塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)支承常見(jiàn)故障分析及對(duì)策

張 學(xué) 東

(晉中市建設(shè)工程安全監(jiān)督管理站，山西 晉中　030600)

0　引言

塔式起重機(jī)為使其起重臂的有效作業(yè)面寬廣，以完成各種作業(yè)要求，一般都具有回轉(zhuǎn)的功能。由于塔機(jī)上部轉(zhuǎn)動(dòng)部分的自重較大，一般有幾十噸，甚至數(shù)十噸。為了保障塔機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)的平穩(wěn)輕快，現(xiàn)代塔機(jī)都采用滾珠回轉(zhuǎn)支承或滾柱回轉(zhuǎn)支承。

回轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)是塔機(jī)的重要結(jié)構(gòu)部件，通常由上支承座、回轉(zhuǎn)支承、下支承座三部分構(gòu)成(見(jiàn)圖1)。它是連接塔身、塔帽的中間結(jié)構(gòu)，并使塔機(jī)起重臂以此為中心自由旋轉(zhuǎn)，通過(guò)變換變幅小車(chē)在起重臂上的位置來(lái)完成各種方位的吊裝。回轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)承上啟下，平衡臂、起重臂、塔帽等部分，在不同的工況下產(chǎn)生的各種載荷通過(guò)回轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)傳遞到塔身，作為回轉(zhuǎn)系統(tǒng)同樣承受復(fù)雜多變的載荷。因此良好的回轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)對(duì)保障塔機(jī)的正常安全運(yùn)行尤為重要。

1　塔機(jī)回轉(zhuǎn)支承常見(jiàn)故障

塔機(jī)回轉(zhuǎn)支承常見(jiàn)故障主要是回轉(zhuǎn)支承在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生異響(金屬撞擊聲)、滾道腐蝕后的塌陷、晃動(dòng)量較大，嚴(yán)重時(shí)有金屬粉末從密封處溢出，局部齒輪磨損嚴(yán)重等。

2　原因分析

影響塔機(jī)回轉(zhuǎn)支承正常運(yùn)行的原因大致可以分為兩方面：一方面是回轉(zhuǎn)支承的設(shè)計(jì)選?。涣硪环矫媸浅鰪S前裝配加工、工作環(huán)境、維護(hù)保養(yǎng)。

2.1　回轉(zhuǎn)支承的設(shè)計(jì)選取

回轉(zhuǎn)支承的設(shè)計(jì)選型不當(dāng)，必將在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)影響到塔機(jī)的性能，影響到塔機(jī)的安全使用。

2.2　從裝配、使用、維護(hù)等方面

部分新塔機(jī)在使用過(guò)程中，做回轉(zhuǎn)操作時(shí)回轉(zhuǎn)支承會(huì)產(chǎn)生異響。正常情況下新出廠的回轉(zhuǎn)支承，其滾珠與滾道的配合精度是符合設(shè)計(jì)要求的，新滾道一般不會(huì)出現(xiàn)磨損缺損或因材料和產(chǎn)品質(zhì)量控制不好而出現(xiàn)滾道損壞變形的現(xiàn)象，因此前面所說(shuō)的異響，不應(yīng)該由回轉(zhuǎn)支承本身所產(chǎn)生。

回轉(zhuǎn)支承的連接是用成組的高強(qiáng)螺栓分別與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上下支座連接，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上下支座由鋼板焊接而成，由于焊接時(shí)未經(jīng)有效的熱處理，再加上加工精度的偏差，使其組裝平面上下公差誤差過(guò)大，影響回轉(zhuǎn)支承整體安裝精度，導(dǎo)致變形，使?jié)L珠運(yùn)行軌道某一段出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，塔機(jī)滾珠通過(guò)此段位置時(shí)產(chǎn)生較大阻力，使結(jié)構(gòu)件受扭，產(chǎn)生異常聲響。一般情況下會(huì)隨著時(shí)間的推移，滾珠與滾道磨合均勻后，此現(xiàn)象會(huì)逐漸消失。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用后，出現(xiàn)異響，初步判斷有異物導(dǎo)致或長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有加注潤(rùn)滑油，滾柱與金屬外壁摩擦力加大。而回轉(zhuǎn)支承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)晃動(dòng)較大甚至密封圈溢出金屬粉末，一般判斷為回轉(zhuǎn)支承內(nèi)的滾珠粉碎。再者就是連接回轉(zhuǎn)支承與上下支座的高強(qiáng)螺栓松動(dòng)，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)支承與上下支座的間隙內(nèi)進(jìn)去異物。

塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)支承與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上下支座用成組高強(qiáng)螺栓連接。一般情況下，上支座底板與回轉(zhuǎn)支承外圈連接螺栓頂端應(yīng)留有20 mm的間隙(見(jiàn)圖2)，保證塔機(jī)上部旋轉(zhuǎn)時(shí)，上支座底板不會(huì)與回轉(zhuǎn)支承外圈連接螺栓頂端相刮蹭。一般情況下塔機(jī)在工作8年～10年后，其回轉(zhuǎn)支承磨損較大，其主要磨損發(fā)生在滾珠與滾道之間，在滾道磨大后，上支座向下塌陷，再加上起重臂、平衡臂等載荷分布不均勻，導(dǎo)致該間隙數(shù)值減小，就會(huì)出現(xiàn)刮蹭，最終導(dǎo)致塔機(jī)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。

回轉(zhuǎn)支承與上下支座相連，并與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪相嚙合，齒輪的嚙合間隙、嚙合面積不合適都會(huì)導(dǎo)致齒輪偏磨、磨損嚴(yán)重。因此上下支座的加工、回轉(zhuǎn)支承與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的裝配對(duì)回轉(zhuǎn)支承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)影響頗大。

3　對(duì)策

3.1　回轉(zhuǎn)支承的設(shè)計(jì)選取

回轉(zhuǎn)支承工作級(jí)別應(yīng)按照不同工作級(jí)別選取相應(yīng)等級(jí)。

一般情況下，回轉(zhuǎn)支承的設(shè)計(jì)選型按以下方法進(jìn)行：

根據(jù)作用在回轉(zhuǎn)支承中心的軸向力Fv、作用在回轉(zhuǎn)支承中心的水平力Fh、作用在回轉(zhuǎn)支承中心的傾覆力矩M、計(jì)算當(dāng)量外載荷Feq。

1)當(dāng)量外載荷的計(jì)算。

根據(jù)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)形式，分別按下列公式計(jì)算：

a.單排及雙排球式回轉(zhuǎn)支承：

(1)

b.單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承：

(2)

c.三排柱式回轉(zhuǎn)支承:

(3)

其中，F(xiàn)eq為回轉(zhuǎn)支承當(dāng)量外載荷，N；Fv為作用在回轉(zhuǎn)支承中心的軸向力，N；Fh為作用在回轉(zhuǎn)支承中心的水平力，N；M為作用在回轉(zhuǎn)支承中心的傾覆力矩，N·m；D0為滾動(dòng)體中心圓直徑，對(duì)于雙排球式及三排柱式回轉(zhuǎn)支承，D0均為下排滾動(dòng)體中心圓直徑，m。

2)回轉(zhuǎn)支承當(dāng)量靜容量的計(jì)算。

a.單排球式：

(4)

b.單排交叉滾柱式:

(5)

c.雙排球式:

(6)

d.三排柱式:

F0=f0d0l0z0

(7)

其中，F(xiàn)0為回轉(zhuǎn)支承當(dāng)量?jī)羧萘?，N；d0為鋼球或滾柱直徑，對(duì)圓錐形滾柱d0為中徑，mm；θ為公稱(chēng)接觸角，對(duì)單排球式θ=50°，對(duì)交叉滾柱式θ=45°；f0為靜容量系數(shù)，由滾道表面硬度決定，當(dāng)表面硬度不小于HRC58時(shí)，單排及雙排球式為f0=49，交叉滾柱及三排柱式為f0=98 N/mm；l0為滾柱的接觸長(zhǎng)度，對(duì)單排交叉滾柱式，滾柱為圓柱形，l0=0.75d0，對(duì)三排柱式或采用圓錐滾柱、腰鼓形滾柱的交叉滾柱式l0取為0.85d0，mm；z0為鋼球或滾柱個(gè)數(shù)，對(duì)雙排球式或三排柱式，z0為上排滾動(dòng)體個(gè)數(shù)，z0按式(8)計(jì)算:

(8)

其中，D0為上排滾動(dòng)體中心圓直徑。按式(8)計(jì)算的z0值，對(duì)單排球式及雙排球式應(yīng)圓整至較小的整數(shù)，對(duì)單排交叉滾柱式及三排柱式應(yīng)圓整至較小的偶數(shù)，m；b為隔離塊有效隔離寬度(按表1選取)，mm。

表1　隔離塊有效寬度　mm

3.2　上下支座的加工

上下支座作為焊接結(jié)構(gòu)件，其安裝接觸面的剛度、水平度要符合設(shè)計(jì)要求，并且要保障焊接質(zhì)量。在焊接完成后轉(zhuǎn)入機(jī)加工工序，鉗工劃線一定要按設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)適當(dāng)均衡相對(duì)誤差，保證回轉(zhuǎn)支承與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的中心距相等，上下加工面適當(dāng)，線要畫(huà)的清晰，為下道工序做好準(zhǔn)備工作。進(jìn)入刨床以及鏜床施工階段，要確保加工進(jìn)度，再轉(zhuǎn)入下道工序之前要及時(shí)清理毛邊。對(duì)上下支座進(jìn)行鉆孔時(shí)，要準(zhǔn)確且注意上下支座筋板位置，及時(shí)錯(cuò)開(kāi)，防止在將來(lái)的裝配中出現(xiàn)連接高強(qiáng)螺栓無(wú)法擰緊的現(xiàn)象。

