回转式起重机

回转式起重机（通用7篇）

回转式起重机 篇1

摘要：起重机作为生产建设活动开展的重要组成部分, 对提高工作效率具有重要意义, 尤其是门座式起重机在港口码头作业中的应用, 与其他机械设备相比, 其应用最为广泛, 在工作性与机械结构上均具有较大的优势。其中, 支承轴承为门座式起重机关键结构之一, 决定着设备运行安全性与稳定性, 为减少其对作业效率的影响, 必须要做好故障原因的分析, 并采取措施进行优化, 文章就此方面进行了简要分析。

关键词：门座式起重机,回转支承轴承,故障分析

互转支撑轴承为门座式起重机关键构件之一, 其运行安全性决定着起重机作业效率, 需要加强对其的重视。目前港口门座式起重机回转支承结构大多为转柱式与转盘式两种, 其中转盘式稳定性更高, 并且从机械结构角度分析, 其制作更为简单。但是也经常会因为维护不当, 以及外界环境因素影响而导致其出现故障, 降低作业安全性与稳定性, 需要采取措施进行管理优化。

1 门座式起重机回转支承轴承运行原理

回转支撑轴承是门座式起重机重要构件, 并且在实际应用中种类比较多, 对于规格种类不同其所对应的安装方式也具有一定差异。并且即便是同一规格尺寸轴承, 在选择、安装上均需要做好机械承载力、轴向尺寸等因素的分析, 确保安装后能够满足实际生产需求。以滚动体类型与排列方式为依据进行划分, 主要包括单排交叉滚柱式、双排球式、单排四点接触球式以及三排滚柱式等, 起重机在作业时需要承受较大荷载, 并且工作级别比较高, 对回转支承有着严格要求, 港口作业中以三排滚柱式回转支承最为常见[1]。对港口典型门座式起重机进行分析, 三排滚柱式回转支承内圈固定在转台底部位置, 外圈则固定在圆筒门架上部, 其轴向与径向尺寸比较大, 不同滚动体传递荷载不同。同时, 利用线接触方式可以实现滚动体与滚圈的传力, 所需承载性能较高, 其具有良好的冲击与动荷载抵抗能力, 保证可以满足起重机正常作业需求。

2 门座式起重机回转支承轴承常见故障分析

2.1 设计不当故障

门座式起重机在日常作业中, 经常会因为维护不到位, 或者是违规操作而导致机械设备出现运行故障, 尤其是回转支承轴承, 其需要承受较大荷载, 一旦出现故障, 势必会对正常作业的进行产生不良影响。从构件制造、设计、安装等方面进行分析, 主要是因为回转支承安装结果误差大, 再加上制作粗糙, 在后期设备运行过程中造成滚道局部变形。并且, 连接结构刚度比较低, 决定了回转支承为整个起重机结构刚度的薄弱位置, 如果上下连接支承刚度较小, 很容易出现变形问题, 受到非正常应力影响, 甚至还会出现结构开裂与周期性弹性变形问题。另外, 安装时间隙控制不当, 或者是滚珠安装过密, 构件运行时就会受到轴向力影响相互挤压, 在局部运行阻力不断增大的同时, 滚珠间摩擦系数也会不断加大, 造成回转支承结构磨损加重[2]。

2.2 后期维护不当

主要是因为操作行为不规范, 以及后期维护不到位, 使得早期存在的隐患实质化, 造成回转支承故障。如回转支承连接螺栓崩裂或者连接结构开裂缝, 在运行早期阶段很难被有效检出, 经常会以隐藏故障的形式存在, 随着运行时间的延长, 故障程度不断加重最终造成整体支承结构变形断裂。另外, 回转支承运动磨合不佳, 构件间摩擦过大, 加剧了支承构件负荷, 长时间超负荷运行, 使得构件过度磨损而出现故障。

