塔式起重機回轉(zhuǎn)支承常見故障分析及對策

張 學 東

(晉中市建設工程安全監(jiān)督管理站，山西 晉中　030600)

0　引言

塔式起重機為使其起重臂的有效作業(yè)面寬廣，以完成各種作業(yè)要求，一般都具有回轉(zhuǎn)的功能。由于塔機上部轉(zhuǎn)動部分的自重較大，一般有幾十噸，甚至數(shù)十噸。為了保障塔機回轉(zhuǎn)時的平穩(wěn)輕快，現(xiàn)代塔機都采用滾珠回轉(zhuǎn)支承或滾柱回轉(zhuǎn)支承。

回轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)是塔機的重要結(jié)構(gòu)部件，通常由上支承座、回轉(zhuǎn)支承、下支承座三部分構(gòu)成(見圖1)。它是連接塔身、塔帽的中間結(jié)構(gòu)，并使塔機起重臂以此為中心自由旋轉(zhuǎn)，通過變換變幅小車在起重臂上的位置來完成各種方位的吊裝。回轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)承上啟下，平衡臂、起重臂、塔帽等部分，在不同的工況下產(chǎn)生的各種載荷通過回轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)傳遞到塔身，作為回轉(zhuǎn)系統(tǒng)同樣承受復雜多變的載荷。因此良好的回轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)對保障塔機的正常安全運行尤為重要。

1　塔機回轉(zhuǎn)支承常見故障

塔機回轉(zhuǎn)支承常見故障主要是回轉(zhuǎn)支承在轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生異響(金屬撞擊聲)、滾道腐蝕后的塌陷、晃動量較大，嚴重時有金屬粉末從密封處溢出，局部齒輪磨損嚴重等。

2　原因分析

影響塔機回轉(zhuǎn)支承正常運行的原因大致可以分為兩方面：一方面是回轉(zhuǎn)支承的設計選取；另一方面是出廠前裝配加工、工作環(huán)境、維護保養(yǎng)。

2.1　回轉(zhuǎn)支承的設計選取

回轉(zhuǎn)支承的設計選型不當，必將在很長的一段時間內(nèi)影響到塔機的性能，影響到塔機的安全使用。

2.2　從裝配、使用、維護等方面

部分新塔機在使用過程中，做回轉(zhuǎn)操作時回轉(zhuǎn)支承會產(chǎn)生異響。正常情況下新出廠的回轉(zhuǎn)支承，其滾珠與滾道的配合精度是符合設計要求的，新滾道一般不會出現(xiàn)磨損缺損或因材料和產(chǎn)品質(zhì)量控制不好而出現(xiàn)滾道損壞變形的現(xiàn)象，因此前面所說的異響，不應該由回轉(zhuǎn)支承本身所產(chǎn)生。

回轉(zhuǎn)支承的連接是用成組的高強螺栓分別與回轉(zhuǎn)機構(gòu)上下支座連接，回轉(zhuǎn)機構(gòu)上下支座由鋼板焊接而成，由于焊接時未經(jīng)有效的熱處理，再加上加工精度的偏差，使其組裝平面上下公差誤差過大，影響回轉(zhuǎn)支承整體安裝精度，導致變形，使?jié)L珠運行軌道某一段出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，塔機滾珠通過此段位置時產(chǎn)生較大阻力，使結(jié)構(gòu)件受扭，產(chǎn)生異常聲響。一般情況下會隨著時間的推移，滾珠與滾道磨合均勻后，此現(xiàn)象會逐漸消失。

經(jīng)過長時間使用后，出現(xiàn)異響，初步判斷有異物導致或長時間沒有加注潤滑油，滾柱與金屬外壁摩擦力加大。而回轉(zhuǎn)支承運轉(zhuǎn)時晃動較大甚至密封圈溢出金屬粉末，一般判斷為回轉(zhuǎn)支承內(nèi)的滾珠粉碎。再者就是連接回轉(zhuǎn)支承與上下支座的高強螺栓松動，導致回轉(zhuǎn)支承與上下支座的間隙內(nèi)進去異物。

