港口起重机械回转轴承更换技术

顾 菁

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

先前在港口码头前沿的主流设备是门座起重机，一般的技术参数是10 t-25 m，可以满足万吨船舶的装卸（当时的一般船宽在24 m）。随着海运船舶日益变大，码头前沿设备也逐渐变大，有了10 t-30 m、10 t-33 m、16 t-30 m、16 t-33 m等类型的门座起重机，且在个别大港区有25 t-30 m门机（采用直流驱动）。后来随着手工设计计算向计算机辅助设计发展，出现了40 t门机，幅度有30 m、33 m、40 m，最大可以有45 m。设计40 t门机时，使用的回转轴承都是选用进口件。随着生产厂家的增多，门座起重机售价不断降低，配套的回转轴承也由进口变成国产，随之出现了较多问题。

回转轴承是一种能够承受综合载荷的大型轴承，可以同时承受较大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩。在港口起重机械中，它常见于门座式起重机（见图1）、浮式起重机（见图2）以及散货装卸船起重机（见图3和图4）等。

图1 门座式起重机

图2 浮式起重机

图3 散货装船起重机

图4 散货卸船起重机

1 回转轴承更换思路

回转轴承是受力件，为起重机中的主要运转机构。根据起重机正常工作即动载时回转轴承材料的力学性能进行分析[1]，疲劳强度曲线如图5所示。纵轴σmax为疲劳应力值，N为循环次数，AB段为静应力段，BC为低周疲劳，C点以后表示材料发生塑性变形。

图5 疲劳强度曲线

1.1 动载形式

一方面，载荷以较高速度施加到零构件（回转轴承）上形成冲击。另一方面，载荷的大小和方向周期性变化形成交变载荷。许多机械零件如弹簧、轴、齿轮等，工作时承受交变应力，即使交变应力往往低于屈服强度，但经一定次数的循环后也会发生断裂。这些传动件的破坏会导致失效，从而引发起重机械在功能上存在或多或少的问题，出现安全隐患，影响码头的工作效率[2]。

1.2 回转轴承故障类别及原因

回转轴承与支撑部位刚度不够，会造成转台与回转轴承连接处开裂或变形。运行轨道不平或轴承安装不当及制造精度原因，会造成滚道变形。滚珠与滚道装配径向间隙过大，会造成回转轴承在倾覆力矩的作用下过平衡位置时异常窜动。滚珠安装过密，在局部载荷作用下滚珠间互相挤压磨损。此外，还存在回转轴承与支撑筋板开裂和回转轴承连接螺栓断裂等问题。因此，必须慎重对待这些情况，其中回转轴承的更换维护是重点。

2 设计要求

2.1 施工前的准备

评估起重机械的自重，考虑码头的承压载荷，核算轴承拆离路径上的各干涉部件，如回转给料器旋转机构、行走平台支撑等，同时拆离起重机械上现有的可持续使用的电气设备。

2.2 安全要求

施工前，必须知晓相关安全规定。工作开始前，应组成一个包括钳工、电工和起重工在内的多工种工作小组，其中带队人员负责协调现场安全工作。施工过程中，应该遵循当地所有的规定和法律。工作前，相关人员还需要仔细阅读码头的相关规定。在工作场所入口处，要求阅知所有警示标牌和通知，保持工作场地的清洁和足够空间，要上锁和标示不能动车。施工开始后，任何人不应启动设备。施工中，应注意保护箱体内电缆，使其尽可能远离作业点。此外，要求使用必要的安全设备和工作服，如安全帽、铁头鞋、手套和安全带等。

2.3 更换步骤

第一，顶升支座落位、焊接，顶升千斤顶落位。第二，回转轴承上部结构做好防偏斜支撑保护，检查顶升设备，使保险支架落位。第三，回转轴承拆离支架，拆除回转轴承连接螺栓。

2.4 顶升工作

油压装置做好试压、保压同步测试。设备上的配重梁顶升油缸已经锁紧，旋转大轴承上下两面的联接螺栓已经拆松。顶升支座为临时设计，须考虑与原主体结构的连贯性，避免顶升时受力偏载，顶升高度的上部重量转移。回转轴承有间隙，以可以移动为准，一般不超过20 mm。

顶升保证同步，并有监测。设定顶升距离，分步到位。按操作经验，顶升操作可分3～5次。初次通电顶升，要求3组顶升装置尽量保持同步顶升。当上部结构顶起并离开旋转大轴承1～2 mm时，停止顶升，观察平衡情况。受压后停数分钟，需要注意保证同步、保压、无泄漏、顶升支座无变形与无异响等，然后执行顶升工序。

监测人员注意自身安全，注意站立位置与行走通道。每次到达顶升距离后，在保险支座上加入垫块，保证安全。顶升支座布局到位后，测得支座的水平度误差和距离，保证顶升油缸处于同一水平位置，使上部结构上升时处于水平状态。在确保保险支座受力后，在无任何变异的情况下抽出回转轴承，并迅速塞入新轴承。如果有一定的时间差，需要在抽出轴承的支撑面上塞入保险支座。

当上部结构达到一定高度后，利用手拉葫芦将旧轴承移到维修工作平台。将下方支撑移出（可外侧架设支架-材料24#槽钢），在外侧架子上架设吊耳。在下支撑固定端设手拉葫芦，斜着拉出去。对上部结构进行保险，用专用胎架在移出的旋转大轴承空间处固定，必要时可以增加刚性支撑、设置揽风绳等。测量回转大轴承上、下两个安装面的平面情况，如果平面度超差，必须进行相应的调整。