2.3 疲劳剥落损伤

疲劳故障是造成回转支承失灵的主要原因, 即滚道与滚动体在负载状态下相对运动。同时受交变荷载因素影响, 造成回转支承表面下固定深度产生裂纹, 然后逐渐扩散到构件表面, 最终在构件表面大片剥落而形成凹坑。一旦回转支承出现疲劳剥落问题, 会加剧支承间加冲击力, 导致机械构件运行振动加剧, 并伴有噪声, 降低了设备运行安全性与稳定性。

3 门座式起重机回转支承轴承维修策略分析

3.1 模糊数学法决策

门座式起重机各部件重要程度的判断, 具有模糊性特点, 并且需要衡量的因素众多, 不同因素间存在一定联系, 即各因素权重不同, 基于此便可以选择用模糊数学法来判断构件维修方式的决策。

3.1.1 选择评价指标体系

对门座式起重机回转支承轴承构件维修技术进行决策时, 需要从可靠性、可监测性、维修性以及经济性等角度进行分析, 并对每个性能项目进行划分, 确定为多个评价项目。如故障后替代程度、生产中重要性、设备质量稳定性、维修难易程度、备件供应情况、维修时间长短、监测设备费用、监测技术要求、维修费用、机械设备服务时间、机械设备使用情况等。一般门座式起重机回转支承构件评价, 有用两级因素集合, 即第一级性能项目集合与第二级评价项目集合, 其中性能项目为U, U={U1, U2, U3, U4, U5}。

3.1.2 确定评语等级集合

以各评价项目内容重要程度为依据, 对所有评价内容提供4 个等级评语, 评语集合为V, V={V1, V2, V3, V4}, 分别表示很重要、较重要、一般、不重要。

3.1.3 确定指标权重

引入[0, 1]区间上模糊数, 规定:越接近1 的模糊数, 项目内容越重要, 相反则越接近0 模糊数, 项目内容越不重要。以Rij表示第i个性能项目的第j个评价内容重要权重数。利用ai表示因素Ui (i=1, 2, ..., n) 对该指标相对其他各因素的重要因素程度, 其中0<=ai<1, 且∑ai=1[3]。利用aij表示因素Ui (ji确定, j决定于各性能项目) 相对其他各因素的重要程度, 其中0<=aij<1, 且∑aij=1。

3.1.4 模糊综合评判

(1) 评价矩阵。由专家小组对评价指标体系与评价集合进行打分, 统计处理后确定每个因素Uij对各个评价等级Vi的符合程度rij, 则可以得到因素Ui单因素评价箱梁Ri={ri1, ...rij..., rim}。最后组合n个单因素模糊评价向量, 得到多因素模糊评价向量B。

(2) 模糊算子。选择用“实数乘法”与“取大”法计算, 最常用模糊算子有取小取大型与加权平均型。其中, 取小取大算法只考虑最小数与最大数, 未对两者间其他数值进行分析, 所得数据利用率较低。加权计算可以保证所有数据均参与运算, 任何数值的改变均会对计算结果产生影响, 因此需要选择适合要求整体指标的场合。

3.1.5 确定评价结果

选择不同方法分析最终结果不同, 如加权平均法, 选择以bj为权数, 对每个评价因素Vj进行加权平均值作为评测意见结果。评价指标归一化后公式为:

3.2 维修技术决策结果

目前门座式起重机维修技术以计划性维修为核心, 状态维修与事后维修为辅。为提高维修效果, 需要合理确定监测测点数量, 并选择成熟监测技术, 同时还需要加深对监测数据的分析利用。

4 结束语

回转支撑轴承为门座式起重机重要构件, 为确保其正常运行, 需要对常见故障进行分析, 确定不同故障发生原因, 并结合实际情况来对维修技术进行研究, 选择最为合适的技术措施进行优化管理, 争取不断提高设备运行稳定性与可靠性。

参考文献

[1]高雨.港口大型门座起重机回转支承故障机理分析[J].中国水运, 2015, 9:66-67.

[2]王新华, 梁峻, 李光海.门座起重机回转支承声发射信号特征分析[J].起重运输机械, 2014, 10:57-62.

