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臂式斗輪堆取料機回轉支承大軸承失效及其處理

2014-02-27

王英潔　李毅民　石長忠
（大連華銳重工集團股份有限公司裝卸機械設計院）
　　摘　要：臂式斗輪堆取料機回轉支承大軸承是設備運行時工作十分頻繁的機構?；剞D大軸承安裝在臂式堆取料機的門座架之上用來支承塔架、斗輪、懸臂梁、懸臂皮帶機、俯仰裝置，并實現(xiàn)懸臂的回轉運動。本文簡要介紹回轉支承大軸承的設計選用與運行中常常出現(xiàn)各種故障及其原因，并結合現(xiàn)場多年的實踐列舉和總結了的臂式斗輪堆取料機回轉支承大軸承的故障現(xiàn)象及解決辦法。這些經(jīng)驗對斗輪堆取料機的設計者和使用者會有一定的幫助和借鑒意義。
　　關鍵詞：堆取料機；回轉支承；大軸承；選用；故障
　　1　回轉支承大軸承在堆取料機中的應用
　　臂式斗輪堆取料機的回轉支承裝置是支承設備回轉以上各個部件重量并帶動設備回轉的重要部件。
　　臂式斗輪堆取料機的回轉裝置的支承形式主要有臺車式、回轉大軸承式、圓錐滾輪式三種形式。而回轉支承大軸承是臂式斗輪堆取料機回轉支承形式中Z常見的一種。
　　回轉支承大軸承使用的特點是安裝簡單、安全、方便，軸承本身還能夠承受上部的傾覆力矩?；剞D大軸承使用中存在的不足是當回轉大軸承出現(xiàn)問題時更換相對比較困難。所以，許多用戶在選用大軸承時都選用質量比較好的大軸承，以避免和減少大軸承的更換?；剞D大軸承一般使用壽命至少在7-8年。質量好的可以使用達25年以上。
　　臂式斗輪堆取料機的回轉支承大軸承使用中要承受軸向載荷，徑向載荷和支承裝置以及上部分產生的傾覆力矩。圖1是回轉大軸承在斗輪堆取料機上的安裝位置。
　　回轉大軸承的上下結合處均采用螺栓分別連接到上下鋼結構上。見圖2，大軸承和回轉驅動的安裝的詳細結構圖。在回轉支承裝置中還包括大、小齒輪、電動機、行星減速機、制動器及聯(lián)軸器等。
　　回轉支承大軸承應用在堆取料機上具有安裝簡單、不需要復雜的調整、能夠承受一定的傾覆載荷、體積小、結構緊湊等優(yōu)點。
　　2　回轉支承大軸承的常見結構形式
　　回轉支承大軸承主要由內外環(huán)或上下環(huán)，滾動體，密封件，保持架等組成。
　　其中大軸承的主體上下環(huán)為合金鋼鍛造而成。由于滾動體形狀與安裝形式的不同又分為：交叉滾子式回轉大軸承；單排四點接觸球式回轉支承；雙排球式回轉支承；三排滾子式回轉支承；單排滾子單排球回轉軸承。圖3與圖4為較為常用的三排滾子式回轉支承和單排滾子單排球回轉軸承。
　　回轉大軸承的軸承主體上下環(huán)材料通常為42CrMo，鍛造后機械加工，然后再經(jīng)過調質處理，滾道表面要經(jīng)過淬火處理。調質硬度大約在HB256-279，滾道表面淬火后硬度一般為HRC 55-60。滾道表面淬火后需要經(jīng)過磨削加工，使得滾道表面粗糙度不低于1.6μm回轉大軸承的主體上下環(huán)在鍛造和加工過程中需要進行必要的無損探傷檢查，以確保工件不存在超出許可范圍的縮松、砂眼、氣孔、裂縫等缺陷。
　　目前，市場上斗輪堆取料機回轉裝置所選用的回轉支承大軸承形式主要是選用交叉滾子式、三排滾子式回轉支承和單排滾子單排球回轉軸承。從成本上看價格Z高的是三排滾子式回轉支承大軸承。
