港口起重機(jī)械回轉(zhuǎn)軸承更換技術(shù)

顧 菁

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

先前在港口碼頭前沿的主流設(shè)備是門(mén)座起重機(jī)，一般的技術(shù)參數(shù)是10 t-25 m，可以滿足萬(wàn)噸船舶的裝卸（當(dāng)時(shí)的一般船寬在24 m）。隨著海運(yùn)船舶日益變大，碼頭前沿設(shè)備也逐漸變大，有了10 t-30 m、10 t-33 m、16 t-30 m、16 t-33 m等類(lèi)型的門(mén)座起重機(jī)，且在個(gè)別大港區(qū)有25 t-30 m門(mén)機(jī)（采用直流驅(qū)動(dòng)）。后來(lái)隨著手工設(shè)計(jì)計(jì)算向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)發(fā)展，出現(xiàn)了40 t門(mén)機(jī)，幅度有30 m、33 m、40 m，最大可以有45 m。設(shè)計(jì)40 t門(mén)機(jī)時(shí)，使用的回轉(zhuǎn)軸承都是選用進(jìn)口件。隨著生產(chǎn)廠家的增多，門(mén)座起重機(jī)售價(jià)不斷降低，配套的回轉(zhuǎn)軸承也由進(jìn)口變成國(guó)產(chǎn)，隨之出現(xiàn)了較多問(wèn)題。

回轉(zhuǎn)軸承是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承，可以同時(shí)承受較大的軸向負(fù)荷、徑向負(fù)荷和傾覆力矩。在港口起重機(jī)械中，它常見(jiàn)于門(mén)座式起重機(jī)（見(jiàn)圖1）、浮式起重機(jī)（見(jiàn)圖2）以及散貨裝卸船起重機(jī)（見(jiàn)圖3和圖4）等。

圖1 門(mén)座式起重機(jī)

圖2 浮式起重機(jī)

圖3 散貨裝船起重機(jī)

圖4 散貨卸船起重機(jī)

1 回轉(zhuǎn)軸承更換思路

回轉(zhuǎn)軸承是受力件，為起重機(jī)中的主要運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。根據(jù)起重機(jī)正常工作即動(dòng)載時(shí)回轉(zhuǎn)軸承材料的力學(xué)性能進(jìn)行分析[1]，疲勞強(qiáng)度曲線如圖5所示。縱軸σmax為疲勞應(yīng)力值，N為循環(huán)次數(shù)，AB段為靜應(yīng)力段，BC為低周疲勞，C點(diǎn)以后表示材料發(fā)生塑性變形。

圖5 疲勞強(qiáng)度曲線

1.1 動(dòng)載形式

一方面，載荷以較高速度施加到零構(gòu)件（回轉(zhuǎn)軸承）上形成沖擊。另一方面，載荷的大小和方向周期性變化形成交變載荷。許多機(jī)械零件如彈簧、軸、齒輪等，工作時(shí)承受交變應(yīng)力，即使交變應(yīng)力往往低于屈服強(qiáng)度，但經(jīng)一定次數(shù)的循環(huán)后也會(huì)發(fā)生斷裂。這些傳動(dòng)件的破壞會(huì)導(dǎo)致失效，從而引發(fā)起重機(jī)械在功能上存在或多或少的問(wèn)題，出現(xiàn)安全隱患，影響碼頭的工作效率[2]。

1.2 回轉(zhuǎn)軸承故障類(lèi)別及原因

回轉(zhuǎn)軸承與支撐部位剛度不夠，會(huì)造成轉(zhuǎn)臺(tái)與回轉(zhuǎn)軸承連接處開(kāi)裂或變形。運(yùn)行軌道不平或軸承安裝不當(dāng)及制造精度原因，會(huì)造成滾道變形。滾珠與滾道裝配徑向間隙過(guò)大，會(huì)造成回轉(zhuǎn)軸承在傾覆力矩的作用下過(guò)平衡位置時(shí)異常竄動(dòng)。滾珠安裝過(guò)密，在局部載荷作用下滾珠間互相擠壓磨損。此外，還存在回轉(zhuǎn)軸承與支撐筋板開(kāi)裂和回轉(zhuǎn)軸承連接螺栓斷裂等問(wèn)題。因此，必須慎重對(duì)待這些情況，其中回轉(zhuǎn)軸承的更換維護(hù)是重點(diǎn)。

