机械式停车设备失效模式研究及针对性检验方法

尤海珍富 阳

（1.包头市特种设备检验所 包头 014030）

（2.广东省特种设备检测研究院中山检测院 中山 528400）

机械式停车设备失效模式研究及针对性检验方法

尤海珍1富 阳2

（1.包头市特种设备检验所 包头 014030）

（2.广东省特种设备检测研究院中山检测院 中山 528400）

研究机械式停车设备失效模式对于安全管理、检验、事故预防和分析等具有重要意义。本文通过研究机械式停车设备的失效原因和失效表现形式，进而针对失效模式提出重点检验部位和相应检验方法。

停车设备 失效模式 检验方法

随着我国汽车拥有量的不断提高，机械式停车设备（以下简称：停车设备）得到快速发展，但由于制造、使用、检验等环节技术相对滞后，因停车设备失效导致的事故时有发生。研究其失效模式对于停车设备安全管理、检验、事故分析和预防等具有重要意义。

停车设备有很多种类，常见的九种类型停车设备安全主要由以下部分组成：钢结构框架、载车板、传动提升系统、控制系统、安全防护装置等。

笔者通过对停车设备失效模式的研究，得出其失效模式主要有如下几种：钢结构框架失效；传动提升系统失效，控制系统失效；安全防护失效。

1 钢结构框架失效

钢结构框架的失效模式包括疲劳损伤、焊缝开裂、结构腐蚀、结构变形等。结构失效往往具有隐蔽性，可能对停车设备和相关人员造成安全隐患。

1.1 疲劳损伤

停车设备的钢结构框架一般由支柱、横梁、腹杆和支撑动力及附属装置的上、下支撑梁等组成，支柱通过螺栓与基础相连。传动系统安装在钢结构上，由传动部件和张进装置组成。停车托架与传动链条相连，驱动装置和传动系统驱动托架运行，实现车辆存取和停放。停车设备钢结构长期承受交变载荷易引起疲劳损伤，可能引起疲劳损伤的力很多，包括使用过程中收到的各种力，钢结构框架受力包括钢结构自重、驱动电机和减速器重量、驱动电机对支撑梁的反作用力矩、链条及上下链轮重量、张紧装置的张紧力、托架重量和车辆载荷等。

预防钢结构疲劳损伤的方法是改进钢结构设计和改善钢结构受力。尽量做到外形的合理化，在设计过程中减少应力集中；提高钢结构表面质量，因为在承受弯曲和扭转的构件中，其最大应力均发生在构件的表层。提高构件表面强度，常用的方法有表面热处理和表面机械强化两种方法。表面热处理常采用高频淬火、渗碳、氰化、氮化等措施，提高表层抗疲劳强度能力。表面机械强化常采用滚压、喷丸等，使构件表面形成预压应力层，降低最容易形成疲劳裂纹的拉应力，提高表层强度。

钢结构框架疲劳损伤的重点检验部位包括停车设备钢结构拐角等应力集中部位、安装电机和减速器等震动较大部位、链轮轴和张紧轮轴附近、托架和车辆载荷集中部位等。一般使用磁粉检测，其中荧光磁粉检测灵敏度优于普通磁粉检测。

1.2 焊缝开裂

停车设备的钢结构焊缝以及焊缝的热影响区产生开裂的可能性很大，包括焊缝强度不够、焊接缺陷、焊接结构不合理、焊接工艺不当等。焊缝可能有漏焊、烧穿、裂纹、气孔、严重咬边、焊瘤熔渣及焊高不够等缺陷，而裂纹是最严重的焊接缺陷。

重点对钢结构存在应力集中的焊缝进行载荷试验和磁粉或渗透检测。磁粉检测灵敏度优于渗透检测。

1.3 钢结构的腐蚀

停车设备常使用在封闭或半封闭的地下环境，环境中存在空气潮湿或者有积水，易引起腐蚀。另外车体本身的一些油污等均可能导致钢结构框架的腐蚀，腐蚀会使停车设备金属构件整体或局部减薄使承载能力下降，导致构件的性能下降，最终失效。

钢结构腐蚀检验时，观察是否做了防腐处理和防腐层状况，目视观察腐蚀状况，用涂层测厚仪测量防腐层厚度，用电火花测试仪检测防腐层致密性用超声波测厚仪检测结构件剩余厚度等。

