斗輪取料機回轉支承故障診斷分析

沈科宇，王寶玉，汪超

（1.上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125；2.浙江萬豐科技開發股份有限公司，浙江 紹興 312499）

斗輪取料機是煤炭等散貨運輸裝卸過程中需要使用到的重要生產設備，主要用途是從堆場取物料。斗輪取料機主要由懸臂臂架結構、門架結構、配重梁結構、大車結構以及回轉機構、變幅機構、行走機構等部分構成，其中回轉支承主要用以支撐斗輪取料機的上部結構，是斗輪取料機回轉工作的關鍵部件。在斗輪取料機的內部結構中，回轉支承占有很大一部分面積，因其體積較大并且位于斗輪取料機上下結合部，在工作過程中故障率較高。對于斗輪取料機來說，回轉支承一旦發生故障，整臺設備只能停止運行，從而影響到堆場整個取料流程，造成較大的經濟損失。因此，我們要分析斗輪取料機回轉支承運轉的常見故障、診斷方法，并研究有效的應對措施，減少回轉支承突發故障造成斗輪取料機非正常停機。

1 斗輪取料機回轉支承主要故障

斗輪取料機回轉支承常見故障可歸納為兩個大類，一類屬于設計、制造、安裝不當造成的“先天缺陷”；另一類是投產后因操作、使用、維護不當造成的“后天問題”，“后天問題”導致的故障占較大的比例。“先天缺陷”不屬于本文探討的范疇，下面介紹一下“后天因素”造成的故障類型及原因。

（1）在回轉支承磨合期內潤滑狀態不良，頻繁滿負荷工作，造成滾道和滾動體運動副磨合程度較差，具體表現在出現早期的過度磨損和疲勞點蝕。

（2）疲勞類型故障是回轉支承失效的常見故障。當滾動體和滾道在受到載荷作用時，同時又處在相對運動過程中，在這種交變載荷作用下，其內部微裂紋逐漸擴展到表面，形成片狀剝落。疲勞剝落會造成回轉支承運行時的沖擊，加劇振動和噪聲。

（3）滾動體磨損、破裂，滾道嚴重變形。在瞬時大載荷作用下，滾道局部發生變形，直接造成滾動體的磨損、變形甚至破裂，從而使回轉支承發生失效故障。

（4）回轉支承固定螺栓安裝過松，在運轉過程中震動、沖擊載荷的作用下，很可能會使連接處松動，造成組件脫離；螺栓安裝過緊，在運轉過程中又會產生很大的阻力，使機器運轉卡滯，使螺栓或部件發生損壞。

（5）斗輪取料機在變幅作業以及改造等過程中，會造成其回轉重心的變化。如果重心變化超出了設計范圍，輕則導致回轉支承發生偏移變形，造成運行不穩定，嚴重的會造成斗輪取料機傾覆的嚴重事故。

（6）潤滑油道阻塞、潤滑劑變質或含有雜質等情況導致回轉支承潤滑不足，加快了部件的磨損。磨損進一步導致回轉支承的間隙增大，降低回轉時的運行精度，進而帶來振動、噪聲、運行卡滯等故障的發生。

2 回轉支承故障的診斷分析方法

（1）回轉重心運行軌跡檢測。在斗輪取料機每個門腿大車輪系中選擇一個測點，并安裝稱重傳感器及配套千斤頂，整機共設置4個測點，分為A組測點1、測點2和B組測點3、測點4，測點布置如圖1所示。采用同組2個測點同步頂升的方式，將每個門腿的一個輪子頂離地面。此時，將臂架按設定工況進行回轉，待狀態穩定后，記錄每個傳感器信號數值。一組2個測點測試完成后進行下一組2個測點的測試。

圖1 門腿輪系測點布置示意圖

根據大車輪系平衡梁結構的受力對稱性，以及每個門腿輪系結構組成，由各測點測得的頂升力，對圖1中支點O取矩，根據力矩平衡原理可求出支點O的坐標，即為重心。再根據各工況下采集得到的數據，擬合出重心圓軌跡，從而分析該機回轉重心分布是否在安全范圍內。

