港口起重機械回轉軸承更換技術分析與研究

劉世興

（廣西交通運輸學校，廣西 南寧 530007）

0 引言

回轉軸承是港口門座起重機的重要組成部分，當前主流的門座起重機基礎參數(shù)約為10t-20m，能滿足萬噸船舶的裝卸要求。現(xiàn)階段海運任務量不斷繁重，起重機的運行壓力增加，一旦出現(xiàn)異響或者其他質量問題都可能造成回轉軸損傷。而在上述故障缺陷發(fā)生后將會嚴重影響起重機的運行效率，因此需要及時更換。但不容忽視的是，拆卸回轉軸承是一個復雜的作業(yè)過程，其操作難度高，容易引發(fā)安全問題，為避免意外情況發(fā)生，應積極完善軸承更換方案，這也是本研究的主要目的。

1 理論分析

在起重機結構中，回轉軸承是能夠承受較大綜合荷載的軸承，包括承受較大的軸向負荷、徑向負荷和傾覆力矩。因此在更換回轉軸承期間，應注意以下幾方面問題：

（1）確定更換原因。有研究認為，在更換回轉軸承前應確定軸承破損的原因，一般情況下，軸承表面磨損、破壞是結構失效的主要表現(xiàn)，基于軸承更換原因采取應對措施是預防類似缺陷再次發(fā)生的關鍵點[1]。因此建議相關人員在更換回轉軸承期間可通過設備檢查等方式，觀察回轉軸承表面有無磨損損壞問題，做到心中有數(shù)。

（2）回轉軸承的自身性能也成為影響處理效果的重要因素。有學者為消除更換回轉軸承后的故障缺陷，認為在安裝前通過金剛砂等材料打磨，保證軸承外殼清潔、無毛刺；同時考慮到金屬金剛砂紙產(chǎn)生的顆粒也可能污染軸承，建議考慮使用工業(yè)透明拋光墊清潔軸和殼體，然后使用輕質機油去除水分，必須在整個過程中保持軸承清潔[2]。

（3）注意鑒別更換軸承期間的注意事項，雖然現(xiàn)階段回轉軸承的更換技術不斷成熟，但相關技術細節(jié)同樣是影響故障處理效果的關鍵。有研究認為，軸承更換期間過多使用油脂是不利的，這是因為隨著油脂數(shù)量增多，會造成油脂運行期間出現(xiàn)過度攪拌等問題，導致過熱和過多的潤滑脂清除（泄漏）；隨著溫度的增加，會提升軸承損壞風險；一旦軸承過熱而大量擠出油脂，則會導致密封唇損壞并在相反方向“吹出”[3]。因此現(xiàn)場維修階段應高度關注油脂的使用量情況。

2 港口起重機回轉軸承故障原因分析

造成回轉軸承損傷的主要原因包括：回轉軸承自身加工問題也會導致故障發(fā)生，例如部分回轉軸承在加工生產(chǎn)中存在質量問題，表現(xiàn)為支撐部位剛度不達標，因此起重機械在運行過程可能會因為受力條件改變而造成軸承變形或者開裂問題，見圖1。起重機運行過程中因為軸承安裝質量缺陷或者軌道質量問題而造成裝置損壞，如回轉軸承運行軌道不規(guī)整會導致磨損變形情況，引發(fā)回轉軸承故障。滾珠與滾道在安裝中存在質量問題，如二者的徑向間隙偏大會導致回轉軸承在正常受力條件下出現(xiàn)竄動的情況。

圖1 軸承斷裂照片

3 港口起重機回轉軸承更換的關鍵技術

3.1 回轉軸承更換前的準備工作

在現(xiàn)場施工準備階段應綜合考慮港口起重機的實際情況，包括拆除回轉軸承時相關零部件的準備情況、行走平臺支撐情況等；注意檢查現(xiàn)場檢修零部件準備情況，如2 t 手拉葫蘆、200 t 液壓千斤頂、500 kg液壓扭力扳手等。技術人員應根據(jù)現(xiàn)場檢測結果確定本次更換回轉軸承的原因，一般可根據(jù)回轉軸承運行期間的狀態(tài)（如有無異常聲響）或者表面磨損情況、過早失效的表現(xiàn)等一系列措施做出綜合判斷，確保能針對性消除起重機回轉軸承故障。在施工前做好軸承打磨，其目的是消除構件表面的毛刺等質量缺陷，減少軸承更換后的摩擦問題。

