轉柱式門機轉柱上下支承旋轉異響分析

蔣偉豐 張向華

摘要：通過對一種回轉上下支承的安裝及加工過程的跟蹤分析，要求安裝時各部位的要求應嚴格控制，劃線及各類尺寸應保證在允許范圍內。分析旋轉時產生各種異響原因，以及相應的改善措施為后續該類門機發生類似問題前以及發生后，提供相應問題處理方法。

關鍵詞：上下支承；水平輪；軌道；產生原因；解決方法

轉柱式門座起重機的轉柱，在門架之間旋轉，上部為水平輪，下部為下支承，既承受轉柱上部的重量，也承受轉柱上部分的傾覆力矩。水平輪只承受水平力，其大小傾覆力矩之值與水平輪、下支承之間的距離來定，下支承除了同樣的承受由傾覆力距所產生的水平力而外還要承受旋轉部分的全部重量。在實際工作中安裝調整不當，門機在旋轉時就會發生異響，部分聲音自下支承發出，也有自水平輪發出，同時機身隨之產生抖動，影響門機正常使用。

下轉柱上口的上支承稱為水平輪，在轉柱上口四周安裝若干個水平輪，轉柱旋轉時水平輪沿著上支承環的環形軌道滾動，滾道起到橫向支承作用。水平輪安裝在水平輪支座上，然后用螺栓固定在轉柱上口四周平面上，或水平輪支座有的直接焊接在轉柱上口四周平面上。對于用螺栓將支座固定的形式，安裝時找中定位比較困難，但部件制作方便；對于用焊接方式將水平輪支座直接焊在下轉柱上口的形式，劃線后加工鏜孔較為困難，但定位較為準確。

下轉柱上口四周安裝若干個水平滾輪，如果某個水平輪支座安裝在下轉柱上，水平輪中心線與下轉柱中心線不平行，水平輪中心線與下轉柱中心線產生夾角，下轉柱在旋轉過程中，水平輪在上支承滾道內運動軌跡就會產生向上或向下爬坡，一旦水平輪產生上下爬坡時上下位移應力就會過大，克服不了下轉柱上部重量，水平輪在支座內就會產生向上、或向下的串動，產生崩崩等異響，使水平輪回到原位。

下轉柱與下支承座制作成一個組件，下支承座用法蘭與轉柱連接。所有支承座的各部件都裝在下支承座外套之內，其中有承受水平力的徑向軸承，承受垂直力的止推軸承，另有一個帶有法蘭的中心套筒，一方面用法蘭與轉柱連接，另一方面將水平力與垂直力傳遞至徑向軸承與止推軸承。此外在止推軸承之下還裝有一個球形座，它的作用在于適應整個下支承系統工作時的變位。

轉柱有其自身的幾何中心線，旋轉時必然要有一個旋轉軸心，從理論上說，這個旋轉軸心線和幾何中心線應當重合，但實際工作并非如此，這個旋轉軸心線不但不與幾何中心線重合，而且還會隨各機構的轉動而變化。轉柱的下支承裝有徑向調心軸承，轉柱的旋轉軸心線一定要通過這個軸承的中心點，這個中心點基本上是固定不變的。轉柱的水平輪是沿著環形支承軌道運動的，所有接觸點的運動軌跡都以環形支承軌道為依據，環形軌道的中心點必然在轉柱旋轉軸心線上。因此決定轉柱旋轉時的軸心線的精度，取決于環形軌道的中心點，以及在下轉柱的徑向調心軸承的中心點。事實上調心軸承的中心點也不是完全固定的，只是變動很小可以不計，至于環形軌道的中心，由于軌道本身受載時必然產生變形，支撐軌道的門架隨之產生變形，這個變形量又是隨著臂架位置和起重量的變動而變化，轉柱的軸心不是固定不變的。這就造成了在某一幅度已經沒有異響了，但換一個幅度就又響起來的原因。

轉柱是一個彈性體，受載時要有相應的變形與變位。重載大幅度時，有時發現后水平輪與軌道脫離，這是轉柱受力變形導致。假設A點為水平輪上支承，B點為下支承，受載之后A、B兩點都要有角變位。當轉盤受載時會發現轉盤有翹起現象這是角變位。這個變形與變位必然要影響到旋轉軸心線和支承構件。

此外，下支承的中心套筒是規定了徑向軸承與止推軸承的位置，結構上保證了三者的同心，該中心套筒又是用一個法蘭盤和轉柱連接起來的，如果法蘭盤和轉柱的幾何中心線不垂直，則兩個中心線就產生角度，和旋轉軸心線也就有折角，在調心徑向軸承中心之處相交，這是由安裝造成的旋轉軸心線的不重合。

