蘇文勝^1,2　薛誌鋼^1,2　熊立斌^1,2　李雲飛^1,2

（1.江（jiāng）蘇省特種設備安全監督檢驗研究院無錫分院　無錫，214174；2.國家橋門式起重機械產品質量監督檢驗中心　無錫，214174）

摘　要：S區是大型回轉支承不可避免（miǎn）的軟肋，該區是回轉支承（chéng）Z為（wéi）薄弱的區域，一旦該區處理不（bú）當會造成（chéng）回轉支承滾道剝落，並且隨著回（huí）轉支承的運行剝落的（de）鐵屑會散布整個軌道，進而引起軌道的整體剝落。文中以某在用回轉支承（chéng）為例，在現場采集故障回轉支承的振動信號，並對信號（hào）進（jìn）行（háng）時域統計分析，預測了故障的存在，並對該（gāi）回轉支承（chéng）進行拆解，驗證了預測的正確性，通過對軌道硬度測試分析了產生的原因（yīn）。

關（guān）鍵詞：門座起重機；回（huí）轉支承；軟帶區；故障

0　引言

大型回（huí）轉支承是工業大（dà）型設備關鍵零部件（jiàn）之一，回轉主要依靠內部滾柱/ 滾珠（zhū）在（zài）軌道的滾道實現的，在滾柱/ 滾珠和滾道（dào）接觸方式是通過線- 麵、點- 麵接觸，在接觸位（wèi）置會（huì）產生較大（dà）的應力集中現象，由此對滾柱/滾（gǔn）珠和軌道都有嚴格的加工工（gōng）藝要求，一般的加工工序為（wéi）鍛造→粗加工→調質處（chù）理→精加工→滾道麵火焰表麵淬火→滾道麵磨削等工序（xù），其中熱處理是重要的加工（gōng）工藝，通過熱處理能提高材料的機械性能，同時釋放加工過程（chéng）中的殘餘應力。在熱處理工程中，加熱火焰噴槍和水槍安裝在一起，繞著回轉支承軌道做圓周運（yùn）動（dòng），但是（shì），在運（yùn）動接（jiē）近（jìn）360°之前要停止熱處理工藝，因為熱工（gōng）藝處理區域不能重疊，一旦重疊會使工件產生（shēng）裂（liè）紋, 由此回（huí）轉支承內外圈必有一（yī）段（duàn）區域（yù）未經過熱處理（lǐ），該區（qū）域成為軟帶區，一般軟帶的寬帶為15 mm，並（bìng）有S 標誌。在回轉支承安裝過程中（zhōng）要求軟帶區必須安裝在非主要的承載區域，一般要求將回（huí）轉支承的軟帶區安裝在垂直於俯仰動（dòng）麵投（tóu）影線（xiàn）的（de）位置。軟帶區的存（cún）在給回轉支承的安裝和使用都有一（yī）定（dìng）的影響，有些學者提出了無軟帶區的熱加工工藝，但是目前該方法還處在概念設計階段（duàn），還沒有進入詳細（xì）設（shè）計階段，更（gèng）沒有相（xiàng）應的熱（rè）處（chù）理設備。該方法與傳統的熱處理工藝相比加工成本比較高（gāo），並且針對不同直徑的（de）回轉支承需要（yào）更換不同的種類的感應器，進一（yī）步加劇了加工成本（běn）。有些學者對（duì）挖掘機上的回轉支承軟（ruǎn）帶裂紋進行了分析，該裂紋產生在熱處理的過渡區，通（tōng）過分析發現該裂紋產生的（de）原因是軟帶區承載後的（de）承載失效產生的（de）裂（liè）紋，並給出了（le）預防軟帶區產生裂紋的建議。目前對於起（qǐ）重機上（shàng）大型回轉支承的有（yǒu）關軟帶研究的論文還（hái）很少見，本（běn）文從某大型門座起重（chóng）機回轉支（zhī）承的故障進行分析，對該回（huí）轉支承的（de）故障進（jìn）行了預測，並（bìng）對其進行拆機驗（yàn）證，通過硬度測試探討（tǎo）了產生缺陷的原因。

1　回轉支承

該回轉支承位於某港口起重量（liàng）為16 t 的門座（zuò）起重（chóng）機上。回轉支承的型號為132.45.28000.03，外（wài）圈被固定（dìng）在轉筒上，內圈和上部（bù）轉台連接，驅動機構（gòu）固定在上部轉台（tái）上，通過外（wài）圈上的角齒驅動轉台轉動，2 個驅（qū）動機構沿回轉支承徑向方向布置在回轉支承的兩側，當起（qǐ）重（chóng）機開始工作時，2 套驅動機構在各自（zì）電機（jī）的驅動下（xià）同時運轉，使起（qǐ）重機做回轉動作，其（qí）回轉（zhuǎn）的轉速為0.25 r/min。隨著（zhe）回轉支承旋轉（zhuǎn），內圈經過外圈的某兩（liǎng）個區域時產生異響，並且產生異響的位置（zhì）在外圈的某個固定的區域。采集內圈上的振動信號，如圖1、圖2 所示。

