摘   要：40t-33m特大型門機(jī)是天津港引進(jìn)的第一臺(tái)門機(jī)，該門機(jī)不論是整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還是零部件配備、電器控制和節(jié)能技術(shù)等方面都為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)港口最先進(jìn)的門座式起重機(jī)。然而，在使用200多小時(shí)后，該軸承出現(xiàn)了兩次損壞，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)作業(yè)。本文就故障的分析及解決方法進(jìn)行論述。

        關(guān)鍵詞：門機(jī)臂架；軸承損壞；解決措施

        天津港于1999年底引進(jìn)了第一臺(tái)40t-33m特大型門機(jī)。該門機(jī)不論是整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還是零部件配備、電器控制和節(jié)能技術(shù)等方面都為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)港口最先進(jìn)的門座式起重機(jī)。該機(jī)自重430余噸，吊鉤作業(yè)最大提升高度可達(dá)軌上28米，抓斗作業(yè)最大提升高度可達(dá)軌上18米，變幅幅度為10~33米，額定起重量40噸。
        在該門機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，為了結(jié)構(gòu)緊湊、鵝頭移動(dòng)保持更好的水平度，設(shè)計(jì)者為臂架與象鼻梁鉸點(diǎn)選用了GE200ES-2RS型關(guān)節(jié)軸承。這種軸承具有承載力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，門機(jī)投入使用初期效果很好。然而，在使用200多小時(shí)后，該軸承出現(xiàn)了兩次損壞，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)作業(yè)。本文就故障的分析及解決方法介紹如下。
         一、故障現(xiàn)象及分析
       （一）故障現(xiàn)象。門機(jī)在重載變幅動(dòng)作時(shí),臂架系統(tǒng)發(fā)出刺耳的嘯叫聲音，臂架箱體伴隨抖動(dòng)和共鳴。經(jīng)過公司和生產(chǎn)廠家技術(shù)人員的共同檢查確認(rèn)，聲音是從臂架關(guān)節(jié)軸承處發(fā)出的。經(jīng)初步分析，大家認(rèn)為聲音是關(guān)節(jié)軸承潤(rùn)滑不良造成干磨而引起的。
       （二）原因分析。大多數(shù)軸承損壞的原因除潤(rùn)滑不良外，還包括承載能力不足超負(fù)荷等外界因素。為此我們從這幾個(gè)方面進(jìn)行了分析：
        1、超負(fù)荷：經(jīng)過計(jì)算，該關(guān)節(jié)軸承部位所承擔(dān)的最大負(fù)荷約為 1975kN，而該軸承額定承載能力為10600KN。由此可確定，該軸承的損壞與負(fù)載過大無關(guān)；
        2、非正常沖擊或管理不到位：該門機(jī)開始使用至軸承損壞過程中，時(shí)間較短，期間沒有出現(xiàn)過可能導(dǎo)致軸承損壞的因素，如非正常沖擊或長(zhǎng)時(shí)間不予潤(rùn)滑等情況。由此可以確定，并非意外因素或管理不到位造成軸承損壞；
        3、潤(rùn)滑情況：門機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)采用的是“上海五豐電液成套工程有限公司”設(shè)計(jì)的干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)。
        ①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：該系統(tǒng)將門機(jī)分為臂架系統(tǒng)（大臂與象鼻梁）、人字架系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)大軸承三部分進(jìn)行交替潤(rùn)滑（每部分有兩個(gè)總管路）。此關(guān)節(jié)軸承為門機(jī)大臂與象鼻梁連接鉸點(diǎn)，并與臂架系統(tǒng)其他各鉸點(diǎn)軸承（滾柱式）并聯(lián)在臂架系統(tǒng)的兩條輸油總管上。
        ②工作原理：集中潤(rùn)滑油泵給臂架系統(tǒng)打油時(shí)，是按照次序逐個(gè)給臂架兩路總管中一側(cè)的各點(diǎn)打油，直至此一路所有雙線分配器（注油閥）全部動(dòng)作到位。同時(shí)，該路總管內(nèi)壓力上升并超過另一路總管5公斤時(shí)，兩路總管頭部的壓差開關(guān)動(dòng)作，控制系統(tǒng)自動(dòng)斷開此路并轉(zhuǎn)給另一路總管打油，直至此路并聯(lián)的各注油點(diǎn)的雙線分配器全部動(dòng)作為止。該管路壓力上升至兩管路壓差達(dá)到5公斤時(shí)再次轉(zhuǎn)回第一路，結(jié)束一個(gè)循環(huán)。這種工作循環(huán)直至達(dá)到該路潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)定的工作時(shí)間停止。
        從軸承損壞現(xiàn)象和潤(rùn)滑系統(tǒng)工作原理兩方面分析，可確定主要原因是潤(rùn)滑不良造成的。
       （三）拆檢分析
        根據(jù)上述分析，我們首先對(duì)該軸承進(jìn)行了人工加油。加油后，震動(dòng)和噪音消失。繼續(xù)實(shí)驗(yàn)一小時(shí)左右又再次出現(xiàn)異響。我們又對(duì)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行了仔細(xì)檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常。然而，在繼續(xù)使用后仍然出現(xiàn)震動(dòng)和噪音，而且沒有減小跡象。為此，我們決定對(duì)該軸承進(jìn)行拆檢分析。
        第一次拆檢：
        1、拆檢后發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)軸承外領(lǐng)內(nèi)壁面在安裝狀態(tài)時(shí)的下端面有圓弧角為30～40度左右的幾道劃痕；
        2、該軸承的軸下端面（在安裝狀態(tài)時(shí)）有圓弧角為180度左右的磨損痕跡，沿軸向形成突肩。磨損區(qū)寬度與關(guān)節(jié)軸承內(nèi)領(lǐng)寬度相同，突肩最大高度約為3～4mm。
        根據(jù)以上現(xiàn)象和對(duì)軸承及軸體潤(rùn)滑孔道結(jié)構(gòu)進(jìn)行的分析，初步認(rèn)為造成磨損的原因有三個(gè)：     
        第一、軸承及軸體油路本身有缺陷，造成潤(rùn)滑脂難以到達(dá)承壓面（軸承及軸結(jié)構(gòu)見圖1）；