[3]吴邵强.港口起重机回转支承的疲劳研究[D].武汉理工大学, 2013.

回转式起重机 篇2

1. 轮齿断裂原因

门座式起重机起吊重物时,其回转支承外齿轮承受较大的轴向、径向载荷和倾覆力矩,工作条件比较恶劣,外齿轮上的轮齿容易产生磨损甚至发生断裂。

外齿轮轮齿发生断裂的原因主要有以下3种:一是安装外齿轮高强度螺栓时,外齿轮位置调整不当,造成轮齿间隙过大或过小;二是轮齿润滑不良,导致轮齿发生干摩擦或卡滞;三是门座式起重机长期超载或司机操作不规范。回转支承外齿轮轮齿断裂情况如图2所示。

2. 传统修复方法

回转支承外齿轮轮齿断裂后,传统修复方法是更换新的外齿轮。其更换方法有2种:一是使用320～600t工程浮吊船提升门座式起重机上部,二是采用千斤顶顶升门座式起重机上部。

这2种修复方法存在以下4个问题:一是吊装法和顶升法作业安全风险大;二是维修和采购费用高(维修费报价30～40万元,采购回转支承费用30～50万元);三是采购供货周期长(一般需要3～6个月);四是维修时间长(吊装法需要3～4天;顶升法需焊接顶升支座、制作滑轨,用时7～11天)。

3. 轮齿修复方法和技术要求

本公司各港口使用的门座式起重机数量众多,在修复回转支承外齿轮轮齿断裂故障时均采用更换新外齿轮的修复方法,给公司带来巨大经济损失,为此我们试行了轮齿修复技术。

(1)轮齿修复方法

对损坏、断裂轮齿的修复方法,以镶嵌和堆焊轮齿为主。这2种修复方法虽达不到更换外齿轮的精度,但是具有以下3个优点:一是修复后能够满足门座式起重机工作要求;二是修复后只改变了损坏、断裂轮齿的尺寸,因此磨合周期较短;二是修复周期短、费用低,修复过程无需占用门座式起重机泊位。

(2)技术要求

断齿修复技术要求如下:焊接表面仅允许有个别砂眼、气孔、夹渣,其直径不得超过1mm、深度不得超过0.5mm,孔眼在齿面上的分布每10cm2不得超过1个;修复的轮齿与左、右相邻轮齿间距差值不得超过0.5mm,且与左、右相邻轮齿平行。

4、轮齿修复工艺流程

(1)表面清理

为了减少焊接时出现气孔、氧化和夹渣等缺陷,保证堆焊层强度,提高焊接质量,应对轮齿损坏、断裂部位表面进行清理。可使用汽油清理油污、锈蚀和氧化物,并用棉纱擦拭干净,直至轮齿损坏、断裂部位及其周边露出金属光泽。清洗时在齿圈底部敷设石棉纸,防止起火。

(2)处理损坏的旧轮齿

对不能修复的旧轮齿使用乙炔火焰予以割除,切割时注意切割深度,避免伤及中心回转轴承,并为新轮齿安装预留焊接坡口。对可修复的旧轮齿,采取堆焊加修磨的方法进行修复,堆焊时注意留出加工余量。

(3)焊接新轮齿

旧轮齿割除完毕后再次清理切割部位,待切割部位冷却后焊接预制好的新轮齿(所用材料同外齿轮轮齿)。使用407焊条焊接焊缝,焊接时使用模具在新轮齿一侧进行定位点焊,新轮齿一侧焊接完毕后再焊接另一侧。

(4)磨削加工

焊接完成新轮齿或堆焊完成磨损的旧轮齿后,需要进行磨削加工,以达到轮齿尺寸。由于现场条件限制,我们采用砂轮打磨方法进行磨削,使用中软砂轮,先粗磨、再细磨,打磨过程中使用游标卡尺不断测量齿高、齿厚和齿宽,以使磨削出的齿形与原齿形相同。由于新轮齿强度及耐磨性基本达到要求,且现场不具备热处理条件,不必对其进行热处理。修复后的回转支承外齿轮轮齿如图3所示。

