門機臂架關(guān)節(jié)軸承損壞原因分析及解決措施

     摘   要：40t-33m特大型門機是天津港引進的第一臺門機，該門機不論是整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，還是零部件配備、電器控制和節(jié)能技術(shù)等方面都為當(dāng)時國內(nèi)港口最先進的門座式起重機。然而，在使用200多小時后，該軸承出現(xiàn)了兩次損壞，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)作業(yè)。本文就故障的分析及解決方法進行論述。

        關(guān)鍵詞：門機臂架；軸承損壞；解決措施

        天津港于1999年底引進了第一臺40t-33m特大型門機。該門機不論是整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，還是零部件配備、電器控制和節(jié)能技術(shù)等方面都為當(dāng)時國內(nèi)港口最先進的門座式起重機。該機自重430余噸，吊鉤作業(yè)最大提升高度可達軌上28米，抓斗作業(yè)最大提升高度可達軌上18米，變幅幅度為10~33米，額定起重量40噸。
        在該門機四連桿機構(gòu)的設(shè)計中，為了結(jié)構(gòu)緊湊、鵝頭移動保持更好的水平度，設(shè)計者為臂架與象鼻梁鉸點選用了GE200ES-2RS型關(guān)節(jié)軸承。這種軸承具有承載力大、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、使用壽命長等特點，門機投入使用初期效果很好。然而，在使用200多小時后，該軸承出現(xiàn)了兩次損壞，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)作業(yè)。本文就故障的分析及解決方法介紹如下。
         一、故障現(xiàn)象及分析
       （一）故障現(xiàn)象。門機在重載變幅動作時,臂架系統(tǒng)發(fā)出刺耳的嘯叫聲音，臂架箱體伴隨抖動和共鳴。經(jīng)過公司和生產(chǎn)廠家技術(shù)人員的共同檢查確認(rèn)，聲音是從臂架關(guān)節(jié)軸承處發(fā)出的。經(jīng)初步分析，大家認(rèn)為聲音是關(guān)節(jié)軸承潤滑不良造成干磨而引起的。
       （二）原因分析。大多數(shù)軸承損壞的原因除潤滑不良外，還包括承載能力不足超負(fù)荷等外界因素。為此我們從這幾個方面進行了分析：
        1、超負(fù)荷：經(jīng)過計算，該關(guān)節(jié)軸承部位所承擔(dān)的最大負(fù)荷約為 1975kN，而該軸承額定承載能力為10600KN。由此可確定，該軸承的損壞與負(fù)載過大無關(guān)；
        2、非正常沖擊或管理不到位：該門機開始使用至軸承損壞過程中，時間較短，期間沒有出現(xiàn)過可能導(dǎo)致軸承損壞的因素，如非正常沖擊或長時間不予潤滑等情況。由此可以確定，并非意外因素或管理不到位造成軸承損壞；
        3、潤滑情況：門機的潤滑系統(tǒng)采用的是“上海五豐電液成套工程有限公司”設(shè)計的干油集中潤滑系統(tǒng)。
        ①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：該系統(tǒng)將門機分為臂架系統(tǒng)（大臂與象鼻梁）、人字架系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)大軸承三部分進行交替潤滑（每部分有兩個總管路）。此關(guān)節(jié)軸承為門機大臂與象鼻梁連接鉸點，并與臂架系統(tǒng)其他各鉸點軸承（滾柱式）并聯(lián)在臂架系統(tǒng)的兩條輸油總管上。
        ②工作原理：集中潤滑油泵給臂架系統(tǒng)打油時，是按照次序逐個給臂架兩路總管中一側(cè)的各點打油，直至此一路所有雙線分配器（注油閥）全部動作到位。同時，該路總管內(nèi)壓力上升并超過另一路總管5公斤時，兩路總管頭部的壓差開關(guān)動作，控制系統(tǒng)自動斷開此路并轉(zhuǎn)給另一路總管打油，直至此路并聯(lián)的各注油點的雙線分配器全部動作為止。該管路壓力上升至兩管路壓差達到5公斤時再次轉(zhuǎn)回第一路，結(jié)束一個循環(huán)。這種工作循環(huán)直至達到該路潤滑系統(tǒng)設(shè)定的工作時間停止。
        從軸承損壞現(xiàn)象和潤滑系統(tǒng)工作原理兩方面分析，可確定主要原因是潤滑不良造成的。
       （三）拆檢分析
        根據(jù)上述分析，我們首先對該軸承進行了人工加油。加油后，震動和噪音消失。繼續(xù)實驗一小時左右又再次出現(xiàn)異響。我們又對集中潤滑系統(tǒng)進行了仔細(xì)檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常。然而，在繼續(xù)使用后仍然出現(xiàn)震動和噪音，而且沒有減小跡象。為此，我們決定對該軸承進行拆檢分析。
        第一次拆檢：
        1、拆檢后發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)軸承外領(lǐng)內(nèi)壁面在安裝狀態(tài)時的下端面有圓弧角為30～40度左右的幾道劃痕；
        2、該軸承的軸下端面（在安裝狀態(tài)時）有圓弧角為180度左右的磨損痕跡，沿軸向形成突肩。磨損區(qū)寬度與關(guān)節(jié)軸承內(nèi)領(lǐng)寬度相同，突肩最大高度約為3～4mm。
        根據(jù)以上現(xiàn)象和對軸承及軸體潤滑孔道結(jié)構(gòu)進行的分析，初步認(rèn)為造成磨損的原因有三個：     
        第一、軸承及軸體油路本身有缺陷，造成潤滑脂難以到達承壓面（軸承及軸結(jié)構(gòu)見圖1）；

