姚福廣

摘　要：對門（mén）座式起重機旋轉驅動機構中的常見故（gù）障原（yuán）因進行分析（xī），針對其中的隱蔽性故障，呆用行之有（yǒu）效的（de）診斷（duàn）方案，如：采用電流監測器對錐盤打滑故障（zhàng）進行監（jiān）控；引入時（shí）域波形分（fèn）析和頻譜分析法對（duì）立式行星減速箱進行故障（zhàng）的分析和（hé）診斷。

關鍵詞：門座式起重機；隱蔽性（xìng）故障；錐盤；頻譜分析

門座式起重機主（zhǔ）要應用於港口裝卸（xiè）單件貨或散（sàn）裝（zhuāng）物件，其自身體積較大（dà），以港口廣（guǎng）泛使用的（de）MQ25型門機為（wéi）例，其Z大高度達53.1M、重量達430T。門座式（shì）起重機主要由（yóu）旋轉機構（gòu）、起升機構、臂架變（biàn）幅機構以及運行機構四大機構組成。

旋轉機構是門座式起重機的重要工作機構之一，它的（de）作用是使起吊的貨物圍（wéi）繞起重機的旋轉中心作（zuò）旋轉運動，達（dá）到在水平麵運送貨物的目的，並與起升、變幅、運（yùn）行（háng）機構（gòu）配（pèi）合操作，把貨物運送（sòng）到（dào）起重機有效工作範（fàn）圍內的任意（yì）地點。旋轉機（jī）構包括支承裝置和驅動機構兩大部分，其中驅動機構的原動機為立式電動機，傳動（dòng）裝置由極限力矩（jǔ）聯軸器、立（lì）式行星（xīng）減（jiǎn）速箱、開式小齒輪組成。

1　旋轉驅動機構常見故障分析

1.1　臥式製動（dòng）器故障

1.1.1　刹車總泵、分泵失效

刹車泵主要故障有：漏油，由於泵體內的皮碗疲勞損壞、管接頭鬆動所（suǒ）致（zhì）；壓力不足，液壓元件內有空氣混入所致。

1.1.2　拖刹

在旋轉（zhuǎn）機（jī）構正（zhèng）常運行時，製動瓦塊與製動輪之間打開間隙（xì）較小，在（zài）旋轉過程（chéng）中仍然存在（zài）製動力矩。這種現象主要是由於製動（dòng）器手（shǒu）輪定位槽或定位銷損壞，造成製動臂和製（zhì）動瓦塊無法正常（cháng）複位所致（zhì）。

1.2　極限力矩聯軸（zhóu）器故障

1.2.1　聯軸（zhóu）器內側（cè）錐盤打滑

極限力矩聯軸器，顧名思義可以將旋轉機構傳遞的扭矩限（xiàn）製在一（yī）個額定範圍以內，比如M10-30型門機的極限力矩聯軸器的額定扭矩為549±49N•M。聯軸器的扭矩是（shì）由製動輪內錐麵與錐盤外錐麵之間（jiān）的摩擦力所提供的，如果其摩（mó）擦力不足就會導致該聯軸器無法傳遞（dì）額定（dìng）的扭矩，使（shǐ）錐盤發生（shēng）打滑。

1.2.2　彈性柱銷組件損壞

彈性柱銷組件中彈性（xìng）體在正常情況下的使用壽（shòu）命可以（yǐ）達到（dào）六個月左右，但受一（yī）些特殊因素的影響，會（huì）使彈性體異常損壞。如果沒有（yǒu）及時（shí）更換彈性體的話，柱銷會（huì）與柱銷孔直接撞擊，從而造（zào）成柱銷和製動輪的損（sǔn）壞。引起彈（dàn）性體（tǐ）損壞的主要因素有：(1)由於裝配不規範，電動機半聯軸器與製動輪的同心度（dù）達不到要求；(2)極限聯軸器發生打滑時，製動輪與錐盤相互摩（mó）擦產生大量的熱量（liàng），使得（dé）聯（lián）軸節的（de）溫度（dù）急劇升高，嚴重的可達250℃以上。彈性體（tǐ）在高溫、高壓（yā）的作（zuò）用下，幾個工班就會失效。