圖1

        第二、加油時(shí)間過短，潤(rùn)滑不夠充分；
        第三、在安裝時(shí)軸體孔道內(nèi)未做徹底清理，留有加工殘留物。
        根據(jù)以上情況，我們采取了如下措施：
        首先、對(duì)軸進(jìn)行修復(fù)和清洗，更換新軸承；
        其次、要求門機(jī)司機(jī)作業(yè)中每隔8小時(shí)加一次油。
        采取以上措施工作幾十小時(shí)后，再次出現(xiàn)了干磨異響現(xiàn)象。為此，又進(jìn)行了第二次拆檢。
        第二次拆檢：
        這次檢查結(jié)果與上次完全相同。通過仔細(xì)分析我們發(fā)現(xiàn)：
        1、關(guān)節(jié)軸承內(nèi)外領(lǐng)承壓面幾乎沒有潤(rùn)滑脂，而在非承壓面卻有較多油脂并從非承壓面最上端溢出軸承。說明油脂在進(jìn)入軸承承壓面前就已經(jīng)被擠出軸承；
        2、在軸承內(nèi)領(lǐng)與軸的上端面之間有很多油脂。
        經(jīng)過分析圖紙我們還發(fā)現(xiàn)，該軸承外徑加工尺寸為200h7,與關(guān)節(jié)軸承內(nèi)領(lǐng)為負(fù)偏差。從拆檢結(jié)果我們斷定，損壞過程如下：
        在潤(rùn)滑系統(tǒng)工作時(shí)，潤(rùn)滑脂沿油道進(jìn)入關(guān)節(jié)軸承內(nèi)油槽后，大部分進(jìn)入非承壓面，并從軸承兩端溢出。僅有極少量油脂進(jìn)入承壓面內(nèi)的油槽（軸承油槽結(jié)構(gòu)見圖2），但因承壓很大、間隙過小，無法均勻分布到摩擦面，所以首先造成局部干磨，當(dāng)溫度較高時(shí)出現(xiàn)軸承內(nèi)外領(lǐng)“抱死”現(xiàn)象。

                

                                                                 圖2 
        當(dāng)關(guān)節(jié)軸承“抱死”后，由于軸承內(nèi)領(lǐng)與軸之間為負(fù)偏差配合，油脂從軸上的出口進(jìn)入軸與軸承內(nèi)領(lǐng)之間空隙，從而造成軸與軸承內(nèi)領(lǐng)之間形成“軸承”的現(xiàn)象。由于軸上油槽與軸承內(nèi)外領(lǐng)之間油槽相同，且僅是沿徑向圓周有一道10mm寬的油槽，在滑動(dòng)過程中不能充分分布油膜，造成軸的磨損。當(dāng)磨損到一定程度時(shí)，金屬屑進(jìn)入摩擦面使磨損加劇，產(chǎn)生劇烈震動(dòng)和噪音。
        二、解決措施
      （一）措施
        1、 修改軸承油道。 鑒于軸承油槽結(jié)構(gòu)難以將油脂均勻分布，我們對(duì)新軸承進(jìn)行了修改，即沿軸承軸向在軸承外領(lǐng)內(nèi)表面，均勻加工出6道寬4mm深2~3mm的油槽與其原有的徑向油槽相通，使油脂能更加容易地進(jìn)入承壓面區(qū)域（見圖3）；

  圖3  軸承外領(lǐng)油槽改造示意圖

        
        2、加大軸徑公差，增大軸的摩擦阻力。將軸重新加工，使其與軸承內(nèi)領(lǐng)之間為過盈配合，公差為+1，使油脂難以進(jìn)入內(nèi)領(lǐng)與軸接觸面，增大摩擦阻力；
        3、設(shè)置獨(dú)立潤(rùn)滑系統(tǒng)。由于頻繁使用集中潤(rùn)滑系統(tǒng)加油，造成臂架其他鉸點(diǎn)軸承油脂過多，既造成不必要的浪費(fèi)，又造成設(shè)備的污染。為此，我們?yōu)殛P(guān)節(jié)軸承重新安裝了一個(gè)獨(dú)立的手動(dòng)潤(rùn)滑裝置，與集中潤(rùn)滑系統(tǒng)管路斷開。要求每班次作業(yè)中由司機(jī)進(jìn)行一次3~5分鐘的加油。
       （二）效果
        通過采取以上措施，該軸承工作正常，臂架系統(tǒng)工作十分平穩(wěn)，異響和震動(dòng)全部消失。該門機(jī)運(yùn)行至今已連續(xù)使用兩年多，作業(yè)量累計(jì)達(dá)200多萬噸，沒有出現(xiàn)任何異常。2001年，我公司新定購(gòu)并投入使用的40t—33m門機(jī)（4#門機(jī)），在圖紙審核中我們借鑒了改造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行了修改，實(shí)際應(yīng)用效果良好。該項(xiàng)故障的解決也為天津港其他公司購(gòu)置同類大型門機(jī)以及生產(chǎn)廠家完善設(shè)計(jì)積累了很好的經(jīng)驗(yàn)。