　　單排交叉滾子式回轉支承軸承的結構是軸承承載滾子為單排滾柱結構。單排交叉滾子式回轉支承軸承所有滾子的軸線與水平面成45°夾角，滾子分別安裝于軸承的內環(huán)和外環(huán)之間的90°的V槽中，且每相鄰的兩個滾子軸線之間為互成90°空間異面直線。單排交叉滾柱式回轉支承具有結構緊湊，重量輕，裝配間隙小，支承定位精度高，成本低廉等特點。單排交叉滾子式回轉支承能同時承受軸向力，傾翻力矩和較大的徑向力，被廣泛的用于醫(yī)療器械，起重運輸，工程機械等產品上。單排交叉滾子回轉支承不大適合于重載頻繁工作的機械設備。目前，為降低成本，許多廠家選用此類軸承作為堆取料機的回轉支承軸承。
　　單排滾子單排球回轉軸承為兩種支承件分別承受徑向載荷和軸向載荷。即滾子承受軸向載荷，球承受徑向載荷。一些歐洲的制造商在考慮了成本因素后選用此類軸承作為堆取料機的回轉支承軸承。
　　三排滾子式回轉支承軸承是斗輪堆取料機Z理想的回轉支承軸承。三排滾子式回轉支承軸承的特點是承受軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩比同尺寸的其它類型軸承都要大一些。同尺寸軸承中具有比較高的使用壽命。而在同尺寸回轉支承軸承中三排滾子式回轉支承軸承成本比較高。
　　3　回轉支承大軸承失效的現(xiàn)象
　　回轉大軸承出現(xiàn)失效時主要表現(xiàn)為：
　　1）出現(xiàn)回轉阻力變大，電機出現(xiàn)過載現(xiàn)象，回轉速度比正常工作要緩慢。嚴重時回轉會無法轉動甚至卡死；
　　2）回轉過程中出現(xiàn)異常噪音，如“嘎嘎”或“嗡嗡”的噪音；
　　3）打開大軸承后會發(fā)現(xiàn)滾道出現(xiàn)磨損、點蝕等破壞。滾子會出現(xiàn)磨損、破碎等現(xiàn)象。個別大軸承會發(fā)現(xiàn)滾道有少許裂紋等缺陷；
　　4）用尺子測量，可以發(fā)現(xiàn)磨損嚴重的大軸承其總高度尺寸會變小。
　　回轉大軸承出現(xiàn)問題主要表現(xiàn)在大軸承的滾子磨損、滾道磨損Z終導致大軸承的失效。
　　4　回轉支承大軸承失效的原因及分析
　　回轉大軸承出現(xiàn)失效的原因主要由以下幾個方面促成的：
　　1） 設計選型時所選用的軸承承載能力偏小
　　所選大軸承的形式與參數(shù)不能滿足實際使用要求，使得軸承壽命降低，其中包括軸承的滾子壽命和滾道的壽命不能滿足實際使用要求。
　　正規(guī)的回轉支承制造商會提供一個完善的選用計算方法，設計選用時應嚴格按照其進行計算和選用，尤其在載荷計算，壽命計算等方面更要慎重。對回轉支承變化的載荷應采用等效載荷方法進行計算。
　　回轉軸承的壽命通常為7-20年。國內部分已經(jīng)投入使用的設備的回轉支承大軸承的壽命僅僅只有2-3年，這是十分不合理的現(xiàn)象。如果設備設計時回轉支承大軸承的壽命就定義在2-3年，這樣雖然制造成本降低了，價格也降低了，但是給用戶使用成本和運輸生產造成極大的經(jīng)濟損失。合同雙方對此應有約定，若沒有約定可以按照7年來考慮。目前，國內堆取料機回轉支承大軸承使用壽命Z長達25年以上。
　　回轉軸承選型建議選擇三排滾子式回轉支承軸承。雖然一次性投入偏高，但由于其壽命長可大大降低使用成本和維護成本。因臂式斗輪堆取料機屬于重載頻繁工作機械，不建議選用單排交叉滾子式回轉支承軸承作為其回轉支承，因為其使用壽命短，使用后會面臨較大的維護成本以及影響設備正常運行率。
　　2）回轉支承大軸承潤滑不良導致回轉大軸承壽命降低
　　回轉大軸承潤滑是保證其壽命的重要手段，運行過程需要定期進行潤滑，不良的潤滑會加速軸承的磨損。注入潤滑脂除具有潤滑作用外還具有將磨損下來的軸承內的雜物通過潤滑脂帶出，起到清潔軸承內部的作用。另外，潤滑脂還有一定的防塵作用。
　　3）回轉支承大軸承密封不良導致壽命的降低
