港口起重機械回轉軸承更換技術

顧 菁

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

先前在港口碼頭前沿的主流設備是門座起重機，一般的技術參數是10 t-25 m，可以滿足萬噸船舶的裝卸（當時的一般船寬在24 m）。隨著海運船舶日益變大，碼頭前沿設備也逐漸變大，有了10 t-30 m、10 t-33 m、16 t-30 m、16 t-33 m等類型的門座起重機，且在個別大港區有25 t-30 m門機（采用直流驅動）。后來隨著手工設計計算向計算機輔助設計發展，出現了40 t門機，幅度有30 m、33 m、40 m，最大可以有45 m。設計40 t門機時，使用的回轉軸承都是選用進口件。隨著生產廠家的增多，門座起重機售價不斷降低，配套的回轉軸承也由進口變成國產，隨之出現了較多問題。

回轉軸承是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承，可以同時承受較大的軸向負荷、徑向負荷和傾覆力矩。在港口起重機械中，它常見于門座式起重機（見圖1）、浮式起重機（見圖2）以及散貨裝卸船起重機（見圖3和圖4）等。

圖1 門座式起重機

圖2 浮式起重機

圖3 散貨裝船起重機

圖4 散貨卸船起重機

1 回轉軸承更換思路

回轉軸承是受力件，為起重機中的主要運轉機構。根據起重機正常工作即動載時回轉軸承材料的力學性能進行分析[1]，疲勞強度曲線如圖5所示。縱軸σmax為疲勞應力值，N為循環次數，AB段為靜應力段，BC為低周疲勞，C點以后表示材料發生塑性變形。

圖5 疲勞強度曲線

1.1 動載形式

一方面，載荷以較高速度施加到零構件（回轉軸承）上形成沖擊。另一方面，載荷的大小和方向周期性變化形成交變載荷。許多機械零件如彈簧、軸、齒輪等，工作時承受交變應力，即使交變應力往往低于屈服強度，但經一定次數的循環后也會發生斷裂。這些傳動件的破壞會導致失效，從而引發起重機械在功能上存在或多或少的問題，出現安全隱患，影響碼頭的工作效率[2]。

1.2 回轉軸承故障類別及原因

回轉軸承與支撐部位剛度不夠，會造成轉臺與回轉軸承連接處開裂或變形。運行軌道不平或軸承安裝不當及制造精度原因，會造成滾道變形。滾珠與滾道裝配徑向間隙過大，會造成回轉軸承在傾覆力矩的作用下過平衡位置時異常竄動。滾珠安裝過密，在局部載荷作用下滾珠間互相擠壓磨損。此外，還存在回轉軸承與支撐筋板開裂和回轉軸承連接螺栓斷裂等問題。因此，必須慎重對待這些情況，其中回轉軸承的更換維護是重點。

2 設計要求

2.1 施工前的準備

評估起重機械的自重，考慮碼頭的承壓載荷，核算軸承拆離路徑上的各干涉部件，如回轉給料器旋轉機構、行走平臺支撐等，同時拆離起重機械上現有的可持續使用的電氣設備。

2.2 安全要求

施工前，必須知曉相關安全規定。工作開始前，應組成一個包括鉗工、電工和起重工在內的多工種工作小組，其中帶隊人員負責協調現場安全工作。施工過程中，應該遵循當地所有的規定和法律。工作前，相關人員還需要仔細閱讀碼頭的相關規定。在工作場所入口處，要求閱知所有警示標牌和通知，保持工作場地的清潔和足夠空間，要上鎖和標示不能動車。施工開始后，任何人不應啟動設備。施工中，應注意保護箱體內電纜，使其盡可能遠離作業點。此外，要求使用必要的安全設備和工作服，如安全帽、鐵頭鞋、手套和安全帶等。