1.4 钢结构的变形

钢结构在长时间的使用过程中，受外力和应力集中载荷的影响，易出现钢结构变形，导致停车设备失效。

对于钢结构变形检验，可以先空载目测观察，然后通过载荷试验对钢结构进行外观检查，利用水准仪、经纬仪测出立柱垂直度，用激光测距仪测出两梁间对角线长度、垂直距离等，用水准仪测量悬臂钢梁两端点的高度差。利用全站仪等仪器测量钢结构框架的变形量。

2 传动提升系统的失效

2.1 磨损失效

停车设备的传动提升常使用链条和钢丝绳。使用链条传动时，链条的磨损会导致失效，如果链条硬度过高会使脆性增加，而且应力越大导致链条的磨损越严重。

在升降横移类停车设备，钢丝绳采用较多。钢丝绳受拉伸应力外，还承受弯曲应力、挤压应力以及钢丝绳捻制时的残余应力。当钢丝绳绕过卷筒和滑轮时，受交变弯曲和挤压作用，在弯曲处产生弯曲应力和挤压应力，加剧钢丝绳的磨损，从而导致钢丝绳的失效。

对传动系统磨损失效检验，停车设备采用钢丝绳传动时，对钢丝绳进行尺寸、断丝、断股、扭结、压扁、弯折和绳芯挤出等项目的检测，依据相关标准判断其是否符合停车设备对钢丝绳的要求；对钢丝绳的端部联接部位进行进行观察和检查，保证钢丝绳在出现状况之前及早预防，同时对停车设备卷筒的钢丝绳进行松弛度的检查，以便确保钢丝绳不能形成死结。钢丝绳的端部联接采用巴氏合金浇铸时，可拆卸检查或者进行无损检测。以链条传动时，应进行外观检查，观察链条的磨损情况，是否采用了不符合设计标准的链条，对链条在安装以后的使用过程是否有过度磨损的地方，放大镜检查链条是否有裂纹，手动检查过盈配合是否松动，用卷尺测量相对磨损量。检查是否安装保护链条的防护外壳，检查链条的联接是否良好等。

2.2 断裂失效

停车设备的断裂失效包括传动系统中链条、重要轴、链条、重要部件的螺栓的断裂失效。在设备运行过程中，重要轴和销轴、重要部件螺栓联接等的断裂失效都是引起停车设备事故发生的因素。

断裂失效有时是受力过大造成塑性断裂，有时是材料或者热处理不良造成脆性断裂，而疲劳断裂失效是停车设备最容易发生的一种断裂失效，在长期承受变更载荷的情况下，停车设备常常发生断轴，螺栓断裂等事故。

在使用过程中对传动系统断裂失效的检验：重点观察链条、轴和销轴，螺栓联接是否有裂纹。必要时进行磁粉检测和超声波检测。

3 控制系统失效

停车设备的控制系统是整个停车设备的核心，控制系统中分为电气控制系统和液压控制系统。

3.1 电气控制系统的失效模式

电气控制系统的主要控制对象是横移小电机和升降大电机，根据存取车的要求对需要存取的车辆进行升降或者横移，在横移的小电机和升降大电机使用过程中，改变电源相序实现载车板的左右和上下移动。控制系统中还要对停车设备照明等一些辅助的停车设备进行控制，采用行程开关控制车辆升降或者横移到指定位置。为了判断载车板上有无车辆，以及车辆停放是否正确等，采用了光电开关实现对车辆的检测。PLC主机、接触器、断路器、行程开关、按钮、光电开关都是组成控制系统的关键元器件。

控制系统发生失效的表现方式主要是PLC主机、接触器、断路器、行车开关、按钮、光电开关等组成系统的各个控制元件控制系统单个或多个失效导致发生故障，系统不能安全运行。

电气控制系统检验时，对整个停车设备的控制系统进行整体的试验和检测，观察是否安全可靠。试验接触器、断路器、行程开关、按钮、光电开关等各个电器元件的有效性，是否按照设计图纸的要求进行安装，在切断总电源的条件下，查安装的空气断路器和熔断器的规格是否与设备设计容量相符合，线路的安装是否正确。断开电源，拆下保护接零线，用接地电阻仪测量接地电阻值。