5. 修复效果

回转式起重机 篇3

关键词：施工门座式起重机,回转机构,行星齿轮减速机

施工门座式起重机是水电站施工中吊运混凝土、吊运机电设备及其他工作必不可少的高效率起重机械。该型号起重机易于维护,操作简便,是施工单位常用的起重机械之一。但是,老式的DMQ540施工门座式起重机机构复杂,很多机构是自制产品,特别是回转机构是由自制的蜗轮蜗杆减速机拖动,效率低,备件难于生产,容易漏油,不易维护。本文结合已进行改造设计成功的施工门座式起重机的回转机构,论述其优点。

1 原来的DMQ540型施工门座式起重机回转机构状况

DMQ540型施工门座式起重机大量应用在水电工程施工及其他工程施工中,基本参数如下:①额定起重量为30 t(当幅度为20 m时起吊30 t,当幅度为41 m时起吊10 t);②幅度范围为20～41 m;③起升范围为40 m;④走行机构速度为20.3 m/min;⑤起升速度为14.8 m/min;⑥变幅速度约3.8 m/min;⑦回转速度为0.75 r/min。

传统的DMQ540型施工门座式起重机回转机构(见图1)是由自制的蜗轮蜗杆减速机拖动,它的效率低,备件难于标准化生产,质量不易保证,容易漏油,不易维护、检修及更换。很多门机因为回转机构零件损坏而导致整机不能工作(因为零件难于生产加工或采购),甚至造成设备废弃。此外,这种传统的回转机构减速机不是标准化、专业化部件,而是由起重机厂家自行加工生产,质量难以保证,经常出现漏油或零件损坏情况。在机房内的漏油往往严重影响工作环境及工程施工。

注:1.电动机;2.回转齿轮机构;3.块式制动器;4.自制蜗轮蜗杆减速机。

传统的DMQ540型施工门座式起重机回转机构刹车采用电力液压制动器,制动冲击大,造成门架及臂架因为制动惯性力大而出现晃动。

2 改进设计

DMQ540型施工门座式起重机回转机构采用3组滚轮装置,在水平圆环轨道上运行,滚轮装置两侧设有水平滚轮装置顶轨道侧面用以定位;回转盘采用销轴式,回转直径为Φ6708 mm。

为了解决以上问题,笔者参考了港口门座机的回转机构,最后决定整体机构采用电动机+行星齿轮减速机+制动器的机构(立式安装,见图2),但与回转盘啮合的小齿轮则保留原有零件,小齿轮的安装方式也与原来一样,回转刹车则采用脚刹液压方式。这样的设计很好地解决了原来回转机构的缺陷。

注:1.电动机;2.脚刹液压制动器;3.行星齿轮减速机;4.小齿轮;5.加油孔装置。

(1)回转减速机采用外购的行星齿轮减速机:采用立式安装,安装过程简单,只需按照螺栓孔位置固定即可;拆卸也很方便,易于检修。电动机也采用立式安装,用螺栓与减速机固定。

(2)回转制动器采用脚刹液压制动器:操作者在司机室里脚踏刹车板机构,即可自由控制油路,从而控制回转机构的运行。刹车板机构采用通用农用车的刹车液压泵机构,便于采购和更换。刹车制动力由油管压力传出,平缓而易于控制,所以制动惯性力很小,冲击力大大减弱。

(3)经改进后的回转机构在转台上所占的位置减少,增加了转台内部空间,有利于电气装置的布置。

改进后的技术参数:①回转机构回转速度为0.75 r/min;②电动机型号为YZR250M1-8,功率为30 kW,立式安装;③输入转速为720 r/min;(④减速比为1:55.4;⑤额定输出扭矩为20 000 N·m;⑥制动器型号为TYW-300;⑦额定制动力矩为400N·m;⑧制动形式为脚踏式液压制动,附加锁紧手轮。