圖1

        第二、加油時間過短，潤滑不夠充分；
        第三、在安裝時軸體孔道內(nèi)未做徹底清理，留有加工殘留物。
        根據(jù)以上情況，我們采取了如下措施：
        首先、對軸進行修復(fù)和清洗，更換新軸承；
        其次、要求門機司機作業(yè)中每隔8小時加一次油。
        采取以上措施工作幾十小時后，再次出現(xiàn)了干磨異響現(xiàn)象。為此，又進行了第二次拆檢。
        第二次拆檢：
        這次檢查結(jié)果與上次完全相同。通過仔細(xì)分析我們發(fā)現(xiàn)：
        1、關(guān)節(jié)軸承內(nèi)外領(lǐng)承壓面幾乎沒有潤滑脂，而在非承壓面卻有較多油脂并從非承壓面最上端溢出軸承。說明油脂在進入軸承承壓面前就已經(jīng)被擠出軸承；
        2、在軸承內(nèi)領(lǐng)與軸的上端面之間有很多油脂。
        經(jīng)過分析圖紙我們還發(fā)現(xiàn)，該軸承外徑加工尺寸為200h7,與關(guān)節(jié)軸承內(nèi)領(lǐng)為負(fù)偏差。從拆檢結(jié)果我們斷定，損壞過程如下：
        在潤滑系統(tǒng)工作時，潤滑脂沿油道進入關(guān)節(jié)軸承內(nèi)油槽后，大部分進入非承壓面，并從軸承兩端溢出。僅有極少量油脂進入承壓面內(nèi)的油槽（軸承油槽結(jié)構(gòu)見圖2），但因承壓很大、間隙過小，無法均勻分布到摩擦面，所以首先造成局部干磨，當(dāng)溫度較高時出現(xiàn)軸承內(nèi)外領(lǐng)“抱死”現(xiàn)象。

                

                                                                 圖2 
        當(dāng)關(guān)節(jié)軸承“抱死”后，由于軸承內(nèi)領(lǐng)與軸之間為負(fù)偏差配合，油脂從軸上的出口進入軸與軸承內(nèi)領(lǐng)之間空隙，從而造成軸與軸承內(nèi)領(lǐng)之間形成“軸承”的現(xiàn)象。由于軸上油槽與軸承內(nèi)外領(lǐng)之間油槽相同，且僅是沿徑向圓周有一道10mm寬的油槽，在滑動過程中不能充分分布油膜，造成軸的磨損。當(dāng)磨損到一定程度時，金屬屑進入摩擦面使磨損加劇，產(chǎn)生劇烈震動和噪音。
        二、解決措施
      （一）措施
        1、 修改軸承油道。 鑒于軸承油槽結(jié)構(gòu)難以將油脂均勻分布，我們對新軸承進行了修改，即沿軸承軸向在軸承外領(lǐng)內(nèi)表面，均勻加工出6道寬4mm深2~3mm的油槽與其原有的徑向油槽相通，使油脂能更加容易地進入承壓面區(qū)域（見圖3）；

  圖3  軸承外領(lǐng)油槽改造示意圖

        
        2、加大軸徑公差，增大軸的摩擦阻力。將軸重新加工，使其與軸承內(nèi)領(lǐng)之間為過盈配合，公差為+1，使油脂難以進入內(nèi)領(lǐng)與軸接觸面，增大摩擦阻力；
        3、設(shè)置獨立潤滑系統(tǒng)。由于頻繁使用集中潤滑系統(tǒng)加油，造成臂架其他鉸點軸承油脂過多，既造成不必要的浪費，又造成設(shè)備的污染。為此，我們?yōu)殛P(guān)節(jié)軸承重新安裝了一個獨立的手動潤滑裝置，與集中潤滑系統(tǒng)管路斷開。要求每班次作業(yè)中由司機進行一次3~5分鐘的加油。
       （二）效果
        通過采取以上措施，該軸承工作正常，臂架系統(tǒng)工作十分平穩(wěn)，異響和震動全部消失。該門機運行至今已連續(xù)使用兩年多，作業(yè)量累計達200多萬噸，沒有出現(xiàn)任何異常。2001年，我公司新定購并投入使用的40t—33m門機（4#門機），在圖紙審核中我們借鑒了改造經(jīng)驗，對原設(shè)計進行了修改，實際應(yīng)用效果良好。該項故障的解決也為天津港其他公司購置同類大型門機以及生產(chǎn)廠家完善設(shè)計積累了很好的經(jīng)驗。