起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作特性與故障模式分析

趙志通

（河北保定徐水巨力索具股份有限公司起重機(jī)技術(shù)部,河北 保定 072550）

隨著起重機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大型化、復(fù)雜化趨勢明顯，起重機(jī)一旦發(fā)生故障可能會造成重大事故，帶來人員傷亡或巨大經(jīng)濟(jì)損失。尤其是起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，承載大，啟停頻繁，再加上老化、磨損等因素，機(jī)械性能不斷退化，運(yùn)行可靠性逐漸降低，設(shè)備故障率不斷提高。因此，及時掌握設(shè)備各部件的健康狀態(tài)，盡早發(fā)現(xiàn)故障預(yù)兆并采取合理措施排除是非常必要的。

1 起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成

起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)吊臂旋轉(zhuǎn)作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括回轉(zhuǎn)驅(qū)動、回轉(zhuǎn)支撐及轉(zhuǎn)臺三部分。其中轉(zhuǎn)臺是起重機(jī)的承載部件，與回轉(zhuǎn)支撐通過螺栓連接，回轉(zhuǎn)支撐安裝在起重機(jī)的對接座圈上。轉(zhuǎn)臺機(jī)構(gòu)一般是整體式焊接，主要組成部分有四個：主體結(jié)構(gòu)、連接支架、底板座圈以及尾箱。吊臂承受的所有載荷通過回轉(zhuǎn)支撐傳到底盤上。所以，轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)剛度、回轉(zhuǎn)支撐的強(qiáng)度和各部件的連接強(qiáng)度等都會影響整個回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。目前國內(nèi)外起重機(jī)采用最廣泛的回轉(zhuǎn)支撐形式是滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐，其突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、密封與潤滑良好，裝配維修簡單，軸向間隙很小、技術(shù)成熟、工作平穩(wěn)、使用壽命長等，因而應(yīng)用廣泛，各式起重機(jī)諸如汽車式、輪胎式與履帶式起重機(jī)，再如大型的門座、塔機(jī)起重機(jī)等都采用滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐。滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈和滾動體等構(gòu)成，對密封性和潤滑要求較高。這種回轉(zhuǎn)支撐要承受包括自重在內(nèi)的全部吊裝載荷，因此非常關(guān)鍵。軸承內(nèi)圈通常帶有內(nèi)齒，與下車車架螺栓連接，軸承外圈與轉(zhuǎn)臺底部螺栓連接。帶有減速器的回轉(zhuǎn)驅(qū)動安裝在轉(zhuǎn)臺上，回轉(zhuǎn)驅(qū)動與回轉(zhuǎn)支撐通過齒輪嚙合帶動上車轉(zhuǎn)動完成起重機(jī)的回轉(zhuǎn)。

常見的起重機(jī)回轉(zhuǎn)驅(qū)動有兩種：液壓型驅(qū)動和電機(jī)型驅(qū)動。其組成及工作原理各不相同。液壓型驅(qū)動是通過高壓液壓油帶動液壓馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)。液壓馬達(dá)又有低速高速之分。高速馬達(dá)一般配合減速機(jī)使用；低速大扭矩馬達(dá)可直接驅(qū)動最后一級齒輪實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的回轉(zhuǎn)動作。進(jìn)行回轉(zhuǎn)動作時，油泵吸取液壓油并加壓，通過管路、閥門等傳輸給液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)再驅(qū)動減速機(jī)回轉(zhuǎn)進(jìn)而驅(qū)動回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，帶動整個上車部分回轉(zhuǎn)。

電機(jī)型驅(qū)動是由電動機(jī)、減速器、聯(lián)軸器等組成，最后一級齒輪與回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)齒圈嚙合驅(qū)動回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動。常見的電機(jī)型驅(qū)動有以下四種：臥式電動機(jī)搭配渦輪減速器，該配置結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，但傳動效率較低；臥式電動機(jī)搭配標(biāo)準(zhǔn)的圓柱圓錐齒輪減速器，這種搭配結(jié)構(gòu)傳動效率高，但尺寸較大；立式電動機(jī)搭配行星減速器，這種搭配很緊湊，傳動比也足夠大，值得繼續(xù)開發(fā)和推廣；立式電動機(jī)搭配立式減速器，這種搭配結(jié)構(gòu)較緊湊，傳動效率高，是目前應(yīng)用廣泛的驅(qū)動方案。

2 起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作特性

由于起重機(jī)的工作需要，其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是啟停最頻繁的部件，同時回轉(zhuǎn)載荷很大，既要克服自重和吊重等的慣性載荷，又要克服各種摩擦力矩和風(fēng)阻等載荷，在回轉(zhuǎn)載荷中各部分慣性載荷以及風(fēng)阻載荷占了相當(dāng)大的比例。由于起重臂越來越長，起重機(jī)所承受的慣性載荷和風(fēng)阻也都相應(yīng)增加，造成回轉(zhuǎn)操控很不穩(wěn)定。大量的起重機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在啟停以及其他動作執(zhí)行過程中沖擊載荷很大，起重機(jī)很多部件因此而損壞造成故障。

起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)無論采用調(diào)頻或調(diào)壓的方式來控制驅(qū)動電機(jī)，只是在一定限度內(nèi)降低回轉(zhuǎn)沖擊載荷，起到保護(hù)起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作用，不可能從根本上完全消除，這是回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作特性決定的。基于這一特性以及起重機(jī)在安全性、可靠性和穩(wěn)定性等方面的特殊要求，其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作特性要滿足以下幾點(diǎn)：

（1）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的自重盡量降低，尺寸盡量要小，減小自身載荷、體積對起重機(jī)整體的影響。

（2）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)可靠性要高，即故障率要低，要保證使用壽命。

（3）傳動效率要高。

（4）工作過程中要驅(qū)動、制動可靠，定位準(zhǔn)確，停機(jī)時可以取消制動使其自由轉(zhuǎn)動，盡量避免附加載荷的產(chǎn)生。

（5）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在驅(qū)動、制動、變速等過程中，回轉(zhuǎn)動作要平穩(wěn)，啟停慣性載荷要小盡量減小回轉(zhuǎn)沖擊載荷。

（6）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的調(diào)速性能要良好，可在重載、輕載等不同載荷下以不同速度回轉(zhuǎn)。

3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)故障模式分析

起重機(jī)的工作環(huán)境一般比較惡劣，機(jī)械零部件由于受到多種因素如疲勞、腐蝕、磨損等的影響，結(jié)構(gòu)形狀變形，技術(shù)性能退化，可靠性降低，故障率提高。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)零部件常見的故障有：回轉(zhuǎn)驅(qū)動力不足或缺失、回轉(zhuǎn)振動與沖擊、回轉(zhuǎn)噪音等，常見零部件的故障情況見表1。如果回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障必須及時修理，否則會使起重機(jī)喪失部分功能，影響起重機(jī)的正常工作，嚴(yán)重的可能會威脅到人員生命和財產(chǎn)安全等。

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)零件故障

4 結(jié)論

預(yù)先了解回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中存在的危險因素是預(yù)防故障發(fā)生的前提，從而有效的預(yù)防故障發(fā)生，保證起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安全、正常的工作。本文對起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成及工作特性進(jìn)行了詳細(xì)論述，并對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及各零部件的常見故障進(jìn)行了分析，為起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有效安全運(yùn)行提供了有益參考。

[1] GB/ T3811—1993 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[Z] .

[2] 劉元利.起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題[M] ,交通科技,2003(4):81-82.

[3] 石國禎,鮑清心.起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[J] , 武漢水運(yùn)工程學(xué)院學(xué)報, 1989(4):25-30.