3 结语

某公司的2台DMQ540型施工门座式起重机回转机构经过以上的改进设计后,受到操作人员及用户的欢迎,在水电工程施工中发挥了巨大作用。

综上所述,采用改进设计后的回转机构,易于对零件进行检修、拆卸,部件实现标准化,机构部件质量大大改善。同时,操作简单,机构工作平缓顺畅,有助于起重机司机保持良好的工作状态,有利于施工项目的安全生产。

参考文献

[1]张质文,王金诺,等.起重机设计手册[M].北京:中国铁道出版社,1997.

回转式起重机 篇4

关键词：塔式起重机,回转机构,低速回转,故障

塔式起重机的回转运动, 在于扩大机械的工作范围。回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成。回转驱动装置电动机经减速器带动最后一级小齿轮, 小齿轮与装在塔机固定部分上的大齿圈相啮合, 以实现回转运动。若因机械原因或机构选型不当则会在回转过程中造成传递转矩不足, 出现回转低速档启动困难, 中、高速档速度达不到设计参数要求等故障。

回转机构低速档故障分析及排除方法:

(一) 机构选型不当

1. 电阻器的选用

塔式起重机上一般采用电动回转驱动装置, 其驱动电动机功率在塔式起重机设计时已根据回转静力阻力矩选好。电阻器是根据电动机机座号选配的。从回转主电路布置图可知, 电阻器是回转电路的主控制元件, 回转速度的速级是通过改变电阻器的值来实现。如果电阻器的阻值选大, 跟电动机功率不匹配, 则会因驱动力不足而出现低速档起不来, 中速档无力的状况。象这种故障, 可通过查看电动机型号来重新对电阻器选型。

2. 液力偶合器的选用

液力偶合器是一种液力传动装置, 用油液作工作介质, 实现能量的转换和传递。如果液力偶合器选型不当, 功率小了, 则会出现传递转矩不足, 负载达不到要求的速度。象这种故障, 可检查液力偶合器外壳是否过热, 或查看产品铭牌和电机功率是否对号来判断功率是否选小了。

(二) 机械故障

1. 液力偶合器的机械性能

由于液力偶合器的转动不灵活、有卡滞现象, 或油量不足, 不能出额定转矩, 也会出现低速无力或起不来, 中、高速达不到要求的现象。这时可查看液力偶合器外壳是否过热, 检查油量是否足够来判断。

2. 小齿轮与大齿轮啮合不良

塔机回转时, 起动时静态惯性大, 并不容易起动, 如果因为小齿轮与大齿轮啮合过紧, 需要更大的驱动力, 这时也会出现低速无力或起不来, 回转还会伴随跳动和异响现象。一是由于回转支承是用成组高强度螺栓分别与上、下支座连接的, 而上、下支座均是用钢板焊接, 若焊接产生的热效应较大, 未经合理的时效处理, 加上加工的工艺精度有问题, 使其安装平面的平面度超差, 影响回转支承安装后变形, 二是因为加工的工艺精度有问题, 使两齿轮的中心距小了或小齿轮的同轴度不好, 这样在安装回转机构时都会造成啮合不良现象。这种现象可通过观察塔机回转时是否有跳动和异响来判断, 还可通过对啮合齿打表或观察齿轮的磨损位置和磨损严重程度来判断啮合情况。这种情况必须重新对回转支座进行加工或再安装回转装置来调整啮合, 齿轮啮合时啮合间隙在20μm～30μm为理想。

3. 回转支承缺少润滑脂

回转支承是精密密闭的结构组件, 如果不注意保养、勤加油, 滚动体与滚道在失油和少油的情况下, 磨损相当严重, 摩擦阻力也会在回转起动时需要更大的驱动力, 也会出现低速无力或起不来现象。对于现国产回转支承, 在冬季应采用Ⅱ号钙基润滑脂, 在夏季应采用Ⅴ号钙基润滑脂。一般在使用中, 应每周或每工作56h, 就用油枪压注一次。压注时应转动在几个位置上进行, 不可马虎。这样会消除因滚动体与滚道的摩擦阻力而影响回转启动。