3.2 液压控制系统的失效模式

有的停车设备采用有液压系统驱动。它主要由液压泵站、液压控制阀组和液压缸组成，运行平稳、安全，速度可调。当意外停电时，应急操作功能可以提供手动操作方式，保证用户可以照常存取车辆。在停车设备中，升降横移类和汽车专用升降机类停车设备使用液压系统较多，用作传动系统提升动力。液压系统中易出现控制阀失效，液压系统中有过压保护装置、安全保护装置、防脱离装置、超行程装置等，这些装置在使用过程中如果发生故障，会发生安全阀不能动作、不能卸载、安全保护装置失效、搬运器坠落和液压活塞脱离等一些故障。

液压控制系统检验时，重点检查使用过程中系统是否有漏油现象，安全阀在设定载荷的作用下是否起作用。必要时做液压密封性试验，在油缸回缩后，观察压力表指示值，用红外测温仪对液压油的油温进行测量。

4 安全防护装置的失效

停车设备根据不同特点可以设置十几个不同的安全装置。在九种类型的停车设备中，不同的安全装置运用在不同的停车设备上，使得停车设备能够安全可靠的运行。常见的几种安装保护装置包括：长、宽高限制装置、阻车装置、人车误入检出装置、防载车板坠落装置、断绳保护装置、断（松）链保护装置、防止超限运行装置等，其中汽车专用升降机类设置了安全钳和限速器等特殊的安全装置。

安全装置中，有电气部分的安全装置，也有机械部分的安全装置。电气部分的控制部分，比如人车误入检测装置，在车库入口设有光电开关，当设备在运行过程中一旦有人车误入，设备自动停止运行。由此这个装置是预防设备运行时，当设备运行中，如果有车辆或人员于前方侵入设备区时，设备之声光报警激活，并令所有机械动作停止。再如出入口门（栅栏门）联锁保护装置，对出入口有门或围栏的停车设备设置应联锁安全检查装置，当搬运器没有停放到准确位置时出入口的门或围栏不能开启；当门或围栏处于开启状态时，搬运器不能运行。再如防重叠自动检测装置，为避免向已停放汽车的车位再存进汽车，设置对车位状况（有无汽车）进行检测的装置，或采取其他切实有效的防重叠措施，防止车辆损坏。

防坠落装置是最常见的机械部分安全装置，是影响整机性能的重要组成部分。防坠落装置有纯机械和机电混合式的，目前常用的是机电混合式，如电磁式防坠落装置。这种装置的缺点是一旦电磁铁失效，机械部分装置也会失效，安全可靠性能较差。而防坠落安全钩是在载车板停到位时才能起作用，提升和下降阶段防坠落安全钩不起作用，值得引起重视。

安全防护装置检验时，根据不同设备功能的特点要求，进行对出场资料的确认和安全防护装置的配置检查，重点通过对安装的安全装置进行现场试验性功能检验，对安全装置电气控制系统进行线路和车体运行试验测试，是否能够感应断电，手动测试机械部分的防坠落装置中安全钩是否能够正常动作断电。

5 结论

综上所述，通过研究分析停车设备钢结构、传动提升系统、控制系统、安全防护装置失效等模式的表现形式，提出了针对性的检验方法，对做好停车设备的检验工作具有一定的借鉴意义。参考文献：

1 王吉中,张泰,刘晓兵.垂直循环机械式立体停车库钢结构结构分析[J].起重运输机械,2002(8):17～19．

2 徐格宁,杨瑞刚.立体车库钢结构失效模式与失效概率计算[J].起重运输机械,2004(3):15～17．

3 赵永翔,张质文.起重机金属结构的开裂失效[J].起重运输机械,1995(07).

4 王强.一起机械式停车设备钢丝绳断裂事故及监管措施[J].中国特种设备安全,2012,28(9): 51～52.

5 沈文龙.安全联锁装置失效事故及应采取的对策J].中国特种设备安全,2012,28(9): 53～55.

Research on Failure Modes and It’s Test Methods for Mechanical Parking Equipment

You Haizhen1Fu Yang2
(1.Baotou city special equipment inspection Baotou 014030 )
(2.Zhongshan Inspection Institute of Guangdong Province Special Equipment Inspection and Research Institute Zhongshan 528400)

The mechanical parking equipment failure modes are important for security management, inspection, accident prevention, and analysis. With the study of failure causes and failure manifestations of mechanical parking equipment, this article proposes key inspection parts and the corresponding test methods based on failure modes.

Parking equipment Failure modes Inspection methods

X941

：B

1673－257X(2014)11－35－03

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.11.011

尤海珍（1978～),女,工程师,从事机电类特种设备检验和研究。

2014-05-25）