（2）回轉齒輪振動分析。齒輪故障激勵引起的沖擊振動通常表現為周期振動。通過振動分析，可發現回轉支承可能存在的故障隱患。回轉機構大齒圈與驅動齒輪的嚙合磨損情況、回轉支承的安裝松動及質量不平衡等情況都將在回轉運動過程中以振動信號的形式表現出來。基于齒輪振動的特性，故障檢測感興趣的是回轉齒輪頻域信號中出現的齒輪轉頻和嚙合頻率及其諧波。回轉齒輪發生故障時，會對初始振動信號進行調制，齒輪嚙合頻率及其諧波兩側的邊帶與調制信號有關，可反映出故障信息。邊頻幅值的大小、數量多少，反映了故障程度，即邊頻的存在是識別故障存在的重要特征。回轉齒輪振動檢測是發現故障的重要方式，結合多種分析方法相互映證，多個特征值進行橫向比較分析，才能對回轉齒輪故障進行可靠診斷。

（3）聲發射監測方法。聲發射技術應用于斗輪取料機回轉支承狀態監測，是該技術在新領域的應用。該技術主要通過現場實時采集回轉支承的典型聲發射源信號，再根據信號源的不同對信號進行分析處理，建立數據庫，形成早期故障診斷預報體系。

3 針對斗輪取料機回轉支承故障的對策分析

（1）提高回轉支承安裝精度。在安裝過程中，由專業技術人員對回轉支承與取料機支撐平臺之間的貼合情況進行精確的調整，達到技術規范要求的安裝精度后再按規范要求實施固定螺栓的初擰和終擰。螺栓終擰前用精密測量儀器對回轉支承安裝定位偏差以及安裝后的平面度進行檢驗。螺栓終擰應采用檢驗合格的力矩扳手，擰到設計要求的緊固力矩。

（2）回轉重心計算與調整。回轉重心計算時要考慮到臂架皮帶輸送貨物、斗輪掘料等工況下對回轉重心的影響。整機安裝時應以理論計算的配重為基礎，進行實際工況下的重心校核，以確保回轉重心運行軌跡在設計要求范圍之內。通過嚴密的計算和調整，減輕回轉支承的偏載力矩，延長其使用壽命。

（3）重視潤滑工作保證回轉支承正常運行。潤滑工作是回轉支承運行過程中最容易被忽視的一項工作，但潤滑的重要性不可小覷，改進潤滑工作能夠保證回轉支承的正常運行，延長使用壽命。首先，要對機器內部的潤滑設備進行定期的檢修維護，及時疏通潤滑管道，便于潤滑劑產生作用。其次，要選用符合標準的合格潤滑劑，定期對潤滑劑進行清洗更換，確保良好的潤滑效果。

（4）建立設備使用和維保管理制度。故障診斷分析方法主要依靠技術人員和儀器設備對斗輪取料機回轉支承進行檢測，這類檢測結果的可靠性取決于操作分析人員的知識技術能力以及選用合適的儀器傳感器。與故障診斷檢測同樣重要的是日常使用中的觀察巡視以及定期維保。司機作為實際操作者，也應密切關注斗輪取料機作業中狀態的變化，如回轉時的異響、噪音、抖動等，這些現象都對應著相應的故障征兆，據此有針對性的開展檢測，可有效的發現故障，把故障排除在萌芽狀態。因此，建立設備使用和維保管理制度，應包括：及時收集司機每日對設備狀態變化的感受，定期組織人員開展設備的維護和保養。通過以上措施，為設備的檢測和大修立項提供科學的數據依據。

4 結語

回轉支承是斗輪取料機的關鍵組成部分，回轉支承的良好運轉直接決定了斗輪取料機的工作效率，它的設備性能和部件的精準程度直接影響了取料機的運行和安全生產，一旦回轉支承發生故障，會對使用單位的生產進程產生很大影響，還會產生維修的額外經濟投入。因此，要在分析回轉支承故障的基礎上，采取預防措施，并建立嚴格的管控標準，對設備進行定期的維護保養和檢測診斷，確保斗輪取料機處于良好的運行狀態。