转柱式门机转柱上下支承旋转异响分析

蒋伟丰 张向华

摘要：通过对一种回转上下支承的安装及加工过程的跟踪分析，要求安装时各部位的要求应严格控制，划线及各类尺寸应保证在允许范围内。分析旋转时产生各种异响原因，以及相应的改善措施为后续该类门机发生类似问题前以及发生后，提供相应问题处理方法。

关键词：上下支承；水平轮；轨道；产生原因；解决方法

转柱式门座起重机的转柱，在门架之间旋转，上部为水平轮，下部为下支承，既承受转柱上部的重量，也承受转柱上部分的倾覆力矩。水平轮只承受水平力，其大小倾覆力矩之值与水平轮、下支承之间的距离来定，下支承除了同样的承受由倾覆力距所产生的水平力而外还要承受旋转部分的全部重量。在实际工作中安装调整不当，门机在旋转时就会发生异响，部分声音自下支承发出，也有自水平轮发出，同时机身随之产生抖动，影响门机正常使用。

下转柱上口的上支承称为水平轮，在转柱上口四周安装若干个水平轮，转柱旋转时水平轮沿着上支承环的环形轨道滚动，滚道起到横向支承作用。水平轮安装在水平轮支座上，然后用螺栓固定在转柱上口四周平面上，或水平轮支座有的直接焊接在转柱上口四周平面上。对于用螺栓将支座固定的形式，安装时找中定位比较困难，但部件制作方便；对于用焊接方式将水平轮支座直接焊在下转柱上口的形式，划线后加工镗孔较为困难，但定位较为准确。

下转柱上口四周安装若干个水平滚轮，如果某个水平轮支座安装在下转柱上，水平轮中心线与下转柱中心线不平行，水平轮中心线与下转柱中心线产生夹角，下转柱在旋转过程中，水平轮在上支承滚道内运动轨迹就会产生向上或向下爬坡，一旦水平轮产生上下爬坡时上下位移应力就会过大，克服不了下转柱上部重量，水平轮在支座内就会产生向上、或向下的串动，产生崩崩等异响，使水平轮回到原位。

下转柱与下支承座制作成一个组件，下支承座用法兰与转柱连接。所有支承座的各部件都装在下支承座外套之内，其中有承受水平力的徑向轴承，承受垂直力的止推轴承，另有一个带有法兰的中心套筒，一方面用法兰与转柱连接，另一方面将水平力与垂直力传递至径向轴承与止推轴承。此外在止推轴承之下还装有一个球形座，它的作用在于适应整个下支承系统工作时的变位。

转柱有其自身的几何中心线，旋转时必然要有一个旋转轴心，从理论上说，这个旋转轴心线和几何中心线应当重合，但实际工作并非如此，这个旋转轴心线不但不与几何中心线重合，而且还会随各机构的转动而变化。转柱的下支承装有径向调心轴承，转柱的旋转轴心线一定要通过这个轴承的中心点，这个中心点基本上是固定不变的。转柱的水平轮是沿着环形支承轨道运动的，所有接触点的运动轨迹都以环形支承轨道为依据，环形轨道的中心点必然在转柱旋转轴心线上。因此决定转柱旋转时的轴心线的精度，取决于环形轨道的中心点，以及在下转柱的径向调心轴承的中心点。事实上调心轴承的中心点也不是完全固定的，只是变动很小可以不计，至于环形轨道的中心，由于轨道本身受载时必然产生变形，支撑轨道的门架随之产生变形，这个变形量又是随着臂架位置和起重量的变动而变化，转柱的轴心不是固定不变的。这就造成了在某一幅度已经没有异响了，但换一个幅度就又响起来的原因。

转柱是一个弹性体，受载时要有相应的变形与变位。重载大幅度时，有时发现后水平轮与轨道脱离，这是转柱受力变形导致。假设A点为水平轮上支承，B点为下支承，受载之后A、B两点都要有角变位。当转盘受载时会发现转盘有翘起现象这是角变位。这个变形与变位必然要影响到旋转轴心线和支承构件。

此外，下支承的中心套筒是规定了径向轴承与止推轴承的位置，结构上保证了三者的同心，该中心套筒又是用一个法兰盘和转柱连接起来的，如果法兰盘和转柱的几何中心线不垂直，则两个中心线就产生角度，和旋转轴心线也就有折角，在调心径向轴承中心之处相交，这是由安装造成的旋转轴心线的不重合。

