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    臂式斗轮堆取料机回转支承大轴承失效及其处理

王英洁  李毅民  石长忠

  

摘要:臂式斗轮堆取料机回转支承大轴承是设备运行时工作十分频繁的机构。回转大轴承安装在臂式堆取料机的门座架之上用来支承塔架、斗轮、悬臂梁、悬臂皮带机、俯仰装置,并实现悬臂的回转运动。本文简要介绍回转支承大轴承的设计选用与运行中常常出现各种故障及其原因,并结合现场多年的实践列举和总结了的臂式斗轮堆取料机回转支承大轴承的故障现象及解决办法。这些经验对斗轮堆取料机的设计者和使用者会有一定的帮助和借鉴意义。

关键词:堆取料机;回转支承;大轴承;选用;故障;

1.回转支承大轴承在堆取料机中的应用

  臂式斗轮堆取料机的回转支承装置是支承设备回转以上各个部件重量并带动设备回转的重要部件。

  臂式斗轮堆取料机的回转装置的支承形式主要有台车式、回转大轴承式、圆锥滚轮式三种形式。而回转支承大轴承是臂式斗轮堆取料机回转支承形式中最常见的一种。

  回转支承大轴承使用的特点是安装简单、安全、方便,轴承本身还能够承受上部的倾覆力矩。回转大轴承使用中存在的不足是当回转大轴承出现问题时更换相对比较困难。所以,许多用户在选用大轴承时都选用质量比较好的大轴承,以避免和减少大轴承的更换。回转大轴承一般使用寿命至少在7-8年。质量好的可以使用达25年以上。

  臂式斗轮堆取料机的回转支承大轴承使用中要承受轴向载荷,径向载荷和支承装置以及上部分产生的倾覆力矩。图1 是回转大轴承在斗轮堆取料机上的安装位置。

  回转大轴承的上下结合处均采用螺栓分别连接到上下钢结构上。见图2,大轴承和回转驱动的安装的详细结构图。在回转支承装置中还包括大、小齿轮、电动机、行星减速机、制动器及联轴器等。

  回转支承大轴承应用在堆取料机上具有安装简单、不需要复杂的调整、能够承受一定的倾覆载荷、体积小、结构紧凑等优点。

2.回转支承大轴承的常见结构形式

  回转支承大轴承主要由内外环或上下环,滚动体,密封件,保持架等组成。

  其中大轴承的主体上下环为合金钢锻造而成。由于滚动体形状与安装形式的不同又分为:交叉滚子式回转大轴承;单排四点接触球式回转支承;双排球式回转支承;三排滚子式回转支承;单排滚子单排球回转轴承。图3与图4为较为常用的三排滚子式回转支承和单排滚子单排球回转轴承。

           

    回转大轴承的轴承主体上下环材料通常为42CrMo,锻造后机械加工,然后再经过调质处理,滚道表面要经过淬火处理。调质硬度大约在HB256-279,滚道表面淬火后硬度一般为HRC 55-60。滚道表面淬火后需要经过磨削加工,使得滚道表面粗糙度不低于1.6μm

回转大轴承的主体上下环在锻造和加工过程中需要进行必要的无损探伤检查,以确保工件不存在超出许可范围的缩松、砂眼、气孔、裂缝等缺陷。

  目前,市场上斗轮堆取料机回转装置所选用的回转支承大轴承形式主要是选用交叉滚子式、三排滚子式回转支承和单排滚子单排球回转轴承。从成本上看价格最高的是三排滚子式回转支承大轴承。

  单排交叉滚子式回转支承轴承的结构是轴承承载滚子为单排滚柱结构。单排交叉滚子式回转支承轴承所有滚子的轴线与水平面成45°夹角,滚子分别安装于轴承的内环和外环之间的90 °的V 槽中,且每相邻的两个滚子轴线之间为互成90°空间异面直线。单排交叉滚柱式回转支承具有结构紧凑,重量轻,装配间隙小,支承定位精度高,成本低廉等特点。单排交叉滚子式回转支承能同时承受轴向力,倾翻力矩和较大的径向力,被广泛的用于医疗器械,起重运输,工程机械等产品上。单排交叉滚子回转支承不大适合于重载频繁工作的机械设备。目前,为降低成本,许多厂家选用此类轴承作为堆取料机的回转支承轴承。