由此（cǐ）可知該設備在（zài）外圈的某些區域振動較大。對振動信號進行統計分析，在正常情況下（xià），加（jiā）速度采集的信號是隨機的，其振動信號副值接近正態分布，但是一旦產生故障，如剝落、點蝕坑、壓痕、擦傷等，就會引起衝擊，較大的振動幅值信號就會增加，在概率密度上表現出其幅度（dù）正態分（fèn）布（bù）廣、分布兩邊（biān）尾巴翹起的現象。通過對加（jiā）速度信（xìn）號的分析得到其（qí）概率密度函數，如圖3、圖4 所示。

利用對振（zhèn）動（dòng）的時域特征對（duì）回轉支承的故障預測是（shì）一種常用且有效的方法，許多學者利（lì）用該方法成（chéng）功（gōng）地對故（gù）障進行了預測。通過對比發（fā）現振動信號的概率分布明顯偏離正態分布，說明該回轉支承存在故障的可能性極大。

計算兩（liǎng）個方（fāng）向振動信號相應（yīng）的時域特征值，如表1 所（suǒ）示。按照滾動軸承判定標準，峰值因子大於1.5 時，可?認為軸承出現故（gù）障。對（duì）於正態分布而言峭度係數為3，當存在（zài）故障時，振動副值較大信號的概率密度增加，導致信（xìn）號副值（zhí）分布偏離正態分布，故障越嚴重（chóng）其偏離程度越大，如果峭度係數大於8，則認為設備已經（jīng）出現了較為嚴重的故障。由表1 ?據可知，該回轉支（zhī）承存在（zài）故（gù）障的可能性極大。

2　回轉支承拆機驗（yàn）證

對故障（zhàng）的回轉支承進行拆（chāi）解，通（tōng）過對拆解後的回（huí）轉支（zhī）承進行現（xiàn）場拆解，拆解後發（fā）現回轉支承外圈和內圈均有不同程度的壓（yā）痕，回轉支（zhī）承（chéng）內外圈（quān）故障點如圖5 所示。其中圖5 中的1、2 是（shì）外圈，3、4 是內圈（quān）。1、3、4 是回轉支承S 區的（de）損傷圖，1、4 都有不（bú）同程度的壓痕（hén）和表（biǎo）皮（pí）脫落現象（xiàng），S 區（qū）中3 位置的損（sǔn）傷Z為嚴重，出現較為明顯的擠壓變形，並且在壓痕邊緣有明顯的有明顯的材料擠出現象。2 位置在距離S 區（qū）64 cm 處的外圈上，出現損傷帶的長度大概為80 cm，該損傷區域的表（biǎo）皮全部脫落（luò），在表麵出現Z大（dà）深度為3 mm 的剝（bāo）落坑，並且在滾道的其他區域存在不（bú）同程度的壓痕，而（ér）在滾柱表麵出現輕微的壓痕。

回轉支承的內圈和外圈S 區都有不同程度的損傷，其中（zhōng）內圈上排滾道出現較為嚴重擠壓（yā），分別對回轉支承的缺陷位置和完好位置進行硬度測試，各（gè）點的硬（yìng）度(HRC) 如表2 所示。

一（yī）般要求滾道淬（cuì）火後的表麵下3~4 mm 的硬度保持45~65 HRC 範圍，通過測試發現正常區域的硬（yìng）度基（jī）本符合要求，但是在S 區的損傷區域硬度差別較大，Z大和（hé）Z小相差40 HRC，有些區域HRC 硬度無法測試( ≤ 20HRC)，出現（xiàn）差別的原因可能是回轉支承滾柱和滾道之間（jiān）局部擠壓力過大（dà），隨著旋轉滾柱往複的擠壓作用使滾道產生局部接觸疲勞，首先在滾道表層下產生微裂（liè）紋，繼而引發滾道表皮的脫落；另一方麵，由於滾道和滾柱屬於（yú）線麵接觸，在接觸位置（zhì）有較（jiào）大的應力（lì）集中現象，且相對於滾柱（zhù）滾道硬度較小，擠（jǐ）壓凸（tū）起部分及剝落（luò）鐵屑散布的區域，在滾（gǔn）柱的進一步（bù）擠壓作用下，又會造成材料局部（bù）硬化。在距離S 區65 cm 處的非S 區出現大麵積的表麵剝落，其硬度從（cóng）Z大達80.5 HRC，Z小≤ 20 HRC。產生的原因有可能是S 區剝落的鐵屑（xiè）隨著滾（gǔn）柱的運動進入軌（guǐ）道，在在滾柱的反複擠（jǐ）壓下產生接觸疲勞，使滾道表麵局部的表皮（pí）脫落。回轉支承一旦局部產（chǎn）生損傷，隨著設備（bèi）的運行又（yòu）會促進損傷的進一步惡化，進而造成大麵積的脫落，剝落的金屬碎片隨回轉支承的運轉散布在滾道和滾柱上。在滾道和滾柱的作用力下，在滾道和滾柱上（shàng）都有不（bú）同程度的壓痕，此外一般滾柱的硬度比滾（gǔn）道的硬度大，故滾道（dào）出現較為明顯的壓痕。

參考文獻

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來源：《起重運輸（shū）機械》2018年第10期