1, L'essència de la deformació de la molla: danys materials i degradació del rendiment
La deformació d'una molla és essencialment el dany microestructural que es produeix en el material sota esforç. Quan la càrrega suportada per la molla supera el seu límit elàstic, els grans de metall patiran un lliscament permanent, formant una deformació plàstica irreversible; Sota l'acció de la tensió alterna, apareixeran esquerdes a la superfície del material i es propagaran gradualment, donant lloc a deformacions macroscòpiques com ara una disminució del coeficient elàstic i una reducció de l'alçada lliure. Per exemple, després de 50.000 cicles, la molla amortidor d'una determinada marca de rentadora va experimentar una reducció del 8% de l'alçada lliure i una disminució del 25% del coeficient elàstic a causa de la fatiga del material, provocant finalment una vibració excèntrica del tambor.
Des d'una perspectiva mecànica, la deformació de les molles es pot dividir en dues categories:
Deformació elàstica: després d'eliminar la càrrega, la molla pot tornar al seu estat original, que pertany al rang de treball normal;
Deformació plàstica: si la molla no pot tornar al seu estat original després de retirar la càrrega, indica que el material ha patit danys permanents.
La investigació de la indústria mostra que quan la deformació plàstica d'una molla supera el 5% del seu valor de disseny, la seva vida a fatiga disminuirà en més d'un 60% i l'ús continuat augmentarà significativament el risc de fractura.
2, Criteris per a la determinació de la usabilitat de molles deformables
(1) Components crítics de seguretat: principi de tolerància zero
Per a components que impliquen seguretat personal, com ara molles de suspensió de cotxes, molles de fre d'ascensor, molles de vàlvules de gas, etc., qualsevol deformació s'ha de substituir immediatament. Prenent com a exemple les molles dels amortidors d'automòbils, la seva deformació pot provocar una disminució de l'estabilitat del sistema de suspensió del vehicle, provocant cops de conducció, soroll de fricció metàl·lica i fins i tot el desenganxament de les rodes a causa del trencament de la molla durant la conducció a gran-velocitat. D'acord amb les condicions tècniques per a sistemes de suspensió d'automòbils, la desviació d'alçada lliure de la molla de l'amortidor no ha de superar el ± 2% i la desviació de la verticalitat no ha de superar els 1,5 graus, en cas contrari s'ha de substituir per força.
(2) Components no crítics de seguretat: principis d'avaluació quantitativa
Per a molles d'equips industrials en general, com molles frontissa per a electrodomèstics i molles de reinici per a instruments i comptadors, la seva usabilitat es pot avaluar mitjançant els indicadors següents:
Variació de l'alçada lliure: si l'alçada lliure de la molla s'escurça més d'un 5% del valor de disseny, indica que el material ha patit una deformació plàstica important i s'ha de substituir;
Atenuació del coeficient d'elasticitat: el coeficient d'elasticitat es mesura amb un provador de molles. Si l'atenuació supera el 15%, la molla no pot proporcionar prou força de restauració;
Danys a la superfície: si hi ha esquerdes, òxid o marques de plegament a la superfície de la molla, cal substituir-la immediatament, ja que aquests defectes poden convertir-se en el punt de partida de les esquerdes de fatiga.
(3) Gestió d'escenaris especials: emergència temporal i substitució permanent
En casos extrems, si cal utilitzar temporalment la molla deformada, s'han de prendre les mesures següents:
Reduir la càrrega: controleu la càrrega de treball de la molla dins del 70% del valor de disseny;
Augmenta la supervisió: monitorització en temps real de l'estat de la molla mitjançant sensors de vibració o sensors de desplaçament;
Escurçar el cicle d'inspecció: reduir el cicle d'inspecció regular d'un cop l'any a un cop al mes.
Tanmateix, cal aclarir que aquestes mesures d'emergència només s'apliquen per a un ús-a curt termini i que encara s'han de substituir les molles noves per a un servei a llarg termini-.
3, Mode de fallada i anàlisi de riscos de molles deformables
(1) Risc de fallada funcional
La deformació de la molla pot provocar la pèrdua de la seva funció bàsica. Per exemple, després que la molla de la vàlvula d'aigua d'un escalfador d'aigua de gas es deforma, és possible que la vàlvula no es tanqui bé a causa d'una força de restauració insuficient, provocant fuites de gas; Després que la molla de l'amortidor de la rentadora es deformi, farà que el tambor colpeja excèntricament la carcassa exterior a causa d'una disminució de la capacitat d'amortiment, provocant danys en l'equip.
(2) Risc de dany secundari
Les molles deformables poden causar fallades de la cadena. Prenent com a exemple la molla del fre de l'ascensor, si la molla es deforma i provoca una força de frenada insuficient, l'ascensor pot experimentar un accident de rodament durant el funcionament, que provoca que el cotxe s'estavella o s'ajupi; Després de trencar la molla de suspensió d'un cotxe, les rodes perdran suport i xocaran directament amb la carrosseria, provocant l'esclat dels pneumàtics o danys al sistema de direcció.
(3) Risc de les normes de seguretat
D'acord amb la Llei de seguretat especial d'equips i l'Especificació tècnica de seguretat mecànica, els components de molla relacionats amb la seguretat personal han de complir les normes de disseny i qualsevol deformació es considera no qualificada. Una investigació sobre accidents d'ascensors en una zona determinada l'any 2024 va demostrar que el 12% de les avaries d'ascensors van ser causades per la deformació de la molla del fre i la manca de substitució oportuna. Les autoritats reguladores han emès multes elevades per aquest comportament.
4, estàndards de la indústria i recomanacions tècniques
(1) Final de fabricació: millora la fiabilitat de la molla
Actualització del material: utilitzant materials resistents a la fatiga com l'acer inoxidable 316L i l'aliatge Inconel, la vida útil de la molla s'ha augmentat de 500.000 cicles a 2 milions de cicles;
Optimització del procés: mitjançant l'ús de processos com ara el granallat i el tractament tèrmic al buit, s'eliminen els defectes superficials i es millora la resistència a la fatiga;
Redundància del disseny: reserveu un marge d'elasticitat del 10% -15% en el disseny de la molla per evitar la deformació per sobrecàrrega.
(2) Final d'usuari: establir i mantenir un sistema
Proves regulars: utilitzeu un provador de molles per provar el coeficient d'elasticitat i l'alçada lliure anualment;
Control del medi ambient: eviteu-el servei a llarg termini de les fonts en ambients humits, d'alta-temperatura o corrosius;
Estàndard de substitució: establiu una taula de cicles de substitució de molles, com ara la substitució de molles de suspensió del cotxe cada 80.000 quilòmetres i molles de frontissa de la porta d'electrodomèstics cada 5 anys.
(3) Final normatiu: Millorar el sistema estàndard
Es recomana que la indústria desenvolupi conjuntament l'"Especificació tècnica per a l'avaluació de la deformació de la molla", que aclareix els valors de deformació permesos, els mètodes de detecció i els estàndards de substitució de molles en diferents escenaris, proporcionant una base científica per al manteniment dels equips.