港口岸橋起升差動減速箱軸承失效分析

楊 健

（上海振華重工股份有限公司，上海 200125）

1 岸橋雙40英尺起升差動減速箱系統

1.1 差動減速箱系統

傳統港口岸橋通常所配備1個雙箱伸縮吊具，這種吊具一次起升動作可以處理一個20英尺，或一個40英尺，或當吊具處于雙20英尺位置時，一次起升動作可吊起2個20英尺集裝箱。隨著集裝箱運輸行業的高速發展，碼頭運營商對起重機的作業效率提出了更高的要求，在不斷提升起重機起升及小車速度已到達一個比較局限的程度下，一種與常規傳統單起升岸橋所對應的雙起升岸橋逐步在2004年后作為港機產品推向市場。這種岸橋配備2個雙箱伸縮吊具，一次起升動作可以處理4個20英尺集裝箱或2個40英尺集裝箱，理論上比傳統岸橋作業效率提升近一倍。

雙起升岸橋一般指岸橋主起升纏繞系統中包含2組吊具，經過多年的技術積累，目前雙起升岸橋主要有3種實現方式，獨立雙起升、分離上架雙起升和差動雙起升。差動雙起升系統通常由一套差動減速箱、4個鋼絲繩卷筒通過鋼絲繩纏繞系統連接2套獨立的吊具上架、2套起升電機、4套高速制動器及4套低速制動器組成。其主要原理是利用一套差動減速箱，通過中間軸制動器控制岸橋的起升模式，當處于雙起升模式時，一側的中間軸制動器打開，電機驅動兩側起升卷筒運行，制動器閉合時，阻斷這一側的起升卷筒運動，岸橋便如同單起升模式。見圖1。

1.2 差動減速箱3種日常工況

（1）差動起升系統同時起升，中間軸制動器制動，其余制動器打開。

（2）差動起升系統陸側單獨起升，一側中間軸制動器及海側低速制動器閉合、其余制動器打開。

（3）差動起升系統海側單獨起升，一側中間軸制動器及陸側低速制動器閉合、其余制動器打開。

差動減速箱系統緊湊并采用油浸式飛濺潤滑，但相比傳統起重機起升減速箱是一種非標準設計，且該類減速箱結構比較復雜，內含制動齒輪軸裝配、輸出齒輪軸裝配、中間齒輪軸裝配以及行星輪系裝配，維護保養工作量及維護保養成本比傳統減速箱高，特別是在單起升作業時，該系統能耗較高，受制于電機和差動減速箱的選型，雙吊具下的額定起重量不能過大，因此該類差動雙起升系統在2003～2010年期間推廣后便很少再采用。

圖1 差動雙起升機構

2 岸橋雙40英尺起升差動減速箱軸承失效分析

2.1 失效模式

以FH3660系列差動減速器為例，起重機起升機構系統主要部件電機、減速箱、制動器的基本參數：電機型號1LL8 455，功率 2750 kW，轉速（800/1600）r/min；減速箱型號 FH3660，傳動比24.472，額定輸出扭矩113 8004 kN·m；制動器型號YP41-4500-90030，制動力矩 234（設定力矩 13.8）kN·m。

在處理日常售后保養服務過程中，時常遇到較為頻繁的差動減速箱軸承（B10）失效或由于減速箱軸承（B10）失效后導致行星功能包損壞案（圖2），其中陸側行星功能包損壞情況較多，主要與碼頭司機操作習慣有關，由于碼頭司機不常用海側吊具，因而海側行星功能包損壞情況較少。

2.2 原因分析

拆解檢查現場起升差動減速箱陸側吊具側行星包高速輸入軸軸承，觀察到以下比較普遍的現象：

圖2 差動行星減速器軸承損壞

（1）4個高速制動器左右兩側制動襯墊磨損程度不一致，電機側制動襯墊磨損較多，有2個電機側的制動襯墊磨損極其嚴重（圖3）。

圖3 高速制動器制動襯墊磨損情況

（2）同一個制動盤的2個制動器的制動力矩大小不一致，制動力矩設定檢查情況如圖4所示。

圖4 高速制動器制動力矩設定情況

（3）B10軸承出現損壞以后，一般情況下B10軸承牢牢固定在行星架內孔中，破壞性拆卸才能取出，B7軸承座孔徑實測值（250-0.03）mm，B10軸承座孔徑實測值（240-0.1）mm，見圖5。