综上所述，转柱相当于一个弹性体，在工作中它既有变形也有位移，随着载荷的大小而变动。在制造过程中的安装误差，会导致转柱旋转时，其几何中心线围绕着旋转轴心线划一个圆锥，下支承的中心套筒也围绕着旋转轴心线划一个圆锥。上支承轨道中心和转柱几何中心之差和转柱的高度比起来相对较小，可以忽略不计，但下支承中心套筒划起圆锥就意味着止推轴承和球形座之间要有转动力矩和摩擦运动，且全部重量集中在有限面积之上。当转动力矩不足以克服磨擦阻力时暂时维持不动，一旦超过摩擦阻力就会突然急剧猛跳一下，猛跳之后机身产生抖动现象，异响随之发生。

球形座的作用在于调正。下支承由多个部件组成，有其自身的几何中心线，最佳状态是这个中心线和旋转轴心线重合。假设由于安装或其他原因未能重合，通过球形座的转动，可以使它重合起来。例如，水平轨道的中心点本来应处于下支承中心点的垂直上方，但若安装时稍有偏差，则球形座可以通过转动使其中心线和旋转轴心线重合起来，这是一种调整方法。其次就是如因种种原因下支承的中心套筒有划圆锥现象，这个球形座也能随之调整，使其它部件不至因受力过大而损坏，因为既已发生了划圆锥现象而又强迫使其不动，必将产生额外的力导致部件被破坏。第一种调正作用，一经调整使下支承中心套筒处于新的位置便可维持下去。第二种调整作用是经常要起作用的，假设因润滑不良有卡阻，则会发生敲击之声和抖动现象。

从以上分析看来，产生敲击声的原因可分为二类。一是由于门机自身结构所固有原因，如变形位移，角变位等等，解决的办法在于掌握刚度，应在设计制造中加以考虑。其次是由于安装不当，必须设法调整加以解决，在下支承座与门架十字梁法兰安装时，必须检测十字梁法兰水平及平整度，对下支承下座与门架十字梁法兰的结合面进行间隙检测，采用着色显点法和塞尺测量并用，防止门架十字梁上法兰焊接后的变形，使下支承下座与门架十字梁法兰的结合面间隙<0.05mm，确保后续安装及试车要求，避免后续动车产生敲击之声。

最后，门座式起重机的下支承是在极为复杂的情况下工作的，因此它的承载能力相当大，故必须注意安装步骤和检测要求。

转柱的旋转轴心线既有偏差，又有移动，在移动中要求下支承各部件要作整体移动，不应有各部件之间的相对移动。为此在设计制造中要保证调心轴承，止推轴承和球形座之间都以调心轴承的中心为共同的转动中心。

水平轮与轨道之间有时也会发出类似敲击的响声，其原因在于水平轮的轴线与旋转轴心线不平行，水平轮在上支承轨道上交叉向上或向下爬行。在它爬行之时必然要使水平轮支架受有弯矩，当这个弯矩大到足以使它复位时，便突然跳回原位随之产生敲击之声。

综上所述，通过观察分析，有以下方式进行处理：一、组成式的下支承的球形座与调心径向轴承不同心，容易引起破碎。二、转柱底部的法兰盘和转柱的几何中心线要垂直，法兰盘、转柱连接法兰面加工要垂直于转柱中心线。三、转柱应有适当的刚度，支承处的角变位要小，水平轮支架要加强，减小变形。四、安装下支承轴承时内部清洁工作必须做到位。五、下支承中的各滚动组件应当受力均匀，所有垫板垫环套筒等零件配合精度要高不能松动。六、各运动部件之间要有良好的润滑。七、安装下支承时要对下支承与十字梁连接面进行测量并加以调整，使之达到装配要求。八、水平轮安装时要检测水平轮的水平，在转柱垂直中心调整到位后，四周的水平轮与滚道间隙要调整到位。

参考文献

[1]上海港口机械制造厂企业标准（港口机械零件装配、部件装配、总体装配通用技术条件和验收）

[2]上海港口机械制造厂港机产品检验大纲

（作者单位：上海振华重工港机通用装备有限公司）