　　回轉大軸承密封是保護回轉支承大軸承滾道、滾子或球不受到外界雜物、水的進入形成污染。雜物進入后會形成研磨造成磨損的加劇，水進入后會形成腐蝕，對滾道及滾動體不利。
　　4）回轉支承大軸承的上下連接法蘭鋼結構的剛性不足使得大軸承的使用壽命降低
　　回轉大軸承的上下連接法蘭鋼結構的剛性不足是指大軸承上部與回轉平臺連接部位和下部與門座架相連接部位的剛度不足。剛度不足的后果是會發(fā)生變形，尤其是豎直方向的變形會使得軸承內部的承載轉動體的載荷更加的不均勻，使得滾道、滾動體接觸應力過大，嚴重到一定程度會加劇滾動體和滾道的損壞。因為回轉大軸承自身不可能具有此處所需要的剛度，需要相關連接鋼結構來保證其連接部位的足夠的剛度。部分回轉支承制造商對連接部位的剛度有一定的要求。所以，設計中要保證此處的剛度。
　　5）回轉支承大軸承的上下連接法蘭鋼結構的加工精度影響其使用壽命降低
　　回轉大軸承的上下連接法蘭鋼結構的加工精度是指連接回轉大軸承的法蘭面的平面度。大軸承上部與回轉平臺連接部位和下部與門座架相連接部位的平面度十分重要，此處的平面度尺寸偏差過大時會導致回轉大軸承的整體變形?；剞D大軸承變形后會使得軸承內部的承載轉動體的載荷更加的不均勻，嚴重到一定程度也會加劇滾動體和滾道的損壞。從提高質量的角度要求，大軸承上部與回轉平臺連接部位和下部與門座架相連接部位的加工應采用立式車床加工其結合面，確保其平面度。
　　6）回轉支承大軸承上下環(huán)制造質量不良引起的軸承失效
　　回轉大軸承上下環(huán)制造質量（包括鍛造質量、加工質量、熱處理質量、密封質量）不良是指鍛造質量，鍛造是否存在縮松、砂眼、氣孔、裂紋；加工質量，機械加工尺寸精度，表面粗糙度；熱處理質量，調質硬度、淬火硬度、淬火深度是否滿足要求；密封件的質量等是否符合要求，上述質量若不能滿足要求會使得回轉大軸承提前失效。
　　7）回轉大軸承滾子質量不良導致大軸承的失效
　　軸承滾子要有足夠的強度與耐磨性能。使用中若在較短時間里滾子出現(xiàn)了較早的磨損、破碎等現(xiàn)象使得軸承失效則說明滾子質量存在問題，需要立即對大軸承進行滾子的更換維修。
　　8）回轉支承大軸承過了使用壽命期限
　　回轉支承大軸承過了使用壽命期限是指回轉大軸承過了其設計使用期限的失效，這種失效屬于正常的失效，要繼續(xù)使用時需要立即更換新的回轉支承大軸承即可。
　　5　回轉支承大軸承失效的處理
　　回轉支承大軸承失效后應從以下幾點著手處理：
　　1）確認回轉支承大軸承失效的原因
　　根據(jù)前述，確定回轉支承大軸承失效的原因。
　　2）確定處理方案
　　根據(jù)原因確定處理方案。如屬于大軸承質量問題可直接更換質量好的新回轉大軸承，若屬于設計選型問題可考慮改變軸承選型和參數(shù)選型，若屬于連接件精度或剛度問題應修正其剛度或精度后更換回轉大軸承。
　　3）回轉支承大軸承更換
　　回轉支承大軸承更換是十分重要的一項工作，更換軸承通常需要仔細設置工裝以保障更換過程安全可靠。要選擇無風或風小的天氣進行操作。使用千斤頂將回轉以上部分支承起來，然后將大軸承從側面移出，Z后將新的大軸承從側面裝入。整個更換過程需要認真仔細做好施工工藝和吊裝工藝以確保實施過程安全有序進行。頂起過程要有人統(tǒng)一指揮，做好安全預案，并做好各種可能存在問題的設想以避免事故的發(fā)生和更換的失敗。
　　6　小結
　　回轉支承大軸承是斗輪堆取料機的重要部件，在堆取料機設備采購、設計選型等過程中對回轉支承大軸承需要引起足夠的重視。
　　回轉支承大軸承的維護與更換需要付出很大的成本和時間。為此，要從日常維護的成本中考慮回轉大軸承的選型，避免加大日常維護成本，避免在降低一次性投入后加大日后的維護成本和維護時間。

來源：《港口裝卸》2013年01期