圖5 軸承及軸承座測量

（4）起升電機排裝情況不良，端面跳動及徑向跳動不滿足排裝要求形成偏角。

（5）B10軸承內外圈單側接觸受力明顯（圖6）。

基于檢查情況并結合差動減速器軸承位置分析，認為B10軸承失效的可能原因有4個。

圖6 B10軸承軸承內圈外滾道

（1）差動減速箱在制造安裝的軸承座公差需要確保滿足圖紙公差要求，并且在B7,B10及B11軸承的軸向定位間隙上需要確保B7及B10有足夠的軸向間隙，將主要的軸向力傳遞到B11軸承上。

（2）由于制動器是以2個制動器摩擦襯墊到制動盤的相等距離進行排裝。當輸入軸的軸向預負荷釋放時，或者是由于溫度偏差引起軸向伸長時，輸入軸只能向電動機側延伸，制動盤逐步向電機側滑移，使得電機側的制動器摩襯墊到制動盤的距離要小于減速箱側的，致使電機在制動時電機側的摩擦襯墊先與制動盤接觸產生向減速箱側的軸向推力，若B7或B11軸向間隙不足，B10軸承由于分別位于2定位軸肩之間，將由B10來承受軸向力的沖擊。

（3）從制動器左右摩擦襯墊單側磨損和B10軸承始終單側受力的情況來看，應該是由于減速器運行溫度升高后引起調心滾子軸承滾子的弧面位置發生改變，導致軸承單邊受力。若在排裝后電機中心與減速器中心角偏差大，也會影響軸承壽命。

（4）減速器需要做好清潔保養工作，縮短換潤滑油的頻率。潤滑油使用前需要過濾，并應按照減速箱維護保養手冊及時進行定期維護保養。

3 解決方案及維護保養

3.1 解決方案

根據現場檢查情況并結合失效原因分析，從改善輸入軸軸承軸向預負荷和同側兩制動器制動載荷對稱性入手，進行調整和修復，可以提高輸入軸軸承B7及B10的軸承使用壽命。差動減速器結構見圖7。

（1）卸除輸入軸各端蓋和軸承各端面的調整墊片。

圖7 差動減速器結構

（4）軸承蓋的凸緣尺寸A、箱體軸承B11外端面深度尺寸B，按照mm要求,增減調整墊片，以保證軸承B11有足夠的游隙。

（5）必須在裝配最后一步，在B7軸承端蓋側，增加足夠的調整墊片，保證B7，B10有的軸向游隙。

（6）清洗減速箱底部的磁性換油螺塞。

（7）關閉左右兩側差動制動軸邊上箱體底部的節流閥。

（8）在制動器得電釋放（非手動釋放）的條件下，調整制動器兩側摩擦片到制動盤的距離，使電機側摩擦片到制動盤比減速箱側大mm。

（9）調節同一個制動盤的2個制動器,保持制動力矩大小一致,使它們對軸承B7，B10產生徑向沖擊載荷能相互抵消，延長軸承的使用壽命。

（10）重新檢查和排裝電機與減速箱輸入軸的同軸度，可松開制動軸制動器，要求軸向跳動，徑向跳動。

（11）制動器、減速箱等各主要受力螺栓按表1的預緊力矩預緊。

表1 制動器、減速箱主要受力螺栓預緊力矩

3.2 減速箱的維護保養

（1）潤滑油應定期更換。換油時間：運行400 h或6個月后第一次換油，時間以先到為準。以后每運行5000 h或2 a后換油一次，時間以先到為準。合成油的更換時間為每運行10 000 h或4 a后換油一次，時間以先到為準。

（2）換油時始終使用同樣品種的潤滑油加注到齒輪箱中，不可將不同品種的潤滑油或不同廠家的潤滑油混在一起使用；不可將合成油與礦物基油混合或另一種合成油混用。當把礦物基油換成合成油，或把一種合成油換成另一種時，要對減速器做徹底清洗。每次換油，應該在減速箱的工作油溫下，將油排出箱體，再用同等質量的油沖洗。應避免使用溶解液沖洗，除非發現箱體內沉積著氧化物或污染的潤滑油。用油沖洗不能排出體外時，才使用溶解液沖洗，沖洗后，再用清洗油沖走箱體和管道系統中所有清洗液。