1.2.3　製動輪擺（bǎi）動

製動輪上方軸端的緊固螺母和鎖緊墊圈鬆動，平麵滾動軸承損壞，錐盤下方的（de）大螺母鬆（sōng）動都會使製動輪的軸向產生間隙從而發生擺動。

1.3　立式行星減速箱故障

1.3.1　漏油

門機在包裝件、鋼軌、鋼板（bǎn）等人機配（pèi）合作業中，對貨物起吊、放置位置的精確度要求很高，因此要（yào）頻繁（fán）地操作旋轉機（jī）構來（lái）做到良好的配合。使得立式行星減速箱受（shòu）到頻繁的正反轉衝擊，從而（ér）造成減速箱箱體連接（jiē）處、軸與油（yóu）封配合處出現鬆動或出現（xiàn）間隙，出現漏油的現象（xiàng）。

1.3.2　齒輪及齒輪（lún）軸故（gù）障

引起齒輪故障的主（zhǔ）要原因分（fèn）為兩（liǎng）大類：類是由於製造（zào）和裝配如齒輪配合偏差大等原因造成的故障：第二類是由於齒輪長期齧合（hé）運行而造成的故障。相互齧（niè）合的輪齒之間有相對的滾動（dòng）和滑動，而相對滑動產生的摩擦力在齒輪（lún）節點兩側的方向是相反的（de），從（cóng）而在輪齒上（shàng）形成脈衝式的作用力。根據以上故障原因，將立式行星減速箱的齒輪故障分類如（rú）下：

(1)齒輪（lún）齒麵磨損，故障機理是直徑大於30uM的磨料造成的磨料磨損。

(2)齒麵膠合和劃痕

由於門機旋轉機構的載荷大，加之不良的話（huà）齒麵油膜容易發生破裂，在摩擦和表麵壓（yā）力的作用下產（chǎn）生高溫，使接觸區域（yù）內的金屬出現局部熔（róng）焊，形成劃痕和膠（jiāo）合。

(3)輪齒（chǐ）彎曲（qǔ）疲勞與斷齒

輪齒在（zài）承受載荷時，如（rú）同（tóng）是懸臂梁，在齒根部受到脈衝循（xún）環的彎曲（qǔ）應力作用。當這種周期（qī）性的（de）應力過高超過齒輪材料（liào）的彎曲疲勞極限時，就會在齒根部引起疲勞裂紋，並逐步延伸以致發生斷齒。此外，由於門機調整起吊位置的需要（yào），旋轉機（jī）構頻繁地起動和製動也可能會引起斷齒。

(4)傳動（dòng）軸斷裂、花鍵斷裂

門機的操作不當（dāng），尤其是門機司機“倒檔刹車”的違規操作使立式行星減速箱（xiāng）的輸（shū）出齒輪軸、花鍵受（shòu）到極大的衝擊力，是發生傳動軸斷裂和花鍵（jiàn）斷裂的重要原因。

1.3.3　軸承磨損

由於滾（gǔn）動軸承的材料缺陷、加工或裝配不當、不良、水分和異物（wù）侵入、腐蝕以及過載等（děng）原因（yīn）都有可能導致軸承的損壞。此外，即（jí）使軸承的裝配和運行（háng）均（jun1）處於正（zhèng）常狀態，在長期運轉後軸承也會出（chū）現疲勞剝（bāo）落和磨損等現象（xiàng）。軸承的具體故障類型?：磨損、滾道及附近表（biǎo）麵塑（sù）性變形、表麵（miàn）腐蝕、軸承零件斷裂、軸承零件膠合、保持架損壞、接觸麵疲勞剝落等。

2　隱蔽性故障的創新診斷（duàn）方法

2.1　采用電（diàn）流監測裝置監控極限力矩聯（lián）軸器錐盤打滑故障

極（jí）限力矩聯軸器錐盤出現（xiàn）打滑的初期，通過耳聞、觸摸等感官（guān）檢查（chá）難以做出準確的（de）判斷。然（rán）而如果沒有及時發（fā）現的話，就會使故障變得嚴重化，比如：製動輪和錐盤報廢、聯（lián）軸器彈性體頻繁損（sǔn）壞等。因此，我們創新引入一套旋轉電動機電流監測裝置對其（qí）進行監控。

