塔式起重機回轉支承常見故障分析及對策

張 學 東

(晉中市建設工程安全監督管理站，山西 晉中　030600)

0　引言

塔式起重機為使其起重臂的有效作業面寬廣，以完成各種作業要求，一般都具有回轉的功能。由于塔機上部轉動部分的自重較大，一般有幾十噸，甚至數十噸。為了保障塔機回轉時的平穩輕快，現代塔機都采用滾珠回轉支承或滾柱回轉支承。

回轉支承系統是塔機的重要結構部件，通常由上支承座、回轉支承、下支承座三部分構成(見圖1)。它是連接塔身、塔帽的中間結構，并使塔機起重臂以此為中心自由旋轉，通過變換變幅小車在起重臂上的位置來完成各種方位的吊裝。回轉支承系統承上啟下，平衡臂、起重臂、塔帽等部分，在不同的工況下產生的各種載荷通過回轉支承系統傳遞到塔身，作為回轉系統同樣承受復雜多變的載荷。因此良好的回轉支承系統對保障塔機的正常安全運行尤為重要。

1　塔機回轉支承常見故障

塔機回轉支承常見故障主要是回轉支承在轉動時產生異響(金屬撞擊聲)、滾道腐蝕后的塌陷、晃動量較大，嚴重時有金屬粉末從密封處溢出，局部齒輪磨損嚴重等。

2　原因分析

影響塔機回轉支承正常運行的原因大致可以分為兩方面：一方面是回轉支承的設計選取；另一方面是出廠前裝配加工、工作環境、維護保養。

2.1　回轉支承的設計選取

回轉支承的設計選型不當，必將在很長的一段時間內影響到塔機的性能，影響到塔機的安全使用。

2.2　從裝配、使用、維護等方面

部分新塔機在使用過程中，做回轉操作時回轉支承會產生異響。正常情況下新出廠的回轉支承，其滾珠與滾道的配合精度是符合設計要求的，新滾道一般不會出現磨損缺損或因材料和產品質量控制不好而出現滾道損壞變形的現象，因此前面所說的異響，不應該由回轉支承本身所產生。

回轉支承的連接是用成組的高強螺栓分別與回轉機構上下支座連接，回轉機構上下支座由鋼板焊接而成，由于焊接時未經有效的熱處理，再加上加工精度的偏差，使其組裝平面上下公差誤差過大，影響回轉支承整體安裝精度，導致變形，使滾珠運行軌道某一段出現卡阻現象，塔機滾珠通過此段位置時產生較大阻力，使結構件受扭，產生異常聲響。一般情況下會隨著時間的推移，滾珠與滾道磨合均勻后，此現象會逐漸消失。

經過長時間使用后，出現異響，初步判斷有異物導致或長時間沒有加注潤滑油，滾柱與金屬外壁摩擦力加大。而回轉支承運轉時晃動較大甚至密封圈溢出金屬粉末，一般判斷為回轉支承內的滾珠粉碎。再者就是連接回轉支承與上下支座的高強螺栓松動，導致回轉支承與上下支座的間隙內進去異物。

塔式起重機回轉支承與回轉機構上下支座用成組高強螺栓連接。一般情況下，上支座底板與回轉支承外圈連接螺栓頂端應留有20 mm的間隙(見圖2)，保證塔機上部旋轉時，上支座底板不會與回轉支承外圈連接螺栓頂端相刮蹭。一般情況下塔機在工作8年～10年后，其回轉支承磨損較大，其主要磨損發生在滾珠與滾道之間，在滾道磨大后，上支座向下塌陷，再加上起重臂、平衡臂等載荷分布不均勻，導致該間隙數值減小，就會出現刮蹭，最終導致塔機無法轉動。

回轉支承與上下支座相連，并與回轉機構齒輪相嚙合，齒輪的嚙合間隙、嚙合面積不合適都會導致齒輪偏磨、磨損嚴重。因此上下支座的加工、回轉支承與回轉機構的裝配對回轉支承的正常運轉影響頗大。

3　對策

3.1　回轉支承的設計選取

回轉支承工作級別應按照不同工作級別選取相應等級。

一般情況下，回轉支承的設計選型按以下方法進行：

根據作用在回轉支承中心的軸向力Fv、作用在回轉支承中心的水平力Fh、作用在回轉支承中心的傾覆力矩M、計算當量外載荷Feq。

1)當量外載荷的計算。

根據回轉支承結構形式，分別按下列公式計算：

a.單排及雙排球式回轉支承：

(1)

b.單排交叉滾柱式回轉支承：

(2)

c.三排柱式回轉支承:

(3)

其中，Feq為回轉支承當量外載荷，N；Fv為作用在回轉支承中心的軸向力，N；Fh為作用在回轉支承中心的水平力，N；M為作用在回轉支承中心的傾覆力矩，N·m；D0為滾動體中心圓直徑，對于雙排球式及三排柱式回轉支承，D0均為下排滾動體中心圓直徑，m。

2)回轉支承當量靜容量的計算。

a.單排球式：

(4)

b.單排交叉滾柱式:

(5)

c.雙排球式:

(6)

d.三排柱式:

F0=f0d0l0z0

(7)

其中，F0為回轉支承當量凈容量，N；d0為鋼球或滾柱直徑，對圓錐形滾柱d0為中徑，mm；θ為公稱接觸角，對單排球式θ=50°，對交叉滾柱式θ=45°；f0為靜容量系數，由滾道表面硬度決定，當表面硬度不小于HRC58時，單排及雙排球式為f0=49，交叉滾柱及三排柱式為f0=98 N/mm；l0為滾柱的接觸長度，對單排交叉滾柱式，滾柱為圓柱形，l0=0.75d0，對三排柱式或采用圓錐滾柱、腰鼓形滾柱的交叉滾柱式l0取為0.85d0，mm；z0為鋼球或滾柱個數，對雙排球式或三排柱式，z0為上排滾動體個數，z0按式(8)計算:

(8)

其中，D0為上排滾動體中心圓直徑。按式(8)計算的z0值，對單排球式及雙排球式應圓整至較小的整數，對單排交叉滾柱式及三排柱式應圓整至較小的偶數，m；b為隔離塊有效隔離寬度(按表1選取)，mm。

表1　隔離塊有效寬度　mm

3.2　上下支座的加工

上下支座作為焊接結構件，其安裝接觸面的剛度、水平度要符合設計要求，并且要保障焊接質量。在焊接完成后轉入機加工工序，鉗工劃線一定要按設計要求，在設計要求的范圍內適當均衡相對誤差，保證回轉支承與回轉機構的中心距相等，上下加工面適當，線要畫的清晰，為下道工序做好準備工作。進入刨床以及鏜床施工階段，要確保加工進度，再轉入下道工序之前要及時清理毛邊。對上下支座進行鉆孔時，要準確且注意上下支座筋板位置，及時錯開，防止在將來的裝配中出現連接高強螺栓無法擰緊的現象。

3.3　回轉支承的裝配

在回轉支承與上下支座裝配之前首先要清理上下支座各面加工面，最好用砂紙進行打磨，清除雜質。裝配時要確保使用符合要求的高強螺栓，必須使用平墊。用力矩扳手進行緊固，緊固完畢后最好用普通扳手再次加緊。在試車時要注意給回轉支承加注潤滑油，加油標準為，密封圈溢出少量潤滑油。試車時同時注意測試嚙合間隙、嚙合面積，保障回轉支承與回轉機構在整圈運轉時嚙合間隙、嚙合面積在設計要求范圍內。

3.4　回轉支承的維護保養

1)一般工作條件下，回轉支承首次運轉100 h后或長期停用的塔機重新使用前，滾道內部應重新充滿新的潤滑脂一次。以后每運轉400 h檢查一次并適量加注潤滑脂以保持回轉支承處于良好的潤滑狀態。在連續工作或高溫、濕度大等惡劣條件下工作的塔機應加強潤滑保養。每次潤滑后應做好保養記錄。

2)回轉支承齒面應每10個工作日清潔并更換潤滑脂一次，嚴防有鐵屑、砂石等較硬異物接近或進入齒嚙合區。推薦齒面使用的潤滑脂，冬季：2號極壓鋰基脂；夏季：3號極壓鋰基脂。

3)新的回轉支承運轉大于100 h時，應進行全面檢查，包括高強螺栓的預緊力等；后期每運轉時間大于500 h，需進行一次全面檢查，包括高強螺栓的預緊力等。

4)日常檢查中需檢查油封的密封情況，如果發現油封破損應及時更換、發現油封脫落應及時復位，以防止雨水進入滾道導致潤滑脂失效。

5)不同廠家生產的潤滑脂或不同型號的潤滑脂均不能混合使用，以免造成潤滑脂過早失效。

6)使用中應防止風塵、雨水、高溫等，對回轉支承造成的不良影響；防止較硬的異物進入驅動小齒與回轉支承大齒圈的嚙合區域。

7)滾道內加注潤滑脂的方法：首先將回轉支承內圈上油杯及油槍上油嘴卸下，將填滿潤滑脂的油槍通過注油管直接與回轉支承內圈上其中1個注油孔旋接，一邊慢慢運轉回轉支承，一邊通過油槍向回轉支承滾道內注潤滑脂，以保證各處潤滑脂填充均勻。正常保養時，觀察回轉支承上表面，加注至潤滑脂沿上密封帶一周均有滲出為止；首次運行或長期停用后使用時，需按上述方法加油，將原潤滑脂完全擠出。

8)在使用過程中，如發現有異響、沖擊力突然增大的情況，應立即停止作業排除故障，消除隱患試機正常后才能重新進行作業。

4　結語

隨著社會的進步，塔機在高層建筑施工中發揮著越來越重要的作用，作為塔機的重要部分——回轉機構，對塔機的性能起著至關重要的作用，由此塔機及回轉支承制造企業應按行業標準加強對回轉支承及安裝平面的檢查和控制，使用單位加強對回轉支承的維護保養顯得尤為重要。

參考文獻：

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