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啤嶺機電設(shè)備（上海）有限公司
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臂式斗輪堆取料機回轉(zhuǎn)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(shè)計院）
　　摘　要：臂式斗輪堆取料機回轉(zhuǎn)支承大軸承是設(shè)備運行時工作十分頻繁的機構(gòu)。回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運動。本文簡要介紹回轉(zhuǎn)支承大軸承的設(shè)計選用與運行中常常出現(xiàn)各種故障及其原因，并結(jié)合現(xiàn)場多年的實踐列舉和總結(jié)了的臂式斗輪堆取料機回轉(zhuǎn)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(shè)計者和使用者會有一定的幫助和借鑒意義。
　　關(guān)鍵詞：堆取料機；回轉(zhuǎn)支承；大軸承；選用；故障
　　1　回轉(zhuǎn)支承大軸承在堆取料機中的應(yīng)用
　　臂式斗輪堆取料機的回轉(zhuǎn)支承裝置是支承設(shè)備回轉(zhuǎn)以上各個部件重量并帶動設(shè)備回轉(zhuǎn)的重要部件。
　　臂式斗輪堆取料機的回轉(zhuǎn)裝置的支承形式主要有臺車式、回轉(zhuǎn)大軸承式、圓錐滾輪式三種形式。而回轉(zhuǎn)支承大軸承是臂式斗輪堆取料機回轉(zhuǎn)支承形式中Z常見的一種。
　　回轉(zhuǎn)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。回轉(zhuǎn)大軸承使用中存在的不足是當(dāng)回轉(zhuǎn)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(zhì)量比較好的大軸承，以避免和減少大軸承的更換。回轉(zhuǎn)大軸承一般使用壽命至少在7-8年。質(zhì)量好的可以使用達25年以上。
　　臂式斗輪堆取料機的回轉(zhuǎn)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(chǎn)生的傾覆力矩。圖1是回轉(zhuǎn)大軸承在斗輪堆取料機上的安裝位置。
　　回轉(zhuǎn)大軸承的上下結(jié)合處均采用螺栓分別連接到上下鋼結(jié)構(gòu)上。見圖2，大軸承和回轉(zhuǎn)驅(qū)動的安裝的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。在回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承大軸承應(yīng)用在堆取料機上具有安裝簡單、不需要復(fù)雜的調(diào)整、能夠承受一定的傾覆載荷、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。
　　2　回轉(zhuǎn)支承大軸承的常見結(jié)構(gòu)形式
　　回轉(zhuǎn)支承大軸承主要由內(nèi)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(zhuǎn)大軸承；單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承；雙排球式回轉(zhuǎn)支承；三排滾子式回轉(zhuǎn)支承；單排滾子單排球回轉(zhuǎn)軸承。圖3與圖4為較為常用的三排滾子式回轉(zhuǎn)支承和單排滾子單排球回轉(zhuǎn)軸承。
　　回轉(zhuǎn)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(diào)質(zhì)處理，滾道表面要經(jīng)過淬火處理。調(diào)質(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)裝置所選用的回轉(zhuǎn)支承大軸承形式主要是選用交叉滾子式、三排滾子式回轉(zhuǎn)支承和單排滾子單排球回轉(zhuǎn)軸承。從成本上看價格Z高的是三排滾子式回轉(zhuǎn)支承大軸承。
　　單排交叉滾子式回轉(zhuǎn)支承軸承的結(jié)構(gòu)是軸承承載滾子為單排滾柱結(jié)構(gòu)。單排交叉滾子式回轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)支承具有結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(chǎn)品上。單排交叉滾子回轉(zhuǎn)支承不大適合于重載頻繁工作的機械設(shè)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(zhuǎn)支承軸承。
　　單排滾子單排球回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承軸承。
　　三排滾子式回轉(zhuǎn)支承軸承是斗輪堆取料機Z理想的回轉(zhuǎn)支承軸承。三排滾子式回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承軸承中三排滾子式回轉(zhuǎn)支承軸承成本比較高。
　　3　回轉(zhuǎn)支承大軸承失效的現(xiàn)象
　　回轉(zhuǎn)大軸承出現(xiàn)失效時主要表現(xiàn)為：
　　1）出現(xiàn)回轉(zhuǎn)阻力變大，電機出現(xiàn)過載現(xiàn)象，回轉(zhuǎn)速度比正常工作要緩慢。嚴(yán)重時回轉(zhuǎn)會無法轉(zhuǎn)動甚至卡死；
　　2）回轉(zhuǎn)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(yán)重的大軸承其總高度尺寸會變小。
　　回轉(zhuǎn)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(dǎo)致大軸承的失效。
　　4　回轉(zhuǎn)支承大軸承失效的原因及分析
　　回轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)支承制造商會提供一個完善的選用計算方法，設(shè)計選用時應(yīng)嚴(yán)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(zhuǎn)支承變化的載荷應(yīng)采用等效載荷方法進行計算。
