于边沿处线性起裂，裂纹先沿主轴外沿扩展，造成主轴边沿处呈台阶状开裂，然后向内扩展直至最后断裂。由于最后断裂区不在断口心部位置，且最终断裂位置处可见多条环形纹路，从而说明驱动主轴断裂为偏心扭转疲劳断裂。
（二）低倍组织分析
为验证驱动主轴表面进行过堆焊处理，在短的断轴断口附近截取横面试样，经打磨、抛光后，用10%（体积分数）硝酸酒精溶液进行侵蚀，试样的低倍组织。驱动主轴横截面存在分层现象，说明驱动主轴进行过堆焊处里；堆焊层厚度不均。
（三）化学成分
在断裂驱动主轴上分别截取主轴成分试样及堆焊层成分试样。试样经清洗、千燥、打磨后，采用合式直读光谱仪进行化学成分光谱分析，分析结果表明：驱动主轴的成分与GBlT 3077-2015《合金结构钢》中40Cr成分相接近，堆焊层成分与主轴成分差异较大。
（四）显微组织分析
在主轴断口附近截取横截面试样，经镶嵌、打磨、抛光后，用4%（体积分数）硝酸酒精溶液进行侵蚀，试样显微组织为柱状晶，局部可见过热态的魏氏组织；说明堆焊层、热影响区及母材区域的差异较大。
（五）硬度分析
在主轴断口附近截取横截面试样，经打磨、抛光后，进行硬度试验，主轴堆焊层平均硬度最低，为223HV0.5；热影响区平均硬度最高，为520HV0. 5，母材平均硬度为306HV0. 50硬度试验结果与显微组织分布吻合。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（六）综合分析
（1）通过对断裂驱动主轴宏观检查可知：驱动主轴断裂位置位于主轴台阶过渡区附近，该处为应力集中位置主轴最后断裂区不在断口心部，说明主轴受力不鸟主轴断裂为偏心扭转疲劳断裂，主轴于边沿处线性起裂，裂纹先沿主轴边沿扩展，造成主轴边沿处呈台阶状开裂，然后向内扩展直至最后断裂；在断裂主轴上发现的分界线，推测主轴进行过堆焊处理。（2）通过分析驱动主轴进行低倍组织分析可知：驱动主轴横截面有分层现象，从而印证主轴进行过堆焊处理，堆焊层厚度不均匀，由外往里依次为堆焊层，热影响区，母材区。（3）化学成分分析表明驱动主轴化学成分与GB/T3077-2015《合金结构钢》的40Cr成分比较接近，堆焊层成分与主轴成分差异较大。（4）通过分析断裂驱动主轴横截面金相可知：驱动主轴堆焊层组织为柱状晶，热影响区组织为回火马氏体，母材组织为回火索氏体；硬度试验结果差异较大，与显微组织分布吻合。（5）对主轴断口进行体视显微镜检查可知：驱动主轴线性起裂源区域较为平整，说明驱动主轴线性起裂源完全形成前经历较长的孕育期；最后断裂区出现的疲劳条带说明主轴断裂为疲劳断裂。结合主轴断口扫描电镜分析可知：主轴起裂源处可见韧窝形貌，说明主轴材料塑性较好；起裂源区能看到完整晶粒形貌，晶界上有析出物存在，说明晶界受到弱化，产生沿晶开裂扩展区形貌较为平坦；最后断裂区可见大量伴生二次裂纹，说明主轴最后在大应力下断裂。（6）电梯是上下运行，其曳引机的也不断进行负载的正反转运行，驱动主轴与轴承内圈装配后，长期往复运转过程中，驱动主轴与轴承内圈两者间出现间隙，轴承出现故障，曳引机驱动主轴显现振动并伴随有噪音的现象，为修复电梯，维修人员将驱动主轴轴承内圈磨损处作补焊处理，补焊后再进行机械加工。从显微组织分析可知，驱动主轴在补焊及后续加工后，表面堆焊层出现晶界上有析出物存在，说明晶界受到弱化，裂纹在应力集中处产生并扩展，最终导致驱动主轴断裂失效。
三、电梯驱动主轴断裂失效的维修建议及展望
在一般的机械设备维修中，传动轴轴承内圈在轴上转动的故障比较常见，比较省钱常用的修复方法也是堆焊至轴承位置，再进行机械加工，重新装配轴承使用。但是，电梯作为特种设备，其运行直接涉及人身安全，而且驱动主轴又是电梯曳引机中承重的主要部件，其断裂失效后电梯制动器也不能制停轿厢，效果严重。而相关法规标准未明确规定不能采用补焊的方法对驱动主轴进行修复，所以笔者建议特种设备的安全监察部门应禁止堆焊修复此类电梯驱动主轴，正确的修复方法是直接更换符合要求的驱动主轴。
同时，由于传统的单台曳引机驱动的大载重量载货电梯、大轿厢汽车电梯，在电梯启动瞬间往往会发生前后或左右的不平衡，导致轿厢的倾斜。若出现驱动主轴断裂失效现象，更是会直接危及到电梯的运行安全。因此采用双主机同步驱动的电梯能解决上述不平衡和轿厢倾斜的问题，使电梯运行正常、通畅，且能在同等条件下，使额定载重量增加一倍，由此可满足大载重量电梯的市场需求。双主机同步驱动电梯布置方案中在机房由两台曳引机和两组机房导向轮组成。在井道中由轿厢的轿顶前后两组轿顶导向轮及对重上部两组对重轮组。钢丝绳从第 1 台曳引机曳引轮一侧向下绕过一组对重轮，再向上固结在机房绳头螺栓上，曳引机另一侧钢丝绳向下绕过两组轿顶轮，向上绕过两组机房导向轮，向下再绕过两组轿顶轮，向上绕过第 2 台曳引机曳引轮，向下绕过一组对重轮，再向上固结在机房绳头螺栓上。这种布置方案在电梯启动瞬间，前后两台曳引同步启动，避免了轿厢前后的不平衡和倾斜现象。此项目已申报了国家发明专利。
综上所述，驱动主轴断裂为偏心扭转疲劳断裂。驱动主轴表面局部有过堆焊处理。在承受扭转交变载荷过程中，裂纹在主轴表面应力集中处萌生直至线性起裂，沿主轴周向及向内扩展，最后在大应力下断裂。电梯上下运行，曳引机驱动主轴在承受扭转交变载荷过程中，裂纹在主轴表面应力集中处萌生直至线性起裂，沿主轴周向及向内扩展，最后在大应力下发生偏心扭转疲劳断裂。断裂位置发生在轴承内圈补焊台阶应力集中的位置，这也就更加说明了驱动主轴的断裂与补焊有直接的关系。为有效避免电梯驱动主轴补焊而带来的断裂事故，在出现类似故障后，建议直接对驱动主轴进行更换。同时积极研发双主机驱动系统，最大限度的确保电梯的运行安全。
参考文献：
[1]李韦，高勇.双主机同步驱动电梯的研制[J].中国电梯，2019（05）
[2]武树生.电梯检验中的电气系统常见问题及解决措施[J].中国电梯，2019，30（01）
[3]雷纯，肖磊.曳引驱动电梯制动试验与检测方法探讨[J].中国电梯，2018，29（23）
[4]刘涛.曳引驱动电梯制动试验中制停距离研究[J].机械工程与自动化，2018（06）
论文作者:张亮
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/30
标签：主轴论文; 电梯论文; 内圈论文; 曳引机论文; 断口论文; 试样论文; 轴承论文; 《基层建设》2019年第11期论文;