港口岸橋起升差動減速箱軸承失效分析

楊 健

（上海振華重工股份有限公司，上海 200125）

1 岸橋雙40英尺起升差動減速箱系統(tǒng)

1.1 差動減速箱系統(tǒng)

傳統(tǒng)港口岸橋通常所配備1個雙箱伸縮吊具，這種吊具一次起升動作可以處理一個20英尺，或一個40英尺，或當(dāng)?shù)蹙咛幱陔p20英尺位置時，一次起升動作可吊起2個20英尺集裝箱。隨著集裝箱運輸行業(yè)的高速發(fā)展，碼頭運營商對起重機的作業(yè)效率提出了更高的要求，在不斷提升起重機起升及小車速度已到達一個比較局限的程度下，一種與常規(guī)傳統(tǒng)單起升岸橋所對應(yīng)的雙起升岸橋逐步在2004年后作為港機產(chǎn)品推向市場。這種岸橋配備2個雙箱伸縮吊具，一次起升動作可以處理4個20英尺集裝箱或2個40英尺集裝箱，理論上比傳統(tǒng)岸橋作業(yè)效率提升近一倍。

雙起升岸橋一般指岸橋主起升纏繞系統(tǒng)中包含2組吊具，經(jīng)過多年的技術(shù)積累，目前雙起升岸橋主要有3種實現(xiàn)方式，獨立雙起升、分離上架雙起升和差動雙起升。差動雙起升系統(tǒng)通常由一套差動減速箱、4個鋼絲繩卷筒通過鋼絲繩纏繞系統(tǒng)連接2套獨立的吊具上架、2套起升電機、4套高速制動器及4套低速制動器組成。其主要原理是利用一套差動減速箱，通過中間軸制動器控制岸橋的起升模式，當(dāng)處于雙起升模式時，一側(cè)的中間軸制動器打開，電機驅(qū)動兩側(cè)起升卷筒運行，制動器閉合時，阻斷這一側(cè)的起升卷筒運動，岸橋便如同單起升模式。見圖1。

1.2 差動減速箱3種日常工況

（1）差動起升系統(tǒng)同時起升，中間軸制動器制動，其余制動器打開。

（2）差動起升系統(tǒng)陸側(cè)單獨起升，一側(cè)中間軸制動器及海側(cè)低速制動器閉合、其余制動器打開。

（3）差動起升系統(tǒng)海側(cè)單獨起升，一側(cè)中間軸制動器及陸側(cè)低速制動器閉合、其余制動器打開。

差動減速箱系統(tǒng)緊湊并采用油浸式飛濺潤滑，但相比傳統(tǒng)起重機起升減速箱是一種非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，且該類減速箱結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，內(nèi)含制動齒輪軸裝配、輸出齒輪軸裝配、中間齒輪軸裝配以及行星輪系裝配，維護保養(yǎng)工作量及維護保養(yǎng)成本比傳統(tǒng)減速箱高，特別是在單起升作業(yè)時，該系統(tǒng)能耗較高，受制于電機和差動減速箱的選型，雙吊具下的額定起重量不能過大，因此該類差動雙起升系統(tǒng)在2003～2010年期間推廣后便很少再采用。

圖1 差動雙起升機構(gòu)

2 岸橋雙40英尺起升差動減速箱軸承失效分析

2.1 失效模式

以FH3660系列差動減速器為例，起重機起升機構(gòu)系統(tǒng)主要部件電機、減速箱、制動器的基本參數(shù)：電機型號1LL8 455，功率 2750 kW，轉(zhuǎn)速（800/1600）r/min；減速箱型號 FH3660，傳動比24.472，額定輸出扭矩113 8004 kN·m；制動器型號YP41-4500-90030，制動力矩 234（設(shè)定力矩 13.8）kN·m。

在處理日常售后保養(yǎng)服務(wù)過程中，時常遇到較為頻繁的差動減速箱軸承（B10）失效或由于減速箱軸承（B10）失效后導(dǎo)致行星功能包損壞案（圖2），其中陸側(cè)行星功能包損壞情況較多，主要與碼頭司機操作習(xí)慣有關(guān)，由于碼頭司機不常用海側(cè)吊具，因而海側(cè)行星功能包損壞情況較少。

2.2 原因分析

拆解檢查現(xiàn)場起升差動減速箱陸側(cè)吊具側(cè)行星包高速輸入軸軸承，觀察到以下比較普遍的現(xiàn)象：

圖2 差動行星減速器軸承損壞

（1）4個高速制動器左右兩側(cè)制動襯墊磨損程度不一致，電機側(cè)制動襯墊磨損較多，有2個電機側(cè)的制動襯墊磨損極其嚴重（圖3）。

圖3 高速制動器制動襯墊磨損情況

（2）同一個制動盤的2個制動器的制動力矩大小不一致，制動力矩設(shè)定檢查情況如圖4所示。

圖4 高速制動器制動力矩設(shè)定情況

（3）B10軸承出現(xiàn)損壞以后，一般情況下B10軸承牢牢固定在行星架內(nèi)孔中，破壞性拆卸才能取出，B7軸承座孔徑實測值（250-0.03）mm，B10軸承座孔徑實測值（240-0.1）mm，見圖5。

