港口起重機(jī)械回轉(zhuǎn)軸承更換技術(shù)分析與研究

劉世興

（廣西交通運(yùn)輸學(xué)校，廣西 南寧 530007）

0 引言

回轉(zhuǎn)軸承是港口門座起重機(jī)的重要組成部分，當(dāng)前主流的門座起重機(jī)基礎(chǔ)參數(shù)約為10t-20m，能滿足萬噸船舶的裝卸要求?，F(xiàn)階段海運(yùn)任務(wù)量不斷繁重，起重機(jī)的運(yùn)行壓力增加，一旦出現(xiàn)異響或者其他質(zhì)量問題都可能造成回轉(zhuǎn)軸損傷。而在上述故障缺陷發(fā)生后將會(huì)嚴(yán)重影響起重機(jī)的運(yùn)行效率，因此需要及時(shí)更換。但不容忽視的是，拆卸回轉(zhuǎn)軸承是一個(gè)復(fù)雜的作業(yè)過程，其操作難度高，容易引發(fā)安全問題，為避免意外情況發(fā)生，應(yīng)積極完善軸承更換方案，這也是本研究的主要目的。

1 理論分析

在起重機(jī)結(jié)構(gòu)中，回轉(zhuǎn)軸承是能夠承受較大綜合荷載的軸承，包括承受較大的軸向負(fù)荷、徑向負(fù)荷和傾覆力矩。因此在更換回轉(zhuǎn)軸承期間，應(yīng)注意以下幾方面問題：

（1）確定更換原因。有研究認(rèn)為，在更換回轉(zhuǎn)軸承前應(yīng)確定軸承破損的原因，一般情況下，軸承表面磨損、破壞是結(jié)構(gòu)失效的主要表現(xiàn)，基于軸承更換原因采取應(yīng)對(duì)措施是預(yù)防類似缺陷再次發(fā)生的關(guān)鍵點(diǎn)[1]。因此建議相關(guān)人員在更換回轉(zhuǎn)軸承期間可通過設(shè)備檢查等方式，觀察回轉(zhuǎn)軸承表面有無磨損損壞問題，做到心中有數(shù)。

（2）回轉(zhuǎn)軸承的自身性能也成為影響處理效果的重要因素。有學(xué)者為消除更換回轉(zhuǎn)軸承后的故障缺陷，認(rèn)為在安裝前通過金剛砂等材料打磨，保證軸承外殼清潔、無毛刺；同時(shí)考慮到金屬金剛砂紙產(chǎn)生的顆粒也可能污染軸承，建議考慮使用工業(yè)透明拋光墊清潔軸和殼體，然后使用輕質(zhì)機(jī)油去除水分，必須在整個(gè)過程中保持軸承清潔[2]。

（3）注意鑒別更換軸承期間的注意事項(xiàng)，雖然現(xiàn)階段回轉(zhuǎn)軸承的更換技術(shù)不斷成熟，但相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)同樣是影響故障處理效果的關(guān)鍵。有研究認(rèn)為，軸承更換期間過多使用油脂是不利的，這是因?yàn)殡S著油脂數(shù)量增多，會(huì)造成油脂運(yùn)行期間出現(xiàn)過度攪拌等問題，導(dǎo)致過熱和過多的潤滑脂清除（泄漏）；隨著溫度的增加，會(huì)提升軸承損壞風(fēng)險(xiǎn)；一旦軸承過熱而大量擠出油脂，則會(huì)導(dǎo)致密封唇損壞并在相反方向“吹出”[3]。因此現(xiàn)場維修階段應(yīng)高度關(guān)注油脂的使用量情況。