  单排滚子单排球回转轴承为两种支承件分别承受径向载荷和轴向载荷。即滚子承受轴向载荷,球承受径向载荷。一些欧洲的制造商在考虑了成本因素后选用此类轴承作为堆取料机的回转支承轴承。

  三排滚子式回转支承轴承是斗轮堆取料机最理想的回转支承轴承。三排滚子式回转支承轴承的特点是承受轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩比同尺寸的其它类型轴承都要大一些。同尺寸轴承中具有比较高的使用寿命。而在同尺寸回转支承轴承中三排滚子式回转支承轴承成本比较高。

3、回转支承大轴承失效的现象

  回转大轴承出现失效时主要表现为:

1)出现回转阻力变大,电机出现过载现象,回转速度比正常工作要缓慢。严重时回转会无法转动甚至卡死;

2)回转过程中出现异常噪音,如“嘎嘎”或“嗡嗡”的噪音;

3)打开大轴承后会发现滚道出现磨损、点蚀等破坏。滚子会出现磨损、破碎等现象。个别大轴承会发现滚道有少许裂纹等缺陷;

4)用尺子测量,可以发现磨损严重的大轴承其总高度尺寸会变小。

  回转大轴承出现问题主要表现在大轴承的滚子磨损、滚道磨损最终导致大轴承的失效。

4、回转支承大轴承失效的原因及分析

    回转大轴承出现失效的原因主要由以下几个方面促成的:

1)  设计选型时所选用的轴承承载能力偏小

  所选大轴承的形式与参数不能满足实际使用要求,使得轴承寿命降低,其中包括轴承的滚子寿命和滚道的寿命不能满足实际使用要求。

  正规的回转支承制造商会提供一个完善的选用计算方法,设计选用时应严格按照其进行计算和选用,尤其在载荷计算,寿命计算等方面更要慎重。对回转支承变化的载荷应采用等效载荷方法进行计算。

  回转轴承的寿命通常为7-20年。国内部分已经投入使用的设备的回转支承大轴承的寿命仅仅只有2-3年,这是十分不合理的现象。如果设备设计时回转支承大轴承的寿命就定义在2-3年,这样虽然制造成本降低了,价格也降低了,但是给用户使用成本和运输生产造成极大的经济损失。合同双方对此应有约定,若没有约定可以按照7年来考虑。目前,国内堆取料机回转支承大轴承使用寿命最长达25年以上。

  回转轴承选型建议选择三排滚子式回转支承轴承。虽然一次性投入偏高,但由于其寿命长可大大降低使用成本和维护成本。因臂式斗轮堆取料机属于重载频繁工作机械,不建议选用单排交叉滚子式回转支承轴承作为其回转支承,因为其使用寿命短,使用后会面临较大的维护成本以及影响设备正常运行率。

2)回转支承大轴承润滑不良导致回转大轴承寿命降低

  回转大轴承润滑是保证其寿命的重要手段,运行过程需要定期进行润滑,不良的润滑会加速轴承的磨损。注入润滑脂除具有润滑作用外还具有将磨损下来的轴承内的杂物通过润滑脂带出,起到清洁轴承内部的作用。另外,润滑脂还有一定的防尘作用。