塔式起重機回轉(zhuǎn)支承與回轉(zhuǎn)機構(gòu)上下支座用成組高強螺栓連接。一般情況下，上支座底板與回轉(zhuǎn)支承外圈連接螺栓頂端應留有20 mm的間隙(見圖2)，保證塔機上部旋轉(zhuǎn)時，上支座底板不會與回轉(zhuǎn)支承外圈連接螺栓頂端相刮蹭。一般情況下塔機在工作8年～10年后，其回轉(zhuǎn)支承磨損較大，其主要磨損發(fā)生在滾珠與滾道之間，在滾道磨大后，上支座向下塌陷，再加上起重臂、平衡臂等載荷分布不均勻，導致該間隙數(shù)值減小，就會出現(xiàn)刮蹭，最終導致塔機無法轉(zhuǎn)動。

回轉(zhuǎn)支承與上下支座相連，并與回轉(zhuǎn)機構(gòu)齒輪相嚙合，齒輪的嚙合間隙、嚙合面積不合適都會導致齒輪偏磨、磨損嚴重。因此上下支座的加工、回轉(zhuǎn)支承與回轉(zhuǎn)機構(gòu)的裝配對回轉(zhuǎn)支承的正常運轉(zhuǎn)影響頗大。

3　對策

3.1　回轉(zhuǎn)支承的設計選取

回轉(zhuǎn)支承工作級別應按照不同工作級別選取相應等級。

一般情況下，回轉(zhuǎn)支承的設計選型按以下方法進行：

根據(jù)作用在回轉(zhuǎn)支承中心的軸向力Fv、作用在回轉(zhuǎn)支承中心的水平力Fh、作用在回轉(zhuǎn)支承中心的傾覆力矩M、計算當量外載荷Feq。

1)當量外載荷的計算。

根據(jù)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)形式，分別按下列公式計算：

a.單排及雙排球式回轉(zhuǎn)支承：

(1)

b.單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承：

(2)

c.三排柱式回轉(zhuǎn)支承:

(3)

其中，F(xiàn)eq為回轉(zhuǎn)支承當量外載荷，N；Fv為作用在回轉(zhuǎn)支承中心的軸向力，N；Fh為作用在回轉(zhuǎn)支承中心的水平力，N；M為作用在回轉(zhuǎn)支承中心的傾覆力矩，N·m；D0為滾動體中心圓直徑，對于雙排球式及三排柱式回轉(zhuǎn)支承，D0均為下排滾動體中心圓直徑，m。

2)回轉(zhuǎn)支承當量靜容量的計算。

a.單排球式：

(4)

b.單排交叉滾柱式:

(5)

c.雙排球式:

(6)

d.三排柱式:

F0=f0d0l0z0

(7)

其中，F(xiàn)0為回轉(zhuǎn)支承當量凈容量，N；d0為鋼球或滾柱直徑，對圓錐形滾柱d0為中徑，mm；θ為公稱接觸角，對單排球式θ=50°，對交叉滾柱式θ=45°；f0為靜容量系數(shù)，由滾道表面硬度決定，當表面硬度不小于HRC58時，單排及雙排球式為f0=49，交叉滾柱及三排柱式為f0=98 N/mm；l0為滾柱的接觸長度，對單排交叉滾柱式，滾柱為圓柱形，l0=0.75d0，對三排柱式或采用圓錐滾柱、腰鼓形滾柱的交叉滾柱式l0取為0.85d0，mm；z0為鋼球或滾柱個數(shù)，對雙排球式或三排柱式，z0為上排滾動體個數(shù)，z0按式(8)計算:

(8)

其中，D0為上排滾動體中心圓直徑。按式(8)計算的z0值，對單排球式及雙排球式應圓整至較小的整數(shù)，對單排交叉滾柱式及三排柱式應圓整至較小的偶數(shù)，m；b為隔離塊有效隔離寬度(按表1選取)，mm。

表1　隔離塊有效寬度　mm

3.2　上下支座的加工

上下支座作為焊接結(jié)構(gòu)件，其安裝接觸面的剛度、水平度要符合設計要求，并且要保障焊接質(zhì)量。在焊接完成后轉(zhuǎn)入機加工工序，鉗工劃線一定要按設計要求，在設計要求的范圍內(nèi)適當均衡相對誤差，保證回轉(zhuǎn)支承與回轉(zhuǎn)機構(gòu)的中心距相等，上下加工面適當，線要畫的清晰，為下道工序做好準備工作。進入刨床以及鏜床施工階段，要確保加工進度，再轉(zhuǎn)入下道工序之前要及時清理毛邊。對上下支座進行鉆孔時，要準確且注意上下支座筋板位置，及時錯開，防止在將來的裝配中出現(xiàn)連接高強螺栓無法擰緊的現(xiàn)象。