裝置原理：在旋（xuán）轉機構（gòu）起動時，如果極限聯軸器的錐盤打滑無法傳遞額定扭矩，那麽旋轉電（diàn）動機的負載也會低於正常起動時的負載。根（gēn）據電（diàn）動機相電流與電動機（jī）的負載成正比的原（yuán）理，我們可以通過電動機（jī）起動時相電流值的大小來判斷錐盤是否出現打滑。

已知（zhī）一台M10-30型門機左側旋轉機構錐盤發生打滑，旋轉電動機額定電壓為380V，額定電流（liú）為40A。在負載起動（dòng）瞬間對其左右兩（liǎng）個電（diàn）動機（jī）進行檢測發（fā）現：右側（cè）電動機的相（xiàng）電流值（zhí）在60-75A之間；左側電動機的相電（diàn）流值在30-40A之間。以上檢（jiǎn）測結果可以清楚地看出，左側錐盤打滑一側電動機的相電流值比右側正常值低20-45A，符合之（zhī）前的推論。電流監測裝置由（yóu）安裝在電動機電源線上的電流互感器、安裝在駕駛室內的電流對比裝置以及與之（zhī）配套的繼電器（qì）等元件組成。

2.2　立式行星減速箱體故障的時域波形分析和頻譜分析法

立（lì）式行星減速箱箱體是密封的結構，通過感官無法對減速箱內部故障做（zuò）出準確的判斷，在此（cǐ）引入（rù）振動信號的時域波（bō）形分（fèn）析和頻譜分析的方法，對該（gāi）減速箱進行故障診斷。減速箱的傳動軸、齒輪和軸承在工作時，都伴隨著振（zhèn）動的產生，若發，一故障時，通常會引起振動的異常增大，振動信號（hào）的能量分布發生變化（huà）。減速箱特征頻率主要包括軸頻、齒輪的（de）齧合頻率以及軸承的內、外（wài）圈和滾動體、保（bǎo）持架的頻率（lǜ）。它們和諧頻、邊頻相結合，成為對故障判定的依據。

在我公司一台M10-30型門機旋轉立式行星減速箱周期性異響的檢（jiǎn）查中（zhōng），采用了時域波形分析（xī）的（de）方法對其進行故障診（zhěn）斷。旋轉電（diàn）動機額定旋轉頻率為11.9Hz，立式行星減速（sù）箱中各齒輪齒數為：高速級太陽輪z1=18、行星輪Z2：51、中心齒輪z3=120；低速級分別為Z4=20、z5=37、Z6=94。

首先，在電動機額定轉速時分析減速箱故障時域波形圖(見（jiàn）圖一)，可（kě）以了解到減（jiǎn）速（sù）箱每（měi）隔4.3s左右有一個衝擊，這也（yě）和之前感觀的判斷相（xiàng）吻合。

對旋轉電機軸承、輸入與輸出軸軸承進行側試，測得備（bèi）軸（zhóu）承處振動速度在2-3mm/s左右，依照IS02372標準可（kě）以確定軸（zhóu）承的振動處於良好狀態，因此可以初步確定衝擊聲不是來自軸承的振動而是來自於齒輪齧合處。

經（jīng）過試（shì）驗性計算得出以下結果：在高速級，太陽（yáng）輪和行星（xīng）輪（lún）中的一對輪齒重複齧合（hé）一次，需要太（tài）陽輪(Zl=18)旋轉5l圈，行星輪(Z2=51)旋轉18圈；太陽輪旋轉的頻率與為11.9Hz，旋轉51圈的時間為4.28s，剛好與測得（dé）的衝（chōng）擊間隔時間4.3s吻合。通過以上數據可以做出推斷：衝擊異響是由於高（gāo）速級太陽輪和一行星（xīng）輪齧合不良引起的。在故（gù）障診斷得出結論後，我們對該減速箱進行了解檢，並且也證實了以上推斷是正確（què）的。

來源：《科協論壇》(下半月（yuè）)