起重機(jī)滑輪結(jié)構(gòu)升級(jí)改造方案

王海波 李 奔 付 欣 高梓瑄

曹妃甸港集團(tuán)股份有限公司

1 引言

曹妃甸港集團(tuán)股份有限公司弘毅碼頭是以散貨卸船為主的現(xiàn)代化碼頭，2012年底投產(chǎn)，主要從事煤炭、礦石的卸船作業(yè)任務(wù)，年吞吐量超2 500萬t。目前公司有四連桿型港口門座起重機(jī)(以下簡稱門機(jī))24臺(tái)，另有多臺(tái)各類輔助裝卸設(shè)備。

門機(jī)是公司裝卸作業(yè)的核心設(shè)備，承擔(dān)全部裝卸船作業(yè)任務(wù)，自2017年至今多次發(fā)生臂架滑輪故障情況。通過整理、研究歷次故障情況，并結(jié)合日常檢查及相關(guān)計(jì)算，理清了故障經(jīng)過及故障產(chǎn)生原因。針對(duì)故障根源，依據(jù)設(shè)備實(shí)際情況、備件庫存情況不斷優(yōu)化改造方案，最終在保證維修質(zhì)量的前提下，使維修費(fèi)用、工程量降至較低水平。

2 原有情況

本碼頭的24臺(tái)門機(jī)，均為MQ4043型，其主要參數(shù)見表1。

表1 弘毅碼頭門機(jī)參數(shù)表

每臺(tái)門機(jī)起升機(jī)構(gòu)在人字架頂部、最高點(diǎn)、額頭3個(gè)位置設(shè)有鋼繩拐點(diǎn)，每個(gè)拐點(diǎn)有2組共4個(gè)滑輪，全部采用NNF5036軸承結(jié)構(gòu)。該軸承型號(hào)較為特殊，為自帶密封蓋的滿裝雙列帶止動(dòng)卡簧槽的輕型圓柱滾子軸承，且在實(shí)際生產(chǎn)中多設(shè)計(jì)成過渡甚至間隙配合。結(jié)構(gòu)詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 NNF5036軸承滑輪組結(jié)構(gòu)

雖然采用該軸承的滑輪組件結(jié)構(gòu)簡單、組裝方便、更換維修操作性強(qiáng)，但使用該型軸承的滑輪結(jié)構(gòu)自2017年5月至今，多次發(fā)生軸承甚至滑輪主體、滑輪軸損毀情況，具體損壞清單見表2。

表2 自2017年5月～2020年3月碼頭滑輪組損壞情況清單

歷次損壞過程均為突發(fā)性損壞，且損壞程度較高，損壞的NNF5036軸承出現(xiàn)整體碎裂，內(nèi)外滾道、滾動(dòng)體完全破碎。因軸承沒有保持架，也沒有止動(dòng)端蓋的保護(hù)，鐵質(zhì)碎塊直接自高空掉落至地面，存在極大的安全隱患。

經(jīng)過仔細(xì)檢查損壞現(xiàn)場(chǎng)情況，發(fā)現(xiàn)全部滑輪結(jié)構(gòu)損壞均存在半邊損壞嚴(yán)重、滑輪主體止動(dòng)卡簧結(jié)構(gòu)損壞、滑輪主體一側(cè)面有磨痕的情況。結(jié)合日常檢查中發(fā)現(xiàn)卡簧受沖擊脫離卡簧槽的情況，認(rèn)定損壞的起因?yàn)椋菏茇?fù)載軸向沖擊或滑輪軸水平度不足等因素影響，滑輪主體止動(dòng)卡簧槽過載導(dǎo)致?lián)p毀；導(dǎo)致滑輪主體與軸承發(fā)生相互運(yùn)動(dòng)，滑輪局部偏載，最終軸承損毀。

滿載散貨工況下，3個(gè)拐點(diǎn)各位置滑輪均衡受力時(shí)額定載荷見表3。

表3 各拐點(diǎn)位置滑輪額載情況表

考慮到開閉鋼絲繩在抓斗閉斗作業(yè)時(shí)的實(shí)際作業(yè)工況以及1.1倍沖擊載荷，各滑輪的實(shí)際最大負(fù)載見表4。

經(jīng)過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：NNF5036軸承，額定徑向載荷560 kN，不能承受軸向載荷[1]。如考慮起升沖擊、回轉(zhuǎn)加速等其他實(shí)際情況，極易發(fā)生超載。

在日常檢查中卡簧槽結(jié)構(gòu)被潤滑脂包圍，如有輕微脫槽難以察覺。而一旦整體脫槽，過渡或間隙配合的滑輪主體與軸承極易出現(xiàn)錯(cuò)位，半邊甚至更短范圍受載的NNF5036軸承，在滿載作用力下將會(huì)嚴(yán)重超載，僅需1個(gè)作業(yè)循環(huán)就會(huì)導(dǎo)致軸承損壞，故障的突發(fā)性較高。

另外，回轉(zhuǎn)加速時(shí)，抓斗的切向加速度通過鋼絲繩傳遞給滑輪的結(jié)構(gòu)，最終由軸承的軸向力提供支持，因此額頭位置在回轉(zhuǎn)加速時(shí)受側(cè)向力明顯，且受力值隨加速時(shí)間及門機(jī)幅度大小變化，綜合計(jì)算每個(gè)滑輪約有7 kN的軸向力。