3.3　回轉(zhuǎn)支承的裝配

在回轉(zhuǎn)支承與上下支座裝配之前首先要清理上下支座各面加工面，最好用砂紙進行打磨，清除雜質(zhì)。裝配時要確保使用符合要求的高強螺栓，必須使用平墊。用力矩扳手進行緊固，緊固完畢后最好用普通扳手再次加緊。在試車時要注意給回轉(zhuǎn)支承加注潤滑油，加油標準為，密封圈溢出少量潤滑油。試車時同時注意測試嚙合間隙、嚙合面積，保障回轉(zhuǎn)支承與回轉(zhuǎn)機構(gòu)在整圈運轉(zhuǎn)時嚙合間隙、嚙合面積在設計要求范圍內(nèi)。

3.4　回轉(zhuǎn)支承的維護保養(yǎng)

1)一般工作條件下，回轉(zhuǎn)支承首次運轉(zhuǎn)100 h后或長期停用的塔機重新使用前，滾道內(nèi)部應重新充滿新的潤滑脂一次。以后每運轉(zhuǎn)400 h檢查一次并適量加注潤滑脂以保持回轉(zhuǎn)支承處于良好的潤滑狀態(tài)。在連續(xù)工作或高溫、濕度大等惡劣條件下工作的塔機應加強潤滑保養(yǎng)。每次潤滑后應做好保養(yǎng)記錄。

2)回轉(zhuǎn)支承齒面應每10個工作日清潔并更換潤滑脂一次，嚴防有鐵屑、砂石等較硬異物接近或進入齒嚙合區(qū)。推薦齒面使用的潤滑脂，冬季：2號極壓鋰基脂；夏季：3號極壓鋰基脂。

3)新的回轉(zhuǎn)支承運轉(zhuǎn)大于100 h時，應進行全面檢查，包括高強螺栓的預緊力等；后期每運轉(zhuǎn)時間大于500 h，需進行一次全面檢查，包括高強螺栓的預緊力等。

4)日常檢查中需檢查油封的密封情況，如果發(fā)現(xiàn)油封破損應及時更換、發(fā)現(xiàn)油封脫落應及時復位，以防止雨水進入滾道導致潤滑脂失效。

5)不同廠家生產(chǎn)的潤滑脂或不同型號的潤滑脂均不能混合使用，以免造成潤滑脂過早失效。

6)使用中應防止風塵、雨水、高溫等，對回轉(zhuǎn)支承造成的不良影響；防止較硬的異物進入驅(qū)動小齒與回轉(zhuǎn)支承大齒圈的嚙合區(qū)域。

7)滾道內(nèi)加注潤滑脂的方法：首先將回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈上油杯及油槍上油嘴卸下，將填滿潤滑脂的油槍通過注油管直接與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈上其中1個注油孔旋接，一邊慢慢運轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)支承，一邊通過油槍向回轉(zhuǎn)支承滾道內(nèi)注潤滑脂，以保證各處潤滑脂填充均勻。正常保養(yǎng)時，觀察回轉(zhuǎn)支承上表面，加注至潤滑脂沿上密封帶一周均有滲出為止；首次運行或長期停用后使用時，需按上述方法加油，將原潤滑脂完全擠出。

8)在使用過程中，如發(fā)現(xiàn)有異響、沖擊力突然增大的情況，應立即停止作業(yè)排除故障，消除隱患試機正常后才能重新進行作業(yè)。

4　結(jié)語

隨著社會的進步，塔機在高層建筑施工中發(fā)揮著越來越重要的作用，作為塔機的重要部分——回轉(zhuǎn)機構(gòu)，對塔機的性能起著至關重要的作用，由此塔機及回轉(zhuǎn)支承制造企業(yè)應按行業(yè)標準加強對回轉(zhuǎn)支承及安裝平面的檢查和控制，使用單位加強對回轉(zhuǎn)支承的維護保養(yǎng)顯得尤為重要。

參考文獻：

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