2.3 更換步驟

第一，頂升支座落位、焊接，頂升千斤頂落位。第二，回轉軸承上部結構做好防偏斜支撐保護，檢查頂升設備，使保險支架落位。第三，回轉軸承拆離支架，拆除回轉軸承連接螺栓。

2.4 頂升工作

油壓裝置做好試壓、保壓同步測試。設備上的配重梁頂升油缸已經鎖緊，旋轉大軸承上下兩面的聯接螺栓已經拆松。頂升支座為臨時設計，須考慮與原主體結構的連貫性，避免頂升時受力偏載，頂升高度的上部重量轉移。回轉軸承有間隙，以可以移動為準，一般不超過20 mm。

頂升保證同步，并有監測。設定頂升距離，分步到位。按操作經驗，頂升操作可分3～5次。初次通電頂升，要求3組頂升裝置盡量保持同步頂升。當上部結構頂起并離開旋轉大軸承1～2 mm時，停止頂升，觀察平衡情況。受壓后停數分鐘，需要注意保證同步、保壓、無泄漏、頂升支座無變形與無異響等，然后執行頂升工序。

監測人員注意自身安全，注意站立位置與行走通道。每次到達頂升距離后，在保險支座上加入墊塊，保證安全。頂升支座布局到位后，測得支座的水平度誤差和距離，保證頂升油缸處于同一水平位置，使上部結構上升時處于水平狀態。在確保保險支座受力后，在無任何變異的情況下抽出回轉軸承，并迅速塞入新軸承。如果有一定的時間差，需要在抽出軸承的支撐面上塞入保險支座。

當上部結構達到一定高度后，利用手拉葫蘆將舊軸承移到維修工作平臺。將下方支撐移出（可外側架設支架-材料24#槽鋼），在外側架子上架設吊耳。在下支撐固定端設手拉葫蘆，斜著拉出去。對上部結構進行保險，用專用胎架在移出的旋轉大軸承空間處固定，必要時可以增加剛性支撐、設置攬風繩等。測量回轉大軸承上、下兩個安裝面的平面情況，如果平面度超差，必須進行相應的調整。

轉盤軸承安裝基面或安裝平臺必須清理干凈，不允許有碎小雜物、局部小凸點及銹蝕現象。支承法蘭如果有止口，確認止口尺寸和根部倒角是否符合技術要求。支承法蘭必須有足夠的剛性、強度及耐沖擊性能，防止轉盤軸承使用時變形，以確保轉盤軸承的回轉精度及壽命。為防止法蘭變形，焊接的支承法蘭焊后應及時消除內應力，再進行機械加工（圖6-A處）。對于不易機械加工的安裝平面，可以采用墊平法進行處理（圖6-B處）。但是，這種方法可能對轉盤軸承帶來不良影響。支承法蘭連接孔與轉盤軸承安裝孔對應，避免因安裝干涉引發轉盤軸承變形（圖6-C處）。

圖6 上下支承法蘭與轉盤軸承的安裝孔定位

支承法蘭與轉盤軸承連接表面的技術要求見表1（表1中字母含義見圖7），L為一個孔距。表1中平面度為最大值，只允許在180°范圍內出現一次，并平穩上升或下降，不得出現波浪。回轉轉盤的滾道直徑介于4 000～6 300 mm，采用表1對應的技術要求。