3.2 頂升工作

當現(xiàn)場的油壓裝置測試結束后，鎖緊配重梁頂油缸，并拆松上下兩面連接螺栓。現(xiàn)場準備臨時設計的頂升支座，并且在考慮現(xiàn)場施工方案穩(wěn)定性的情況下，應確保回轉軸承略有一定間隙，以裝置能正常移動為標準，其最大間距為20 mm。現(xiàn)場施工中應配合現(xiàn)場監(jiān)控等方法做同步頂升，堅持分步頂升到位方法，現(xiàn)場施工中經(jīng)5 次左右的頂升操作使其高度達到設計高度。當上述結構約定期2 mm 時暫停施工應詳細觀察裝置平衡情況并保持約5～10 min 的受壓，受壓結果無異常（包括實現(xiàn)同步抬升且無泄漏、無異響）后即可繼續(xù)頂升。每次頂升至設計高度后應檢測支座高度與誤差，檢查裝置是否處于水平狀態(tài)，在保證保險支座受力條件良好后即可抽出回轉軸承并塞入新軸承。

3.3 新回轉軸承復位施工要求

將回轉軸承移放至裝置上，8 個油泵同時緩慢下降，當支架與回轉軸承的距離約為3 mm 時調整下支承上座，使上座螺栓對準下座螺栓（圖2）。

圖2 旋轉支承結構圖

確認對齊后即可繼續(xù)下降，確保軸承結合效果良好，在確保連接螺栓緊固效果滿意后即可拆除油泵，并拆除所有連接、支撐用的工字鋼、角鋼等。在現(xiàn)場維修前應認真核對需替換回轉軸承的規(guī)格與型號，利用專業(yè)工具將其固定在相應位置后，避免回轉軸承安裝后出現(xiàn)松動或者歪斜等質量問題。

除此之外相關人員還應注意以下內容：

現(xiàn)場施工前應先將安裝平臺表面的垃圾物清理干凈，檢查軸承與基座表面有無銹蝕損傷、小凸點等質量問題，若發(fā)現(xiàn)存在上述問題則應該及時更換原材料。針對支撐法蘭有止口的情況，應指派專業(yè)人員檢查止口尺寸與根部倒角等數(shù)據(jù)是否滿足技術規(guī)范。在復位施工中應注意檢查支撐法蘭的穩(wěn)定度與剛度情況，避免軸承后期運行階段出現(xiàn)變形損傷。同時為預防可能出現(xiàn)的法蘭裝置變形問題，在現(xiàn)場焊接時可采用機械加工的方法消除法蘭內應力；而對于機械加工操作難度較高位置，則可用墊平法處理。

在現(xiàn)場施工中應密切關注轉盤軸承與支撐法蘭之間的關鍵性能參數(shù)，其具體技術標準見表1。

表1 軸承支撐法蘭的關鍵參數(shù)要求（單位：mm）

在現(xiàn)場施工中表1 所標定的相關數(shù)據(jù)為更換回轉軸承的最大值，且在180°條件下僅允許出現(xiàn)一次，理想狀態(tài)下其數(shù)據(jù)變化應呈現(xiàn)出平穩(wěn)上升或者波動變化情況，若發(fā)現(xiàn)相關數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出波浪變化的情況時應分析原因，理想狀態(tài)下的現(xiàn)場施工結構如圖3 所示。

圖3 轉盤結構圖

安裝新回轉軸承前應注意檢查軸承安裝表面清潔度情況，逐一核對關鍵零部件尺寸的加工精度以及外購與外協(xié)件等檢查結果合格后才能裝配。整個現(xiàn)場施工中密切關注現(xiàn)場清潔度情況，檢查零部件表面有無飛邊、毛刺或者沙礫等損傷，并且現(xiàn)場裝配施工中應避免因為劃傷或者碰撞等外力作用造成回轉軸承損傷。嚴禁施工人員隨意轉動軸承，整個施工中注意通過專用吊具與工具作業(yè)現(xiàn)場施工。在將軸承固定在支撐法蘭上后，應先檢查二者的平面接觸情況，若塞尺測試結果證實存在間隙，則可通過局部墊平的方法消除間隙，避免因為軸承變形而影響后期旋轉。