3.3　回轉(zhuǎn)支承的裝配

在回轉(zhuǎn)支承與上下支座裝配之前首先要清理上下支座各面加工面，最好用砂紙進(jìn)行打磨，清除雜質(zhì)。裝配時(shí)要確保使用符合要求的高強(qiáng)螺栓，必須使用平墊。用力矩扳手進(jìn)行緊固，緊固完畢后最好用普通扳手再次加緊。在試車(chē)時(shí)要注意給回轉(zhuǎn)支承加注潤(rùn)滑油，加油標(biāo)準(zhǔn)為，密封圈溢出少量潤(rùn)滑油。試車(chē)時(shí)同時(shí)注意測(cè)試嚙合間隙、嚙合面積，保障回轉(zhuǎn)支承與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在整圈運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)嚙合間隙、嚙合面積在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

3.4　回轉(zhuǎn)支承的維護(hù)保養(yǎng)

1)一般工作條件下，回轉(zhuǎn)支承首次運(yùn)轉(zhuǎn)100 h后或長(zhǎng)期停用的塔機(jī)重新使用前，滾道內(nèi)部應(yīng)重新充滿新的潤(rùn)滑脂一次。以后每運(yùn)轉(zhuǎn)400 h檢查一次并適量加注潤(rùn)滑脂以保持回轉(zhuǎn)支承處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。在連續(xù)工作或高溫、濕度大等惡劣條件下工作的塔機(jī)應(yīng)加強(qiáng)潤(rùn)滑保養(yǎng)。每次潤(rùn)滑后應(yīng)做好保養(yǎng)記錄。

2)回轉(zhuǎn)支承齒面應(yīng)每10個(gè)工作日清潔并更換潤(rùn)滑脂一次，嚴(yán)防有鐵屑、砂石等較硬異物接近或進(jìn)入齒嚙合區(qū)。推薦齒面使用的潤(rùn)滑脂，冬季：2號(hào)極壓鋰基脂；夏季：3號(hào)極壓鋰基脂。

3)新的回轉(zhuǎn)支承運(yùn)轉(zhuǎn)大于100 h時(shí)，應(yīng)進(jìn)行全面檢查，包括高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力等；后期每運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間大于500 h，需進(jìn)行一次全面檢查，包括高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力等。

4)日常檢查中需檢查油封的密封情況，如果發(fā)現(xiàn)油封破損應(yīng)及時(shí)更換、發(fā)現(xiàn)油封脫落應(yīng)及時(shí)復(fù)位，以防止雨水進(jìn)入滾道導(dǎo)致潤(rùn)滑脂失效。

5)不同廠家生產(chǎn)的潤(rùn)滑脂或不同型號(hào)的潤(rùn)滑脂均不能混合使用，以免造成潤(rùn)滑脂過(guò)早失效。

6)使用中應(yīng)防止風(fēng)塵、雨水、高溫等，對(duì)回轉(zhuǎn)支承造成的不良影響；防止較硬的異物進(jìn)入驅(qū)動(dòng)小齒與回轉(zhuǎn)支承大齒圈的嚙合區(qū)域。

7)滾道內(nèi)加注潤(rùn)滑脂的方法：首先將回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈上油杯及油槍上油嘴卸下，將填滿潤(rùn)滑脂的油槍通過(guò)注油管直接與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈上其中1個(gè)注油孔旋接，一邊慢慢運(yùn)轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)支承，一邊通過(guò)油槍向回轉(zhuǎn)支承滾道內(nèi)注潤(rùn)滑脂，以保證各處潤(rùn)滑脂填充均勻。正常保養(yǎng)時(shí)，觀察回轉(zhuǎn)支承上表面，加注至潤(rùn)滑脂沿上密封帶一周均有滲出為止；首次運(yùn)行或長(zhǎng)期停用后使用時(shí)，需按上述方法加油，將原潤(rùn)滑脂完全擠出。

8)在使用過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)有異響、沖擊力突然增大的情況，應(yīng)立即停止作業(yè)排除故障，消除隱患試機(jī)正常后才能重新進(jìn)行作業(yè)。

4　結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的進(jìn)步，塔機(jī)在高層建筑施工中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，作為塔機(jī)的重要部分——回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，對(duì)塔機(jī)的性能起著至關(guān)重要的作用，由此塔機(jī)及回轉(zhuǎn)支承制造企業(yè)應(yīng)按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)對(duì)回轉(zhuǎn)支承及安裝平面的檢查和控制，使用單位加強(qiáng)對(duì)回轉(zhuǎn)支承的維護(hù)保養(yǎng)顯得尤為重要。

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