2 設(shè)計(jì)要求

2.1 施工前的準(zhǔn)備

評(píng)估起重機(jī)械的自重，考慮碼頭的承壓載荷，核算軸承拆離路徑上的各干涉部件，如回轉(zhuǎn)給料器旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走平臺(tái)支撐等，同時(shí)拆離起重機(jī)械上現(xiàn)有的可持續(xù)使用的電氣設(shè)備。

2.2 安全要求

施工前，必須知曉相關(guān)安全規(guī)定。工作開(kāi)始前，應(yīng)組成一個(gè)包括鉗工、電工和起重工在內(nèi)的多工種工作小組，其中帶隊(duì)人員負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)安全工作。施工過(guò)程中，應(yīng)該遵循當(dāng)?shù)厮械囊?guī)定和法律。工作前，相關(guān)人員還需要仔細(xì)閱讀碼頭的相關(guān)規(guī)定。在工作場(chǎng)所入口處，要求閱知所有警示標(biāo)牌和通知，保持工作場(chǎng)地的清潔和足夠空間，要上鎖和標(biāo)示不能動(dòng)車(chē)。施工開(kāi)始后，任何人不應(yīng)啟動(dòng)設(shè)備。施工中，應(yīng)注意保護(hù)箱體內(nèi)電纜，使其盡可能遠(yuǎn)離作業(yè)點(diǎn)。此外，要求使用必要的安全設(shè)備和工作服，如安全帽、鐵頭鞋、手套和安全帶等。

2.3 更換步驟

第一，頂升支座落位、焊接，頂升千斤頂落位。第二，回轉(zhuǎn)軸承上部結(jié)構(gòu)做好防偏斜支撐保護(hù)，檢查頂升設(shè)備，使保險(xiǎn)支架落位。第三，回轉(zhuǎn)軸承拆離支架，拆除回轉(zhuǎn)軸承連接螺栓。

2.4 頂升工作

油壓裝置做好試壓、保壓同步測(cè)試。設(shè)備上的配重梁頂升油缸已經(jīng)鎖緊，旋轉(zhuǎn)大軸承上下兩面的聯(lián)接螺栓已經(jīng)拆松。頂升支座為臨時(shí)設(shè)計(jì)，須考慮與原主體結(jié)構(gòu)的連貫性，避免頂升時(shí)受力偏載，頂升高度的上部重量轉(zhuǎn)移?；剞D(zhuǎn)軸承有間隙，以可以移動(dòng)為準(zhǔn)，一般不超過(guò)20 mm。

頂升保證同步，并有監(jiān)測(cè)。設(shè)定頂升距離，分步到位。按操作經(jīng)驗(yàn)，頂升操作可分3～5次。初次通電頂升，要求3組頂升裝置盡量保持同步頂升。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)頂起并離開(kāi)旋轉(zhuǎn)大軸承1～2 mm時(shí)，停止頂升，觀察平衡情況。受壓后停數(shù)分鐘，需要注意保證同步、保壓、無(wú)泄漏、頂升支座無(wú)變形與無(wú)異響等，然后執(zhí)行頂升工序。

監(jiān)測(cè)人員注意自身安全，注意站立位置與行走通道。每次到達(dá)頂升距離后，在保險(xiǎn)支座上加入墊塊，保證安全。頂升支座布局到位后，測(cè)得支座的水平度誤差和距離，保證頂升油缸處于同一水平位置，使上部結(jié)構(gòu)上升時(shí)處于水平狀態(tài)。在確保保險(xiǎn)支座受力后，在無(wú)任何變異的情況下抽出回轉(zhuǎn)軸承，并迅速塞入新軸承。如果有一定的時(shí)間差，需要在抽出軸承的支撐面上塞入保險(xiǎn)支座。

當(dāng)上部結(jié)構(gòu)達(dá)到一定高度后，利用手拉葫蘆將舊軸承移到維修工作平臺(tái)。將下方支撐移出（可外側(cè)架設(shè)支架-材料24#槽鋼），在外側(cè)架子上架設(shè)吊耳。在下支撐固定端設(shè)手拉葫蘆，斜著拉出去。對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行保險(xiǎn)，用專(zhuān)用胎架在移出的旋轉(zhuǎn)大軸承空間處固定，必要時(shí)可以增加剛性支撐、設(shè)置攬風(fēng)繩等。測(cè)量回轉(zhuǎn)大軸承上、下兩個(gè)安裝面的平面情況，如果平面度超差，必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

