高雨

（莆（pú）田（tián）港務（wù）集團（tuán）有限公（gōng）司（sī））

　　摘　要：本文主（zhǔ）要針對港口大型門座起重機三排（pái）滾柱式回轉支承裝置的大齒圈斷齒機理進行分析，通過總結引起其斷齒故障的各類因素，提出對應的減少斷齒故障發生幾率（lǜ）的措施以及回轉支承結構的設備（bèi）管理對策，以期為提高回轉支承使用壽命和門座起重機回轉工作的安全性提供一定的（de）參考依據（jù）。

　　關鍵詞：碼頭；門座起重機；工作特征；機理分析（xī）
　　現代港口碼頭中，大型門座起重機在裝（zhuāng）卸作業中起到了重要的作用，它是港口碼頭數（shù）量Z多和使用Z多的機型，相對於其他起重機械而言，其機（jī）構（gòu）Z多，結構複雜，是港口碼頭Z典型的電動裝卸機械（xiè）。同時它具有較好的工作性（xìng）能和獨特的優越結構，通用（yòng）性好，因此（cǐ）被廣泛地（dì）應用於港口雜貨（huò）碼頭。作為港口門座起重機關（guān）鍵（jiàn）結構之一的回轉支承裝置，其重要（yào）性和（hé）安全性不言而喻。因此，為（wéi）減少港口門座起重機回轉支承故障的發生，做好其選型、安裝（zhuāng）、使用和維護工作，對提高回轉支承的使用壽命及起重（chóng）機整機的穩定性，具有重要的工程實際（jì）意義。
　　港口門座起重機回轉支承結構工（gōng）作原理及工作特征
　　回轉軸承是標準化、係列化的產品，種類多樣、規格（gé）齊全，並且有多種安裝方（fāng）式。以滾道直徑為主參數，隨著軸承尺寸的增（zēng）大（dà），承載能力逐級增大。此外，在同（tóng）一（yī）尺寸規格下還有（yǒu）不同的軸承類型可供選擇，以滿（mǎn）足起重機械（xiè）對承載能力、軸向尺寸等的不同要求（qiú）。按照滾動體的類型和排列方（fāng）式，主要可分為四種類型：單排交叉滾柱式、單排四點接觸球式、雙排球式、三排（pái）滾柱式。因為港口門座起重機在工作時承受著較大載荷，且工（gōng）作（zuò）級（jí）別較高（gāo），因此對於回轉支承也有著特別的要求（qiú）。根據港口（kǒu）起重機回轉支承的受力特點，三排滾柱式回轉支承的構造特別適合港口起重機的使用（yòng）要求。三排滾柱式回轉支（zhī）承是一（yī）種受力形式較（jiào）為簡（jiǎn）單的結構，它由上、中、下三排滾柱（zhù）和內外三個滾（gǔn）圈組成，上、中、下三排滾柱根據受力大小做成不同的直徑，各（gè）自承（chéng）受單一方向的外力，同時可以（yǐ）組合承受軸向（xiàng）力、徑向（xiàng）力和傾覆力（lì）矩，外滾（gǔn）圈外部（bù）為大（dà）齒（chǐ）圈，主要承受徑向載（zǎi）荷，內滾圈分為上下兩（liǎng）排，主（zhǔ）要承受軸向載荷。在典型的港口門座起重機中，三排滾柱（zhù）式回轉支承內圈固定在轉台底部，外圈固定在圓筒門架上部，其軸（zhóu）向與徑向尺寸都較大（dà），通過不同（tóng）的滾動體分別傳遞（dì）不同載荷，且滾動體的外形尺（chǐ）寸、位置放置與傳遞載荷的大小和方向（xiàng）相一致，同時滾動體與滾圈又（yòu）是通過線接觸傳力，因此承載能力大，對衝（chōng）擊和動載荷的抵抗能力強，是四種（zhǒng）回轉軸承類型中承載能力Z大的一種，且結構牢固（gù），因此適用於港口（kǒu）門座起重機。