圖5 軸承及軸承座測量

（4）起升電機排裝情況不良，端面跳動及徑向跳動不滿足排裝要求形成偏角。

（5）B10軸承內(nèi)外圈單側(cè)接觸受力明顯（圖6）。

基于檢查情況并結(jié)合差動減速器軸承位置分析，認為B10軸承失效的可能原因有4個。

圖6 B10軸承軸承內(nèi)圈外滾道

（1）差動減速箱在制造安裝的軸承座公差需要確保滿足圖紙公差要求，并且在B7,B10及B11軸承的軸向定位間隙上需要確保B7及B10有足夠的軸向間隙，將主要的軸向力傳遞到B11軸承上。

（2）由于制動器是以2個制動器摩擦襯墊到制動盤的相等距離進行排裝。當(dāng)輸入軸的軸向預(yù)負荷釋放時，或者是由于溫度偏差引起軸向伸長時，輸入軸只能向電動機側(cè)延伸，制動盤逐步向電機側(cè)滑移，使得電機側(cè)的制動器摩襯墊到制動盤的距離要小于減速箱側(cè)的，致使電機在制動時電機側(cè)的摩擦襯墊先與制動盤接觸產(chǎn)生向減速箱側(cè)的軸向推力，若B7或B11軸向間隙不足，B10軸承由于分別位于2定位軸肩之間，將由B10來承受軸向力的沖擊。

（3）從制動器左右摩擦襯墊單側(cè)磨損和B10軸承始終單側(cè)受力的情況來看，應(yīng)該是由于減速器運行溫度升高后引起調(diào)心滾子軸承滾子的弧面位置發(fā)生改變，導(dǎo)致軸承單邊受力。若在排裝后電機中心與減速器中心角偏差大，也會影響軸承壽命。

（4）減速器需要做好清潔保養(yǎng)工作，縮短換潤滑油的頻率。潤滑油使用前需要過濾，并應(yīng)按照減速箱維護保養(yǎng)手冊及時進行定期維護保養(yǎng)。

3 解決方案及維護保養(yǎng)

3.1 解決方案

根據(jù)現(xiàn)場檢查情況并結(jié)合失效原因分析，從改善輸入軸軸承軸向預(yù)負荷和同側(cè)兩制動器制動載荷對稱性入手，進行調(diào)整和修復(fù)，可以提高輸入軸軸承B7及B10的軸承使用壽命。差動減速器結(jié)構(gòu)見圖7。

（1）卸除輸入軸各端蓋和軸承各端面的調(diào)整墊片。

圖7 差動減速器結(jié)構(gòu)

（4）軸承蓋的凸緣尺寸A、箱體軸承B11外端面深度尺寸B，按照mm要求,增減調(diào)整墊片，以保證軸承B11有足夠的游隙。

（5）必須在裝配最后一步，在B7軸承端蓋側(cè)，增加足夠的調(diào)整墊片，保證B7，B10有的軸向游隙。

（6）清洗減速箱底部的磁性換油螺塞。

（7）關(guān)閉左右兩側(cè)差動制動軸邊上箱體底部的節(jié)流閥。

（8）在制動器得電釋放（非手動釋放）的條件下，調(diào)整制動器兩側(cè)摩擦片到制動盤的距離，使電機側(cè)摩擦片到制動盤比減速箱側(cè)大mm。

（9）調(diào)節(jié)同一個制動盤的2個制動器,保持制動力矩大小一致,使它們對軸承B7，B10產(chǎn)生徑向沖擊載荷能相互抵消，延長軸承的使用壽命。

（10）重新檢查和排裝電機與減速箱輸入軸的同軸度，可松開制動軸制動器，要求軸向跳動，徑向跳動。

（11）制動器、減速箱等各主要受力螺栓按表1的預(yù)緊力矩預(yù)緊。

表1 制動器、減速箱主要受力螺栓預(yù)緊力矩

3.2 減速箱的維護保養(yǎng)

（1）潤滑油應(yīng)定期更換。換油時間：運行400 h或6個月后第一次換油，時間以先到為準(zhǔn)。以后每運行5000 h或2 a后換油一次，時間以先到為準(zhǔn)。合成油的更換時間為每運行10 000 h或4 a后換油一次，時間以先到為準(zhǔn)。

（2）換油時始終使用同樣品種的潤滑油加注到齒輪箱中，不可將不同品種的潤滑油或不同廠家的潤滑油混在一起使用；不可將合成油與礦物基油混合或另一種合成油混用。當(dāng)把礦物基油換成合成油，或把一種合成油換成另一種時，要對減速器做徹底清洗。每次換油，應(yīng)該在減速箱的工作油溫下，將油排出箱體，再用同等質(zhì)量的油沖洗。應(yīng)避免使用溶解液沖洗，除非發(fā)現(xiàn)箱體內(nèi)沉積著氧化物或污染的潤滑油。用油沖洗不能排出體外時，才使用溶解液沖洗，沖洗后，再用清洗油沖走箱體和管道系統(tǒng)中所有清洗液。