轉(zhuǎn)盤(pán)軸承安裝基面或安裝平臺(tái)必須清理干凈，不允許有碎小雜物、局部小凸點(diǎn)及銹蝕現(xiàn)象。支承法蘭如果有止口，確認(rèn)止口尺寸和根部倒角是否符合技術(shù)要求。支承法蘭必須有足夠的剛性、強(qiáng)度及耐沖擊性能，防止轉(zhuǎn)盤(pán)軸承使用時(shí)變形，以確保轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的回轉(zhuǎn)精度及壽命。為防止法蘭變形，焊接的支承法蘭焊后應(yīng)及時(shí)消除內(nèi)應(yīng)力，再進(jìn)行機(jī)械加工（圖6-A處）。對(duì)于不易機(jī)械加工的安裝平面，可以采用墊平法進(jìn)行處理（圖6-B處）。但是，這種方法可能對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)軸承帶來(lái)不良影響。支承法蘭連接孔與轉(zhuǎn)盤(pán)軸承安裝孔對(duì)應(yīng)，避免因安裝干涉引發(fā)轉(zhuǎn)盤(pán)軸承變形（圖6-C處）。

圖6 上下支承法蘭與轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的安裝孔定位

支承法蘭與轉(zhuǎn)盤(pán)軸承連接表面的技術(shù)要求見(jiàn)表1（表1中字母含義見(jiàn)圖7），L為一個(gè)孔距。表1中平面度為最大值，只允許在180°范圍內(nèi)出現(xiàn)一次，并平穩(wěn)上升或下降，不得出現(xiàn)波浪。回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)的滾道直徑介于4 000～6 300 mm，采用表1對(duì)應(yīng)的技術(shù)要求。

表1 P0級(jí)轉(zhuǎn)盤(pán)軸承支承法蘭連接表面技術(shù)要求

圖7 支承法蘭與轉(zhuǎn)盤(pán)軸承連接表面的技術(shù)要求示意圖

清潔新軸承安裝表面，檢查潤(rùn)滑油孔是否正常。安裝新軸承時(shí)，要求檢查與轉(zhuǎn)盤(pán)軸承配合的相關(guān)零件的尺寸及加工精度，待產(chǎn)品零部件（包括外購(gòu)、外協(xié)件）檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行裝配。裝配現(xiàn)場(chǎng)必須保持清潔，與轉(zhuǎn)盤(pán)軸承相關(guān)的零件在裝配前應(yīng)清理和清洗干凈，不得有毛刺、飛邊、氧化皮、銹蝕、切屑、砂粒、灰塵和油污等。裝配過(guò)程中，轉(zhuǎn)盤(pán)軸承及相關(guān)零件應(yīng)防止磕碰、劃傷和銹蝕。不允許直接敲擊轉(zhuǎn)盤(pán)軸承，嚴(yán)禁通過(guò)滾動(dòng)體傳遞安裝沖擊力，應(yīng)使用合理的專(zhuān)用工具、吊具安裝軸承。將轉(zhuǎn)盤(pán)軸承水平吊放在支承法蘭上后，用塞尺檢測(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)軸承平面與支承法蘭平面的接觸情況。如果有間隙，可以采用機(jī)械加工修平或用局部墊平消除間隙，以防止螺栓預(yù)緊后軸承變形，影響轉(zhuǎn)盤(pán)軸承正常旋轉(zhuǎn)，如圖8所示。安裝時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)軸承內(nèi)圈、外圈淬火軟帶“S”處均應(yīng)置于非負(fù)荷區(qū)或非經(jīng)常負(fù)荷區(qū)。裝填滾動(dòng)體塞子部位總是位于套圈的軟帶處，如圖9所示[3]。為了確保齒輪嚙合精度，在檢查齒輪副側(cè)隙時(shí)，應(yīng)保證在組裝過(guò)程中擁有合理的嚙合側(cè)隙。轉(zhuǎn)盤(pán)軸承齒圈3個(gè)涂有綠漆標(biāo)示齒（齒輪徑向綜合跳動(dòng)最大點(diǎn)）處的嚙合側(cè)隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)精度的要求，推薦側(cè)隙為（0.03～0.04）×模數(shù)，如圖10所示。安裝轉(zhuǎn)盤(pán)軸承時(shí)，采用的螺栓副應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)盤(pán)軸承受力情況選擇合適的強(qiáng)度等級(jí)[4]。螺栓的規(guī)格應(yīng)符合《六角頭螺栓》（GB/T 5782—2016）和《六角頭螺栓全螺紋》（GB/T 5783—2016）的規(guī)定，機(jī)械性能不得低于《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》（GB/T 3098.1—2010）規(guī)定的8.8級(jí)；螺母的規(guī)格應(yīng)符合《1型六角螺母》（GB/T 6170—2015）和《2型六角螺母》（GB/T 6175—2016）的規(guī)定，機(jī)械性能應(yīng)符合《緊固件機(jī)械性能：螺母》（GB/T 3098.2—2015）的規(guī)定。安裝螺栓墊片應(yīng)采用鋼質(zhì)調(diào)質(zhì)平墊片，嚴(yán)禁使用彈簧墊圈。