綜上認(rèn)定：最高點(diǎn)位置軸承損壞主要原因是超負(fù)荷，誘因是回轉(zhuǎn)、滑輪軸傾斜等因素產(chǎn)生的滑輪軸向力導(dǎo)致的軸承卡簧槽失效；額頭位置軸承損壞主要原因是帶載回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軸向力導(dǎo)致的軸承卡簧槽失效，進(jìn)而導(dǎo)致滑輪主體與軸承錯(cuò)位，軸承局部過載損壞。

3 改進(jìn)方案

依據(jù)確定的故障原因，初步?jīng)Q定將原軸承更換為軸向、徑向負(fù)載能力更強(qiáng)的軸承，并增設(shè)端蓋以提高軸向止動(dòng)性能，進(jìn)行升級(jí)改造。

檢查發(fā)現(xiàn)庫房尚有較多NNF5036軸承備件，如直接采用高強(qiáng)度軸承必然導(dǎo)致現(xiàn)有備件浪費(fèi)，故又提出能否采用在原基礎(chǔ)上加強(qiáng)的方案。

在查閱圖紙過程中還發(fā)現(xiàn)，拐點(diǎn)各位置滑輪間距不同，具體情況見圖2。

圖2 人字架頂端、最高點(diǎn)、額頭位置滑輪軸線間距圖

該區(qū)別導(dǎo)致鋼繩在各組滑輪之間呈喇叭口狀樣式，雖然偏角極小基本對(duì)受力沒有影響，但對(duì)滑輪結(jié)構(gòu)的端蓋布置產(chǎn)生較大影響[2]。

在查閱圖紙過程中還發(fā)現(xiàn)，因原設(shè)計(jì)利用了NNF5036軸承自帶的密封蓋及止動(dòng)卡簧槽，沒有為端蓋、密封唇預(yù)留安裝位置，滑輪組結(jié)構(gòu)極為緊湊，滑輪組兩側(cè)的支撐耳板間距僅有352 mm?；嗛g距有160 mm、175 mm兩種。新改造的滑輪組必須能夠放置在352 mm寬的兩支撐耳板之間。經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計(jì)最終決定采用2套方案。

3.1 補(bǔ)強(qiáng)方案(方案1)

盡量沿用原零部件，僅在滑輪主體兩端加設(shè)軸承止動(dòng)端蓋，提高軸承的軸向承載能力，并有效防止損壞的軸承碎塊掉落。因原設(shè)計(jì)并沒有考慮設(shè)置端蓋，故滑輪間距較小，僅有6 mm，經(jīng)過多次與生產(chǎn)單位溝通最終確定了端蓋的詳細(xì)圖紙，設(shè)計(jì)為超薄結(jié)構(gòu)。端蓋具體圖紙見圖3。

圖3 方案1端蓋

雖然該方案對(duì)滑輪的增強(qiáng)效果有限，但可適當(dāng)消耗庫存?zhèn)浼?，降低物資消耗量。結(jié)合考慮額頭位置滑輪間距較大，且受軸向負(fù)載損壞情況更多，故決定使用在該位置。

3.2 整體增強(qiáng)方案(方案2)

經(jīng)過對(duì)其他廠家結(jié)構(gòu)方案、機(jī)械原理等進(jìn)行仔細(xì)分析，決定采用6236+NJ236雙軸承，并設(shè)置端蓋、止動(dòng)軸套的方式進(jìn)行整體增強(qiáng)。具體結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 方案2整體圖

NJ236軸承可承載徑向額載荷625 kN，6236軸承可承受徑向額載 227 kN，軸向額載112 kN[3]。2個(gè)軸承組隊(duì)安裝，可承載額定載荷徑向約880 kN，軸向載荷100 kN，完全滿足使用要求。

為了適應(yīng)強(qiáng)度更高的新結(jié)構(gòu)，對(duì)滑輪端蓋及軸套都進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。對(duì)滑輪、端蓋進(jìn)行加強(qiáng)后，滑輪間距也必須進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。NNF5036軸承寬度136 mm，自帶密封唇、止動(dòng)卡簧，而調(diào)整后需增設(shè)密封唇、止動(dòng)圈等結(jié)構(gòu)，單個(gè)滑輪組件的寬度達(dá)到158 mm，如滑輪軸線間距160 mm不變，滑輪間距將降到2 mm，因此必須適當(dāng)調(diào)整。將滑輪軸線間距調(diào)整為166 mm后，滑輪間距為8 mm。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

為最大限度挖掘設(shè)備使用潛力，決定采用備齊維修工具，一壞一換的策略。一旦出現(xiàn)軸承損壞故障，立即拆除原滑輪組結(jié)構(gòu)，并檢查損壞程度。如僅軸承損壞，則采用補(bǔ)強(qiáng)方案1，更換軸承、加設(shè)端蓋；如滑輪內(nèi)圈已經(jīng)損壞，則采用全新結(jié)構(gòu)方案2，整套更換為雙軸承滑輪組。由此可以最大程度保證設(shè)備質(zhì)量，也可以使相關(guān)庫存得到有效利用。

5 結(jié)語

以上綜合方案的實(shí)施，有效縮短了故障停機(jī)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，解決了實(shí)際問題，為類似故障提供了解決方案。