2 港口起重機(jī)回轉(zhuǎn)軸承故障原因分析

造成回轉(zhuǎn)軸承損傷的主要原因包括：回轉(zhuǎn)軸承自身加工問題也會(huì)導(dǎo)致故障發(fā)生，例如部分回轉(zhuǎn)軸承在加工生產(chǎn)中存在質(zhì)量問題，表現(xiàn)為支撐部位剛度不達(dá)標(biāo)，因此起重機(jī)械在運(yùn)行過程可能會(huì)因?yàn)槭芰l件改變而造成軸承變形或者開裂問題，見圖1。起重機(jī)運(yùn)行過程中因?yàn)檩S承安裝質(zhì)量缺陷或者軌道質(zhì)量問題而造成裝置損壞，如回轉(zhuǎn)軸承運(yùn)行軌道不規(guī)整會(huì)導(dǎo)致磨損變形情況，引發(fā)回轉(zhuǎn)軸承故障。滾珠與滾道在安裝中存在質(zhì)量問題，如二者的徑向間隙偏大會(huì)導(dǎo)致回轉(zhuǎn)軸承在正常受力條件下出現(xiàn)竄動(dòng)的情況。

圖1 軸承斷裂照片

3 港口起重機(jī)回轉(zhuǎn)軸承更換的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 回轉(zhuǎn)軸承更換前的準(zhǔn)備工作

在現(xiàn)場施工準(zhǔn)備階段應(yīng)綜合考慮港口起重機(jī)的實(shí)際情況，包括拆除回轉(zhuǎn)軸承時(shí)相關(guān)零部件的準(zhǔn)備情況、行走平臺(tái)支撐情況等；注意檢查現(xiàn)場檢修零部件準(zhǔn)備情況，如2 t 手拉葫蘆、200 t 液壓千斤頂、500 kg液壓扭力扳手等。技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果確定本次更換回轉(zhuǎn)軸承的原因，一般可根據(jù)回轉(zhuǎn)軸承運(yùn)行期間的狀態(tài)（如有無異常聲響）或者表面磨損情況、過早失效的表現(xiàn)等一系列措施做出綜合判斷，確保能針對(duì)性消除起重機(jī)回轉(zhuǎn)軸承故障。在施工前做好軸承打磨，其目的是消除構(gòu)件表面的毛刺等質(zhì)量缺陷，減少軸承更換后的摩擦問題。

3.2 頂升工作

當(dāng)現(xiàn)場的油壓裝置測試結(jié)束后，鎖緊配重梁頂油缸，并拆松上下兩面連接螺栓?，F(xiàn)場準(zhǔn)備臨時(shí)設(shè)計(jì)的頂升支座，并且在考慮現(xiàn)場施工方案穩(wěn)定性的情況下，應(yīng)確?；剞D(zhuǎn)軸承略有一定間隙，以裝置能正常移動(dòng)為標(biāo)準(zhǔn)，其最大間距為20 mm。現(xiàn)場施工中應(yīng)配合現(xiàn)場監(jiān)控等方法做同步頂升，堅(jiān)持分步頂升到位方法，現(xiàn)場施工中經(jīng)5 次左右的頂升操作使其高度達(dá)到設(shè)計(jì)高度。當(dāng)上述結(jié)構(gòu)約定期2 mm 時(shí)暫停施工應(yīng)詳細(xì)觀察裝置平衡情況并保持約5～10 min 的受壓，受壓結(jié)果無異常（包括實(shí)現(xiàn)同步抬升且無泄漏、無異響）后即可繼續(xù)頂升。每次頂升至設(shè)計(jì)高度后應(yīng)檢測支座高度與誤差，檢查裝置是否處于水平狀態(tài)，在保證保險(xiǎn)支座受力條件良好后即可抽出回轉(zhuǎn)軸承并塞入新軸承。

3.3 新回轉(zhuǎn)軸承復(fù)位施工要求

將回轉(zhuǎn)軸承移放至裝置上，8 個(gè)油泵同時(shí)緩慢下降，當(dāng)支架與回轉(zhuǎn)軸承的距離約為3 mm 時(shí)調(diào)整下支承上座，使上座螺栓對(duì)準(zhǔn)下座螺栓（圖2）。

圖2 旋轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)圖

確認(rèn)對(duì)齊后即可繼續(xù)下降，確保軸承結(jié)合效果良好，在確保連接螺栓緊固效果滿意后即可拆除油泵，并拆除所有連接、支撐用的工字鋼、角鋼等。在現(xiàn)場維修前應(yīng)認(rèn)真核對(duì)需替換回轉(zhuǎn)軸承的規(guī)格與型號(hào)，利用專業(yè)工具將其固定在相應(yīng)位置后，避免回轉(zhuǎn)軸承安裝后出現(xiàn)松動(dòng)或者歪斜等質(zhì)量問題。