圖8 機(jī)械加工修平

圖9 裝填滾動(dòng)體塞子

圖10 嚙合側(cè)隙精度

當(dāng)徑向負(fù)荷超過(guò)軸向負(fù)荷的10%時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)軸承應(yīng)有徑向定位。轉(zhuǎn)盤(pán)軸承徑向定位后，應(yīng)使用力矩扳手分低、中、高3次預(yù)緊螺栓，并按交叉180°方向?qū)ΨQ擰緊順序有步驟進(jìn)行，確保最后一遍螺栓有相同的預(yù)緊力，同時(shí)檢查軸承的回轉(zhuǎn)是否靈活，如圖11和圖12所示。安裝螺栓應(yīng)有足夠的預(yù)緊力，其預(yù)緊力為螺栓材料屈服極限的0.7倍[5]。

圖11 力矩扳手預(yù)緊螺栓

圖12 擰緊順序

2.5 回裝新的大軸承

將修復(fù)后的旋轉(zhuǎn)大軸承吊到設(shè)備的檢修平臺(tái)，同時(shí)拆除大軸承安裝位置間的臨時(shí)支撐，把大軸承移入安裝位置。先將旋轉(zhuǎn)大軸承與門(mén)架通過(guò)螺栓固定，利用頂升裝置放下上部結(jié)構(gòu)部分，使上部結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)軸承連接。調(diào)整螺孔位置后，將上部結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)大軸承用螺栓連接。旋轉(zhuǎn)大軸承螺栓的預(yù)緊力按技術(shù)要求執(zhí)行。

2.6 軸承安裝后檢驗(yàn)

設(shè)備調(diào)試前，應(yīng)向轉(zhuǎn)盤(pán)軸承內(nèi)部補(bǔ)充合適的潤(rùn)滑脂。注脂時(shí)邊填充邊緩慢運(yùn)轉(zhuǎn)，使?jié)櫥谵D(zhuǎn)盤(pán)軸承內(nèi)部均勻分布，直至潤(rùn)滑脂從密封唇部位均勻滋出為止，且需確認(rèn)安裝過(guò)程沒(méi)有對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)軸承產(chǎn)生變形影響。在其他作業(yè)過(guò)程中禁止有電流通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)軸承，如在轉(zhuǎn)盤(pán)軸承附近搭接地線，禁止在轉(zhuǎn)盤(pán)軸承上焊接其他零部件。檢查轉(zhuǎn)盤(pán)軸承旋轉(zhuǎn)是否靈活，是否與其他零部件有干涉現(xiàn)象，密封圈是否完好，是否有異常響聲。旋轉(zhuǎn)后，重新檢測(cè)齒側(cè)間隙值，記錄數(shù)值，最后試車(chē)驗(yàn)收。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)實(shí)際案例中門(mén)機(jī)、散貨機(jī)械中回轉(zhuǎn)軸承故障類(lèi)別及原因分析發(fā)現(xiàn)，回轉(zhuǎn)軸承與支撐部位剛度不夠等問(wèn)題已經(jīng)通過(guò)工藝進(jìn)行改進(jìn)。比如：原先的支承環(huán)是鋼結(jié)構(gòu)焊接，先改為鍛件加過(guò)度頸部；運(yùn)行軌道不平或軸承安裝不當(dāng)及制造精度原因造成的滾道變形是常見(jiàn)現(xiàn)象，沉降后需要后期的維修保養(yǎng)。在回轉(zhuǎn)軸承中有一類(lèi)特殊的回轉(zhuǎn)軸承更換，如在鏈斗機(jī)內(nèi)部，如果拆除整個(gè)鏈條機(jī)構(gòu)耗時(shí)耗力，所以鏈條所在的筒體人工維修保養(yǎng)門(mén)區(qū)域焊接槽鋼支架，安裝手拉葫蘆，使鏈條在切割面部位通過(guò)手拉葫蘆分離上下部結(jié)構(gòu)，節(jié)省回轉(zhuǎn)軸承的更換成本。同時(shí)，在回轉(zhuǎn)軸承更換中，平面度修整很重要，可以延長(zhǎng)新回轉(zhuǎn)軸承的使用壽命。