3)回转支承大轴承密封不良导致寿命的降低

  回转大轴承密封是保护回转支承大轴承滚道、滚子或球不受到外界杂物、水的进入形成污染。杂物进入后会形成研磨造成磨损的加剧,水进入后会形成腐蚀,对滚道及滚动体不利。

4)回转支承大轴承的上下连接法兰钢结构的刚性不足使得大轴承的使用寿命降低

  回转大轴承的上下连接法兰钢结构的刚性不足是指大轴承上部与回转平台连接部位和下部与门座架相连接部位的刚度不足。刚度不足的后果是会发生变形,尤其是竖直方向的变形会使得轴承内部的承载转动体的载荷更加的不均匀,使得滚道、滚动体接触应力过大,严重到一定程度会加剧滚动体和滚道的损坏。因为回转大轴承自身不可能具有此处所需要的刚度,需要相关连接钢结构来保证其连接部位的足够的刚度。部分回转支承制造商对连接部位的刚度有一定的要求。所以,设计中要保证此处的刚度。

5)回转支承大轴承的上下连接法兰钢结构的加工精度影响其使用寿命降低

  回转大轴承的上下连接法兰钢结构的加工精度是指连接回转大轴承的法兰面的平面度。大轴承上部与回转平台连接部位和下部与门座架相连接部位的平面度十分重要,此处的平面度尺寸偏差过大时会导致回转大轴承的整体变形。回转大轴承变形后会使得轴承内部的承载转动体的载荷更加的不均匀,严重到一定程度也会加剧滚动体和滚道的损坏。从提高质量的角度要求,大轴承上部与回转平台连接部位和下部与门座架相连接部位的加工应采用立式车床加工其结合面,确保其平面度。

6)回转支承大轴承上下环制造质量不良引起的轴承失效

  回转大轴承上下环制造质量(包括锻造质量、加工质量、热处理质量、密封质量)不良是指锻造质量,锻造是否存在缩松、砂眼、气孔、裂纹;加工质量,机械加工尺寸精度,表面粗糙度;热处理质量,调质硬度、淬火硬度、淬火深度是否满足要求;密封件的质量等是否符合要求,上述质量若不能满足要求会使得回转大轴承提前失效。

7)回转大轴承滚子质量不良导致大轴承的失效

  轴承滚子要有足够的强度与耐磨性能。使用中若在较短时间里滚子出现了较早的磨损、破碎等现象使得轴承失效则说明滚子质量存在问题,需要立即对大轴承进行滚子的更换维修。

8)回转支承大轴承过了使用寿命期限

  回转支承大轴承过了使用寿命期限是指回转大轴承过了其设计使用期限的失效,这种失效属于正常的失效,要继续使用时需要立即更换新的回转支承大轴承即可。

5、回转支承大轴承失效的处理

  回转支承大轴承失效后应从以下几点着手处理:

1)确认回转支承大轴承失效的原因

  根据前述,确定回转支承大轴承失效的原因。

2)确定处理方案

  根据原因确定处理方案。如属于大轴承质量问题可直接更换质量好的新回转大轴承,若属于设计选型问题可考虑改变轴承选型和参数选型,若属于连接件精度或刚度问题应修正其刚度或精度后更换回转大轴承。

3)回转支承大轴承更换

  回转支承大轴承更换是十分重要的一项工作,更换轴承通常需要仔细设置工装以保障更换过程安全可靠。要选择无风或风小的天气进行操作。使用千斤顶将回转以上部分支承起来,然后将大轴承从侧面移出,最后将新的大轴承从侧面装入。整个更换过程需要认真仔细做好施工工艺和吊装工艺以确保实施过程安全有序进行。顶起过程要有人统一指挥,做好安全预案,并做好各种可能存在问题的设想以避免事故的发生和更换的失败。

6、小结

  回转支承大轴承是斗轮堆取料机的重要部件,在堆取料机设备采购、设计选型等过程中对回转支承大轴承需要引起足够的重视。

回转支承大轴承的维护与更换需要付出很大的成本和时间。为此,要从日常维护的成本中考虑回转大轴承的选型,避免加大日常维护成本,避免在降低一次性投入后加大日后的维护成本和维护时间。

更多细节请阅读《港口装卸》2013年1期

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