除此之外相關(guān)人員還應(yīng)注意以下內(nèi)容：

現(xiàn)場施工前應(yīng)先將安裝平臺(tái)表面的垃圾物清理干凈，檢查軸承與基座表面有無銹蝕損傷、小凸點(diǎn)等質(zhì)量問題，若發(fā)現(xiàn)存在上述問題則應(yīng)該及時(shí)更換原材料。針對(duì)支撐法蘭有止口的情況，應(yīng)指派專業(yè)人員檢查止口尺寸與根部倒角等數(shù)據(jù)是否滿足技術(shù)規(guī)范。在復(fù)位施工中應(yīng)注意檢查支撐法蘭的穩(wěn)定度與剛度情況，避免軸承后期運(yùn)行階段出現(xiàn)變形損傷。同時(shí)為預(yù)防可能出現(xiàn)的法蘭裝置變形問題，在現(xiàn)場焊接時(shí)可采用機(jī)械加工的方法消除法蘭內(nèi)應(yīng)力；而對(duì)于機(jī)械加工操作難度較高位置，則可用墊平法處理。

在現(xiàn)場施工中應(yīng)密切關(guān)注轉(zhuǎn)盤軸承與支撐法蘭之間的關(guān)鍵性能參數(shù)，其具體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 軸承支撐法蘭的關(guān)鍵參數(shù)要求（單位：mm）

在現(xiàn)場施工中表1 所標(biāo)定的相關(guān)數(shù)據(jù)為更換回轉(zhuǎn)軸承的最大值，且在180°條件下僅允許出現(xiàn)一次，理想狀態(tài)下其數(shù)據(jù)變化應(yīng)呈現(xiàn)出平穩(wěn)上升或者波動(dòng)變化情況，若發(fā)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出波浪變化的情況時(shí)應(yīng)分析原因，理想狀態(tài)下的現(xiàn)場施工結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)圖

安裝新回轉(zhuǎn)軸承前應(yīng)注意檢查軸承安裝表面清潔度情況，逐一核對(duì)關(guān)鍵零部件尺寸的加工精度以及外購與外協(xié)件等檢查結(jié)果合格后才能裝配。整個(gè)現(xiàn)場施工中密切關(guān)注現(xiàn)場清潔度情況，檢查零部件表面有無飛邊、毛刺或者沙礫等損傷，并且現(xiàn)場裝配施工中應(yīng)避免因?yàn)閯潅蛘吲鲎驳韧饬ψ饔迷斐苫剞D(zhuǎn)軸承損傷。嚴(yán)禁施工人員隨意轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，整個(gè)施工中注意通過專用吊具與工具作業(yè)現(xiàn)場施工。在將軸承固定在支撐法蘭上后，應(yīng)先檢查二者的平面接觸情況，若塞尺測試結(jié)果證實(shí)存在間隙，則可通過局部墊平的方法消除間隙，避免因?yàn)檩S承變形而影響后期旋轉(zhuǎn)。

安裝階段應(yīng)注意檢查轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈、外圈淬火軟帶施工質(zhì)量，應(yīng)確保二者的“S”位置遠(yuǎn)離荷載區(qū)；在保證齒輪嚙齒精度的情況下，應(yīng)隨時(shí)觀察嚙合側(cè)隙要求，側(cè)隙的計(jì)算方法為（0.03～0.04）×模數(shù)（圖4）。

圖4 嚙合側(cè)間隙精度

轉(zhuǎn)盤軸承現(xiàn)場施工階段應(yīng)根據(jù)軸承受力情況選擇適宜強(qiáng)度等級(jí)的螺栓，所選原材料均應(yīng)滿足《六角頭螺栓全螺紋》以及《六角頭螺栓》等相關(guān)規(guī)定。

3.4 做好軸承安裝后的檢驗(yàn)