转盘轴承安装基面或安装平台必须清理干净，不允许有碎小杂物、局部小凸点及锈蚀现象。支承法兰如果有止口，确认止口尺寸和根部倒角是否符合技术要求。支承法兰必须有足够的刚性、强度及耐冲击性能，防止转盘轴承使用时变形，以确保转盘轴承的回转精度及寿命。为防止法兰变形，焊接的支承法兰焊后应及时消除内应力，再进行机械加工（图6-A处）。对于不易机械加工的安装平面，可以采用垫平法进行处理（图6-B处）。但是，这种方法可能对转盘轴承带来不良影响。支承法兰连接孔与转盘轴承安装孔对应，避免因安装干涉引发转盘轴承变形（图6-C处）。

图6 上下支承法兰与转盘轴承的安装孔定位

支承法兰与转盘轴承连接表面的技术要求见表1（表1中字母含义见图7），L为一个孔距。表1中平面度为最大值，只允许在180°范围内出现一次，并平稳上升或下降，不得出现波浪。回转转盘的滚道直径介于4 000～6 300 mm，采用表1对应的技术要求。

表1 P0级转盘轴承支承法兰连接表面技术要求

图7 支承法兰与转盘轴承连接表面的技术要求示意图

清洁新轴承安装表面，检查润滑油孔是否正常。安装新轴承时，要求检查与转盘轴承配合的相关零件的尺寸及加工精度，待产品零部件（包括外购、外协件）检验合格后方可进行装配。装配现场必须保持清洁，与转盘轴承相关的零件在装配前应清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、砂粒、灰尘和油污等。装配过程中，转盘轴承及相关零件应防止磕碰、划伤和锈蚀。不允许直接敲击转盘轴承，严禁通过滚动体传递安装冲击力，应使用合理的专用工具、吊具安装轴承。将转盘轴承水平吊放在支承法兰上后，用塞尺检测转盘轴承平面与支承法兰平面的接触情况。如果有间隙，可以采用机械加工修平或用局部垫平消除间隙，以防止螺栓预紧后轴承变形，影响转盘轴承正常旋转，如图8所示。安装时，转盘轴承内圈、外圈淬火软带“S”处均应置于非负荷区或非经常负荷区。装填滚动体塞子部位总是位于套圈的软带处，如图9所示[3]。为了确保齿轮啮合精度，在检查齿轮副侧隙时，应保证在组装过程中拥有合理的啮合侧隙。转盘轴承齿圈3个涂有绿漆标示齿（齿轮径向综合跳动最大点）处的啮合侧隙应符合设计精度的要求，推荐侧隙为（0.03～0.04）×模数，如图10所示。安装转盘轴承时，采用的螺栓副应根据转盘轴承受力情况选择合适的强度等级[4]。螺栓的规格应符合《六角头螺栓》（GB/T 5782—2016）和《六角头螺栓全螺纹》（GB/T 5783—2016）的规定，机械性能不得低于《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》（GB/T 3098.1—2010）规定的8.8级；螺母的规格应符合《1型六角螺母》（GB/T 6170—2015）和《2型六角螺母》（GB/T 6175—2016）的规定，机械性能应符合《紧固件机械性能：螺母》（GB/T 3098.2—2015）的规定。安装螺栓垫片应采用钢质调质平垫片，严禁使用弹簧垫圈。

图8 机械加工修平

图9 装填滚动体塞子

图10 啮合侧隙精度

当径向负荷超过轴向负荷的10%时，转盘轴承应有径向定位。转盘轴承径向定位后，应使用力矩扳手分低、中、高3次预紧螺栓，并按交叉180°方向对称拧紧顺序有步骤进行，确保最后一遍螺栓有相同的预紧力，同时检查轴承的回转是否灵活，如图11和图12所示。安装螺栓应有足够的预紧力，其预紧力为螺栓材料屈服极限的0.7倍[5]。

图11 力矩扳手预紧螺栓

图12 拧紧顺序

2.5 回装新的大轴承

将修复后的旋转大轴承吊到设备的检修平台，同时拆除大轴承安装位置间的临时支撑，把大轴承移入安装位置。先将旋转大轴承与门架通过螺栓固定，利用顶升装置放下上部结构部分，使上部结构与旋转轴承连接。调整螺孔位置后，将上部结构与旋转大轴承用螺栓连接。旋转大轴承螺栓的预紧力按技术要求执行。

2.6 轴承安装后检验

设备调试前，应向转盘轴承内部补充合适的润滑脂。注脂时边填充边缓慢运转，使润滑脂在转盘轴承内部均匀分布，直至润滑脂从密封唇部位均匀滋出为止，且需确认安装过程没有对转盘轴承产生变形影响。在其他作业过程中禁止有电流通过转盘轴承，如在转盘轴承附近搭接地线，禁止在转盘轴承上焊接其他零部件。检查转盘轴承旋转是否灵活，是否与其他零部件有干涉现象，密封圈是否完好，是否有异常响声。旋转后，重新检测齿侧间隙值，记录数值，最后试车验收。

3 结语

针对实际案例中门机、散货机械中回转轴承故障类别及原因分析发现，回转轴承与支撑部位刚度不够等问题已经通过工艺进行改进。比如：原先的支承环是钢结构焊接，先改为锻件加过度颈部；运行轨道不平或轴承安装不当及制造精度原因造成的滚道变形是常见现象，沉降后需要后期的维修保养。在回转轴承中有一类特殊的回转轴承更换，如在链斗机内部，如果拆除整个链条机构耗时耗力，所以链条所在的筒体人工维修保养门区域焊接槽钢支架，安装手拉葫芦，使链条在切割面部位通过手拉葫芦分离上下部结构，节省回转轴承的更换成本。同时，在回转轴承更换中，平面度修整很重要，可以延长新回转轴承的使用寿命。