　　門座起重機的（de）回轉部分（fèn）安裝在上支座上，回（huí）轉支承中（zhōng）的大齒圈采用螺栓連接固定安裝在門（mén）座（zuò）起重機的下支座上，工作過程中不發生（shēng）轉動，回轉機（jī）構的（de）回轉功能（néng）主要通過驅動齒輪與大齒圈的（de）齧合傳（chuán）動來實現。起重機進行回（huí）轉作業時，回轉機構的（de）驅動力（lì）傳遞路徑為：回（huí）轉電機--聯軸器--減速機--回轉小齒輪--回轉支承（chéng）大齒圈。回轉電機輸出的動力通過聯軸器傳遞給回轉減速機，驅動減（jiǎn）速機運行，位於減速機輸出端的回轉小（xiǎo）齒輪與回轉支承大齒圈裝配成齒輪副進行傳動。當回轉機構的驅動力傳至驅動小齒輪上時，驅動小齒輪就繞著（zhe）回轉支承大齒圈開始（shǐ）轉動，從而將驅動力傳送至回轉（zhuǎn）支承。這時（shí），被高強度螺栓固定的大齒圈並不能因為齒輪的齧合而做回轉運動，因此，回轉小齒輪（lún）就會帶動（dòng）門座起重機上回轉支座的支承內圈繞（rào）大齒圈做行星式旋轉，從而利用整個回轉支承結構使起重機上部回轉結構與下部固定結構（gòu）之間（jiān）實現360°的相對回轉運動。
　　港口門座起（qǐ）重機回（huí）轉支承大齒圈斷齒機（jī）理分析
　　在回轉支承的傳動運動中，大齒圈與回（huí）轉電機驅動的小齒輪相（xiàng）互齧合，傳遞相應的動力和扭矩。與普通齒輪齧合相比，這種齧合傳（chuán）遞更大的力和力矩，使回（huí）轉機構在突然啟動或突然製動時產生更大的衝擊載荷。由於門（mén）機上部機體（tǐ）重達幾十噸（dūn）甚至上百噸，其回轉慣性比較大，在作業（yè）時（shí），頻繁的（de）回轉（zhuǎn）、製動、起吊、下降等操作易使上部機體產生回擺和衝擊運動，複雜的載（zǎi）荷情況造成了齒圈輪齒應力的頻繁變化，易（yì）造成輪齒斷（duàn）裂失效，同時，由於齒圈設計參數不合理、加（jiā）工不當等因素，也（yě）會引起其在後期的工（gōng）作中發生斷裂。
　　在引起回轉支承大齒圈斷齒因素的（de）內因方麵，主要有齒圈設計參數不合理、齒圈的加工精度低、熱處理工藝不當、初始疲勞裂（liè）紋引起斷齒、齒根抗彎曲強度降低、軸承支承剛度不夠等因素。在齒圈設計選用時若模數偏小，就會使齒根部分產（chǎn）生的彎曲應力較（jiào）大，安全係數（shù）處於臨界值，以（yǐ）使其彎曲斷裂；齒圈在製造過程中產生的齒圈偏心、齒距偏差和齒形（xíng）誤差（chà）等，都可能對輪（lún）齒齧合產生影響，由於齧合不良，會使輪（lún）齒受力不均而引起斷齒；在回轉支承齒圈熱處理加工時（shí），若處理方（fāng）式不當，使齒圈存在硬度較大、殘餘應力、晶粒度（dù）等級未達標等其他問（wèn）題，其（qí）基體組織的性能沒有達到規（guī）定要求，因此（cǐ）在齒圈的後（hòu）期作業過程中，可能產生輪齒的折斷現象；若輪齒存在初始裂紋，則在後（hòu）期的回轉作業中，很容易由裂紋（wén）擴展而使輪齒斷裂（liè）；輪（lún）齒經過多次齧合後齒厚變薄，彎曲強度（dù）降低，易在衝擊載荷（hé）的作用下引起斷齒；另（lìng）外（wài），回轉支承處於整機結構剛度較為（wéi）薄弱之處，如果上下連接支承的剛度不夠，則容易使回（huí）轉支承發（fā）生變形，對大齒圈造成額外擠壓，加劇其輪齒斷裂速度。