在回轉(zhuǎn)軸承安裝結(jié)束后應(yīng)盡早實(shí)施設(shè)備調(diào)試，并向軸承中充填數(shù)量充足的潤滑油。在添注潤滑油期間應(yīng)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)使?jié)櫥途鶆蚍植?。添注潤滑油的量無具體的參數(shù)要求，但理想狀態(tài)下應(yīng)確保油脂可從密封唇位置少量溢出等。

按照上述施工方案現(xiàn)場調(diào)試結(jié)束后，應(yīng)注意評(píng)估回轉(zhuǎn)軸承的更換質(zhì)量，如軸承轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活、是否與周邊零部件出現(xiàn)相互干涉情況、有無異常聲響等。現(xiàn)場測試結(jié)束后第二次核對(duì)齒側(cè)間隙情況，若本次確認(rèn)數(shù)據(jù)無誤后即可試車運(yùn)行。重新連接電源并啟動(dòng)設(shè)備。觀察設(shè)備的運(yùn)行情況，檢查回轉(zhuǎn)軸承是否正常工作。如果發(fā)現(xiàn)任何異常，需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試和測試，直至現(xiàn)場測試工作完成。

4 港口起重機(jī)械回轉(zhuǎn)軸承更換期間的注意事項(xiàng)

更換回轉(zhuǎn)軸承期間相關(guān)人員應(yīng)注意以下幾方面要求：在更換起重機(jī)械回轉(zhuǎn)軸承期間應(yīng)正確佩戴個(gè)人防護(hù)設(shè)備，如安全帽、防護(hù)手套與防護(hù)鞋等，并在進(jìn)入現(xiàn)場后第二次核對(duì)保護(hù)設(shè)備的準(zhǔn)備情況，避免維修期間出現(xiàn)嚴(yán)重安全問題。在更換起重機(jī)回轉(zhuǎn)軸期間應(yīng)先劃定現(xiàn)場作業(yè)區(qū)，并在現(xiàn)場安裝警示牌與警示標(biāo)志，確保施工人員能第一時(shí)間遠(yuǎn)離施工現(xiàn)場，并嚴(yán)格按照施工現(xiàn)場管理要求保證現(xiàn)場清潔度，避免因?yàn)殡s物而造成質(zhì)量問題，并為現(xiàn)場維修人員提供充足的操作空間。同時(shí)在現(xiàn)場增添安全防護(hù)標(biāo)志，詳細(xì)說明更換回轉(zhuǎn)軸承時(shí)可能出現(xiàn)的安全隱患以及潛在危險(xiǎn)因素等，說明不合理施工操作行為對(duì)安全事故的影響[4]。正確處理回轉(zhuǎn)軸承相關(guān)的電氣系統(tǒng)。在更換回轉(zhuǎn)軸承中需要大量使用電氣系統(tǒng)，因此現(xiàn)場操作人員應(yīng)具有豐富的電氣知識(shí)，避免因?yàn)椴缓侠聿僮鞫斐捎|電等危險(xiǎn)情況發(fā)生。

5 結(jié)語

為保證港口起重機(jī)正常運(yùn)行，通過完善回轉(zhuǎn)軸承更換技術(shù)方案可最大限度上保證裝置的運(yùn)行功能。本研究結(jié)果表明，軸承更換技術(shù)具有操作簡單、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，可滿足碼頭日常運(yùn)行要求，這也是應(yīng)用、推廣該技術(shù)的主要原因。而為最大限度上保證起重機(jī)械日常管理目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，相關(guān)人員應(yīng)在深入了解回轉(zhuǎn)軸承故障誘因的基礎(chǔ)上，不斷完善現(xiàn)場處理路徑，并配合頂升施工、安裝后的質(zhì)量檢測以及安裝后檢驗(yàn)等一系列措施提升現(xiàn)場處理能力，爭取能進(jìn)一步提升故障維修處置能力。除此之外，相關(guān)人員也應(yīng)該明確回轉(zhuǎn)軸承日常檢修的相關(guān)注意事項(xiàng)，包括認(rèn)真落實(shí)安全操作方案、佩戴安全防護(hù)設(shè)備等措施，最終為提升港口起重機(jī)性能奠定基礎(chǔ)。