表1 P0級轉盤軸承支承法蘭連接表面技術要求

圖7 支承法蘭與轉盤軸承連接表面的技術要求示意圖

清潔新軸承安裝表面，檢查潤滑油孔是否正常。安裝新軸承時，要求檢查與轉盤軸承配合的相關零件的尺寸及加工精度，待產品零部件（包括外購、外協件）檢驗合格后方可進行裝配。裝配現場必須保持清潔，與轉盤軸承相關的零件在裝配前應清理和清洗干凈，不得有毛刺、飛邊、氧化皮、銹蝕、切屑、砂粒、灰塵和油污等。裝配過程中，轉盤軸承及相關零件應防止磕碰、劃傷和銹蝕。不允許直接敲擊轉盤軸承，嚴禁通過滾動體傳遞安裝沖擊力，應使用合理的專用工具、吊具安裝軸承。將轉盤軸承水平吊放在支承法蘭上后，用塞尺檢測轉盤軸承平面與支承法蘭平面的接觸情況。如果有間隙，可以采用機械加工修平或用局部墊平消除間隙，以防止螺栓預緊后軸承變形，影響轉盤軸承正常旋轉，如圖8所示。安裝時，轉盤軸承內圈、外圈淬火軟帶“S”處均應置于非負荷區或非經常負荷區。裝填滾動體塞子部位總是位于套圈的軟帶處，如圖9所示[3]。為了確保齒輪嚙合精度，在檢查齒輪副側隙時，應保證在組裝過程中擁有合理的嚙合側隙。轉盤軸承齒圈3個涂有綠漆標示齒（齒輪徑向綜合跳動最大點）處的嚙合側隙應符合設計精度的要求，推薦側隙為（0.03～0.04）×模數，如圖10所示。安裝轉盤軸承時，采用的螺栓副應根據轉盤軸承受力情況選擇合適的強度等級[4]。螺栓的規格應符合《六角頭螺栓》（GB/T 5782—2016）和《六角頭螺栓全螺紋》（GB/T 5783—2016）的規定，機械性能不得低于《緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱》（GB/T 3098.1—2010）規定的8.8級；螺母的規格應符合《1型六角螺母》（GB/T 6170—2015）和《2型六角螺母》（GB/T 6175—2016）的規定，機械性能應符合《緊固件機械性能：螺母》（GB/T 3098.2—2015）的規定。安裝螺栓墊片應采用鋼質調質平墊片，嚴禁使用彈簧墊圈。

圖8 機械加工修平

圖9 裝填滾動體塞子

圖10 嚙合側隙精度

當徑向負荷超過軸向負荷的10%時，轉盤軸承應有徑向定位。轉盤軸承徑向定位后，應使用力矩扳手分低、中、高3次預緊螺栓，并按交叉180°方向對稱擰緊順序有步驟進行，確保最后一遍螺栓有相同的預緊力，同時檢查軸承的回轉是否靈活，如圖11和圖12所示。安裝螺栓應有足夠的預緊力，其預緊力為螺栓材料屈服極限的0.7倍[5]。

圖11 力矩扳手預緊螺栓

圖12 擰緊順序

2.5 回裝新的大軸承

將修復后的旋轉大軸承吊到設備的檢修平臺，同時拆除大軸承安裝位置間的臨時支撐，把大軸承移入安裝位置。先將旋轉大軸承與門架通過螺栓固定，利用頂升裝置放下上部結構部分，使上部結構與旋轉軸承連接。調整螺孔位置后，將上部結構與旋轉大軸承用螺栓連接。旋轉大軸承螺栓的預緊力按技術要求執行。

2.6 軸承安裝后檢驗

設備調試前，應向轉盤軸承內部補充合適的潤滑脂。注脂時邊填充邊緩慢運轉，使潤滑脂在轉盤軸承內部均勻分布，直至潤滑脂從密封唇部位均勻滋出為止，且需確認安裝過程沒有對轉盤軸承產生變形影響。在其他作業過程中禁止有電流通過轉盤軸承，如在轉盤軸承附近搭接地線，禁止在轉盤軸承上焊接其他零部件。檢查轉盤軸承旋轉是否靈活，是否與其他零部件有干涉現象，密封圈是否完好，是否有異常響聲。旋轉后，重新檢測齒側間隙值，記錄數值，最后試車驗收。

3 結語

針對實際案例中門機、散貨機械中回轉軸承故障類別及原因分析發現，回轉軸承與支撐部位剛度不夠等問題已經通過工藝進行改進。比如：原先的支承環是鋼結構焊接，先改為鍛件加過度頸部；運行軌道不平或軸承安裝不當及制造精度原因造成的滾道變形是常見現象，沉降后需要后期的維修保養。在回轉軸承中有一類特殊的回轉軸承更換，如在鏈斗機內部，如果拆除整個鏈條機構耗時耗力，所以鏈條所在的筒體人工維修保養門區域焊接槽鋼支架，安裝手拉葫蘆，使鏈條在切割面部位通過手拉葫蘆分離上下部結構，節省回轉軸承的更換成本。同時，在回轉軸承更換中，平面度修整很重要，可以延長新回轉軸承的使用壽命。