綜上所述，轉柱相當于一個彈性體，在工作中它既有變形也有位移，隨著載荷的大小而變動。在制造過程中的安裝誤差，會導致轉柱旋轉時，其幾何中心線圍繞著旋轉軸心線劃一個圓錐，下支承的中心套筒也圍繞著旋轉軸心線劃一個圓錐。上支承軌道中心和轉柱幾何中心之差和轉柱的高度比起來相對較小，可以忽略不計，但下支承中心套筒劃起圓錐就意味著止推軸承和球形座之間要有轉動力矩和摩擦運動，且全部重量集中在有限面積之上。當轉動力矩不足以克服磨擦阻力時暫時維持不動，一旦超過摩擦阻力就會突然急劇猛跳一下，猛跳之后機身產生抖動現象，異響隨之發生。

球形座的作用在于調正。下支承由多個部件組成，有其自身的幾何中心線，最佳狀態是這個中心線和旋轉軸心線重合。假設由于安裝或其他原因未能重合，通過球形座的轉動，可以使它重合起來。例如，水平軌道的中心點本來應處于下支承中心點的垂直上方，但若安裝時稍有偏差，則球形座可以通過轉動使其中心線和旋轉軸心線重合起來，這是一種調整方法。其次就是如因種種原因下支承的中心套筒有劃圓錐現象，這個球形座也能隨之調整，使其它部件不至因受力過大而損壞，因為既已發生了劃圓錐現象而又強迫使其不動，必將產生額外的力導致部件被破壞。第一種調正作用，一經調整使下支承中心套筒處于新的位置便可維持下去。第二種調整作用是經常要起作用的，假設因潤滑不良有卡阻，則會發生敲擊之聲和抖動現象。

從以上分析看來，產生敲擊聲的原因可分為二類。一是由于門機自身結構所固有原因，如變形位移，角變位等等，解決的辦法在于掌握剛度，應在設計制造中加以考慮。其次是由于安裝不當，必須設法調整加以解決，在下支承座與門架十字梁法蘭安裝時，必須檢測十字梁法蘭水平及平整度，對下支承下座與門架十字梁法蘭的結合面進行間隙檢測，采用著色顯點法和塞尺測量并用，防止門架十字梁上法蘭焊接后的變形，使下支承下座與門架十字梁法蘭的結合面間隙<0.05mm，確保后續安裝及試車要求，避免后續動車產生敲擊之聲。

最后，門座式起重機的下支承是在極為復雜的情況下工作的，因此它的承載能力相當大，故必須注意安裝步驟和檢測要求。

轉柱的旋轉軸心線既有偏差，又有移動，在移動中要求下支承各部件要作整體移動，不應有各部件之間的相對移動。為此在設計制造中要保證調心軸承，止推軸承和球形座之間都以調心軸承的中心為共同的轉動中心。

水平輪與軌道之間有時也會發出類似敲擊的響聲，其原因在于水平輪的軸線與旋轉軸心線不平行，水平輪在上支承軌道上交叉向上或向下爬行。在它爬行之時必然要使水平輪支架受有彎矩，當這個彎矩大到足以使它復位時，便突然跳回原位隨之產生敲擊之聲。

綜上所述，通過觀察分析，有以下方式進行處理：一、組成式的下支承的球形座與調心徑向軸承不同心，容易引起破碎。二、轉柱底部的法蘭盤和轉柱的幾何中心線要垂直，法蘭盤、轉柱連接法蘭面加工要垂直于轉柱中心線。三、轉柱應有適當的剛度，支承處的角變位要小，水平輪支架要加強，減小變形。四、安裝下支承軸承時內部清潔工作必須做到位。五、下支承中的各滾動組件應當受力均勻，所有墊板墊環套筒等零件配合精度要高不能松動。六、各運動部件之間要有良好的潤滑。七、安裝下支承時要對下支承與十字梁連接面進行測量并加以調整，使之達到裝配要求。八、水平輪安裝時要檢測水平輪的水平，在轉柱垂直中心調整到位后，四周的水平輪與滾道間隙要調整到位。

參考文獻

[1]上海港口機械制造廠企業標準（港口機械零件裝配、部件裝配、總體裝配通用技術條件和驗收）

[2]上海港口機械制造廠港機產品檢驗大綱

（作者單位：上海振華重工港機通用裝備有限公司）