安裝階段應注意檢查轉盤軸承內圈、外圈淬火軟帶施工質量，應確保二者的“S”位置遠離荷載區(qū)；在保證齒輪嚙齒精度的情況下，應隨時觀察嚙合側隙要求，側隙的計算方法為（0.03～0.04）×模數(shù)（圖4）。

圖4 嚙合側間隙精度

轉盤軸承現(xiàn)場施工階段應根據(jù)軸承受力情況選擇適宜強度等級的螺栓，所選原材料均應滿足《六角頭螺栓全螺紋》以及《六角頭螺栓》等相關規(guī)定。

3.4 做好軸承安裝后的檢驗

在回轉軸承安裝結束后應盡早實施設備調試，并向軸承中充填數(shù)量充足的潤滑油。在添注潤滑油期間應緩慢轉動軸承，通過軸承轉動使?jié)櫥途鶆蚍植肌Ｌ碜櫥偷牧繜o具體的參數(shù)要求，但理想狀態(tài)下應確保油脂可從密封唇位置少量溢出等。

按照上述施工方案現(xiàn)場調試結束后，應注意評估回轉軸承的更換質量，如軸承轉動是否靈活、是否與周邊零部件出現(xiàn)相互干涉情況、有無異常聲響等。現(xiàn)場測試結束后第二次核對齒側間隙情況，若本次確認數(shù)據(jù)無誤后即可試車運行。重新連接電源并啟動設備。觀察設備的運行情況，檢查回轉軸承是否正常工作。如果發(fā)現(xiàn)任何異常，需要進行相應的調試和測試，直至現(xiàn)場測試工作完成。

4 港口起重機械回轉軸承更換期間的注意事項

更換回轉軸承期間相關人員應注意以下幾方面要求：在更換起重機械回轉軸承期間應正確佩戴個人防護設備，如安全帽、防護手套與防護鞋等，并在進入現(xiàn)場后第二次核對保護設備的準備情況，避免維修期間出現(xiàn)嚴重安全問題。在更換起重機回轉軸期間應先劃定現(xiàn)場作業(yè)區(qū)，并在現(xiàn)場安裝警示牌與警示標志，確保施工人員能第一時間遠離施工現(xiàn)場，并嚴格按照施工現(xiàn)場管理要求保證現(xiàn)場清潔度，避免因為雜物而造成質量問題，并為現(xiàn)場維修人員提供充足的操作空間。同時在現(xiàn)場增添安全防護標志，詳細說明更換回轉軸承時可能出現(xiàn)的安全隱患以及潛在危險因素等，說明不合理施工操作行為對安全事故的影響[4]。正確處理回轉軸承相關的電氣系統(tǒng)。在更換回轉軸承中需要大量使用電氣系統(tǒng)，因此現(xiàn)場操作人員應具有豐富的電氣知識，避免因為不合理操作而造成觸電等危險情況發(fā)生。

5 結語

為保證港口起重機正常運行，通過完善回轉軸承更換技術方案可最大限度上保證裝置的運行功能。本研究結果表明，軸承更換技術具有操作簡單、安全性高等優(yōu)點，可滿足碼頭日常運行要求，這也是應用、推廣該技術的主要原因。而為最大限度上保證起重機械日常管理目標實現(xiàn)，相關人員應在深入了解回轉軸承故障誘因的基礎上，不斷完善現(xiàn)場處理路徑，并配合頂升施工、安裝后的質量檢測以及安裝后檢驗等一系列措施提升現(xiàn)場處理能力，爭取能進一步提升故障維修處置能力。除此之外，相關人員也應該明確回轉軸承日常檢修的相關注意事項，包括認真落實安全操作方案、佩戴安全防護設備等措施，最終為提升港口起重機性能奠定基礎。