　　在引起回轉支承大齒圈輪齒斷裂的外（wài）因上，主要包括齒（chǐ）側間隙過小（xiǎo）、過載及偏載影響（xiǎng）、彎曲疲勞引起斷（duàn）齒、回轉（zhuǎn）製動衝擊（jī）、振動影（yǐng）響、齒輪齒圈軸線平行度超出允許範圍等。齒側間隙過小時，起重機在吊裝作業過程中會由於偏載的存在，而使大齒（chǐ）圈輪齒會受到與之齧合的小齒輪對其施加（jiā）的（de）徑向擠壓（yā）力，久而久之引（yǐn）起輪齒斷裂；由於回轉支承位於起重機中間部位，本來就承受較大的載荷，若多次發生偏載和超載情況，則更容易引起（qǐ）斷（duàn）齒；在回轉製動過程中，若操作人員突（tū）然打反車，使製動力矩過大，會對大齒圈輪齒產生很大的衝擊影響；齒輪傳動過程中，原動機、軸承座、軸承和負載等外（wài）部激勵，以及齒圈齧合處的內部（bù）激勵，都會引起回轉支承的（de）振動，從而（ér）對其輪齒產生影響，若振動較劇烈，則可能引起輪齒斷裂；如果小齒輪軸（zhóu）線與回轉支承大齒圈軸線嚴重不平行，會（huì）造成（chéng）二者輪齒的不正常齧合，導（dǎo）致回轉支承大齒（chǐ）圈與（yǔ）小齒輪之間的有效齧合區域（yù）大幅度減小，使回轉支承齒圈（quān）局部受力（lì），易發生輪齒（chǐ）折斷問（wèn）題（tí）。
　　位於回轉支（zhī）承外圈的大齒（chǐ）圈（quān），一旦發生折斷情況，更換大齒圈的操作難度將很大，在更換作業時，必（bì）須將門座起重機回轉平台的上（shàng）部機構以及臂架係統（tǒng）從回轉平台處全部拆開，工程（chéng）量較大，對其它零部件也容易產生一定的影響。因此，積（jī）極預防斷齒情況和（hé）減少斷齒幾率，是很有（yǒu）必要的。
　　減小回轉（zhuǎn）支承齒圈斷齒幾率的措施
　　根據港口（kǒu）門座起重機回轉支承的運動特征及產生斷齒故障的各類（lèi）原因，可采取相（xiàng）應的（de）優化措施，以減少（shǎo）回轉支承（chéng）齒圈斷齒故障（zhàng）。在回轉支承齒圈的（de）設計製造方麵（miàn），應選（xuǎn）擇合理的（de）齒圈材料，適當增大齒圈模數和安全（quán）係數（shù），同時設計合理的（de）齒根過渡圓角半徑，以增加其抗彎曲能力；在齒圈的加工過程中，要盡量提高其加工精度，以保證其良好的齧合，同時可采用單齒淬火的熱處理（lǐ）工藝（yì），提高其輪齒的承載能力；在（zài）回轉（zhuǎn）支承結構的優化方麵，可通過合理（lǐ）調整齒輪齧合的齒側間（jiān）隙、提高回轉支承的連接剛度和安（ān）裝精度來減少大齒圈輪齒受（shòu）到的偏（piān）載和擠壓影響；另外，可通過添加阻尼元件來減少回轉支承在製動（dòng）時對輪齒產生（shēng）的衝擊影響，同時應限製超載情況的運（yùn）作，以降低（dī）外部（bù）載荷對回轉支承的（de）影（yǐng）響；Z後，要做好回轉支承結構的維護（hù）保養（yǎng）工作，及時清理回轉支承內聚（jù）集的（de）雜物，及時對其進行潤滑並定期（qī）更換潤滑脂或潤滑油，定期對其回轉平穩度進行檢查。

來源：《中國水運》2015年第9期（qī）