　　回轉(zhuǎn)軸承的壽命通常為7-20年。國內(nèi)部分已經(jīng)投入使用的設(shè)備的回轉(zhuǎn)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(shè)備設(shè)計時回轉(zhuǎn)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(chǎn)造成極大的經(jīng)濟損失。合同雙方對此應(yīng)有約定，若沒有約定可以按照7年來考慮。目前，國內(nèi)堆取料機回轉(zhuǎn)支承大軸承使用壽命Z長達25年以上。
　　回轉(zhuǎn)軸承選型建議選擇三排滾子式回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承軸承作為其回轉(zhuǎn)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(shè)備正常運行率。
　　2）回轉(zhuǎn)支承大軸承潤滑不良導(dǎo)致回轉(zhuǎn)大軸承壽命降低
　　回轉(zhuǎn)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(nèi)的雜物通過潤滑脂帶出，起到清潔軸承內(nèi)部的作用。另外，潤滑脂還有一定的防塵作用。
　　3）回轉(zhuǎn)支承大軸承密封不良導(dǎo)致壽命的降低
　　回轉(zhuǎn)大軸承密封是保護回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承大軸承的上下連接法蘭鋼結(jié)構(gòu)的剛性不足使得大軸承的使用壽命降低
　　回轉(zhuǎn)大軸承的上下連接法蘭鋼結(jié)構(gòu)的剛性不足是指大軸承上部與回轉(zhuǎn)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(nèi)部的承載轉(zhuǎn)動體的載荷更加的不均勻，使得滾道、滾動體接觸應(yīng)力過大，嚴(yán)重到一定程度會加劇滾動體和滾道的損壞。因為回轉(zhuǎn)大軸承自身不可能具有此處所需要的剛度，需要相關(guān)連接鋼結(jié)構(gòu)來保證其連接部位的足夠的剛度。部分回轉(zhuǎn)支承制造商對連接部位的剛度有一定的要求。所以，設(shè)計中要保證此處的剛度。
　　5）回轉(zhuǎn)支承大軸承的上下連接法蘭鋼結(jié)構(gòu)的加工精度影響其使用壽命降低
　　回轉(zhuǎn)大軸承的上下連接法蘭鋼結(jié)構(gòu)的加工精度是指連接回轉(zhuǎn)大軸承的法蘭面的平面度。大軸承上部與回轉(zhuǎn)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(dǎo)致回轉(zhuǎn)大軸承的整體變形。回轉(zhuǎn)大軸承變形后會使得軸承內(nèi)部的承載轉(zhuǎn)動體的載荷更加的不均勻，嚴(yán)重到一定程度也會加劇滾動體和滾道的損壞。從提高質(zhì)量的角度要求，大軸承上部與回轉(zhuǎn)平臺連接部位和下部與門座架相連接部位的加工應(yīng)采用立式車床加工其結(jié)合面，確保其平面度。
　　6）回轉(zhuǎn)支承大軸承上下環(huán)制造質(zhì)量不良引起的軸承失效
　　回轉(zhuǎn)大軸承上下環(huán)制造質(zhì)量（包括鍛造質(zhì)量、加工質(zhì)量、熱處理質(zhì)量、密封質(zhì)量）不良是指鍛造質(zhì)量，鍛造是否存在縮松、砂眼、氣孔、裂紋；加工質(zhì)量，機械加工尺寸精度，表面粗糙度；熱處理質(zhì)量，調(diào)質(zhì)硬度、淬火硬度、淬火深度是否滿足要求；密封件的質(zhì)量等是否符合要求，上述質(zhì)量若不能滿足要求會使得回轉(zhuǎn)大軸承提前失效。
　　7）回轉(zhuǎn)大軸承滾子質(zhì)量不良導(dǎo)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(zhì)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(zhuǎn)支承大軸承過了使用壽命期限
　　回轉(zhuǎn)支承大軸承過了使用壽命期限是指回轉(zhuǎn)大軸承過了其設(shè)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(zhuǎn)支承大軸承即可。
　　5　回轉(zhuǎn)支承大軸承失效的處理
　　回轉(zhuǎn)支承大軸承失效后應(yīng)從以下幾點著手處理：
　　1）確認(rèn)回轉(zhuǎn)支承大軸承失效的原因
　　根據(jù)前述，確定回轉(zhuǎn)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(zhì)量問題可直接更換質(zhì)量好的新回轉(zhuǎn)大軸承，若屬于設(shè)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(yīng)修正其剛度或精度后更換回轉(zhuǎn)大軸承。
　　3）回轉(zhuǎn)支承大軸承更換
　　回轉(zhuǎn)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(xì)設(shè)置工裝以保障更換過程安全可靠。要選擇無風(fēng)或風(fēng)小的天氣進行操作。使用千斤頂將回轉(zhuǎn)以上部分支承起來，然后將大軸承從側(cè)面移出，Z后將新的大軸承從側(cè)面裝入。整個更換過程需要認(rèn)真仔細(xì)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(yù)案，并做好各種可能存在問題的設(shè)想以避免事故的發(fā)生和更換的失敗。
　　6　小結(jié)
　　回轉(zhuǎn)支承大軸承是斗輪堆取料機的重要部件，在堆取料機設(shè)備采購、設(shè)計選型等過程中對回轉(zhuǎn)支承大軸承需要引起足夠的重視。
　　回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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