4. 上支座底板与轴承外圈连接螺栓的间距δ

外齿式的回转支承, 其轴承内圈用成组螺栓与上支座底板连接, 而轴承外圈用成组螺栓与下支座顶板连接, 装合后如图所示, 在上支座底板与轴承外圈连接螺栓顶端应存在有间距δ, 其值根据塔机各类规格型号设计而定。该间距的存在能保证在塔机上部旋转时, 上支座底板不会与外圈螺栓相干涉, 产生刮碰。如果在上支座加工时底圈板的厚度尺寸未能留按图纸加工后的余量, 或回转支承使用一段时间后, 其滚道磨大, 上支座向下陷落, 这两种情况在吊臂的偏心力偶作用下, 都会使δ的数值减小, 直至出现负值时就会产生了干涉相刮碰现象。轻度时低速起不来, 严重时塔机无法旋转。象这种情况, 若δ的间距因加工出错或回转支承滚道磨蚀后的塌陷已不到原值的30%, 应坚决加厚上支座底圈板或更换回转支承。前者原因应在产品检验时发现问题, 如后者情况, 由于在实际工作中原估计的不足, 在工作现场出现了该卡阻情况, 如后面工期已不太长的情况下, 可以采用“带病工作”的方法, 即每次吊起荷载后, 先开动小车变幅, 使前、后臂基本平衡, 此时基本消除了偏心力偶的作用, 再回转到需要的方位, 开动小车就位后下降。

(三) 结束语

塔式起重机液压回转机构的研究 篇5

1 回转机构工作特性研究

塔机的回转机构启动、制动频繁，塔机回转时需要克服自重及吊重的惯性力矩以及风阻力矩、摩擦力矩以及其他阻力矩，其中风阻力矩和惯性力矩在塔机回转力矩中占有很大比例。随着塔机起重臂越来越长，塔机所受的惯性力矩及风阻力矩均相应的增加，这样就会造成塔机的操控不稳定，尤其是在启动、停止或遇到较大的顺风或逆风时更为明显。塔机的实际使用情况表明，由于回转机构在突然打反车和突然启动或制动造成过大的冲击载荷，从而导致塔机稳定性破坏及结构与元器件破坏的情况占有很大的塔机失效比例[10]。

目前使用的塔机在回转机构方面应用以下几种技术：绕线式电动机串接可变电阻调速系统;带制动器的三速笼型异步电动机驱动机构;双绕线转子异步电动机驱动机构;装有涡流制动器的线转子异步电动机驱动机构及陀螺测速仪加变频器的RVF等。这些技术无非是调压、调频等方式对电机进行调整，只能在一定程度上降低塔机回转机构工作时的冲击载荷，没有从根本上解决塔机的回转冲击问题。为了从根本上解决塔机回转机构的回转冲击特性以及可靠性、稳定性要求，并适应塔机大型化的需要，塔机的回转机构需具有以下的特性。

1)在启动、制动、换挡的过程中，回转平稳，起、制动惯性力小以减小机械冲击。

2)在重载、轻载回转时可实现不同的速度，具有良好的调速性能。

3)使用可靠、寿命长、故障率低。

4)回转过程中能有良好的停止定位性能，非工作状态可以自由转动。

5)回转机构本身应尺寸小、重量轻。

6)传动效率高。

2 回转系统的总体方案

为了达到使回转机构的启动及制动过程都能平缓进行，避免产生急剧冲击和对金属结构产生破坏性影响，危及塔机的安全，同时能够增大调速范围，改善调速性能，增加调速挡次，设计了一套应用以多排式柱塞变量马达为主的静液压传动系统。本液压系统采用多排式轴向柱塞马达、附加各种变量控制单元和传动元件，通过使用原有泵站组成的一种三级变速的静液压传动系统所构成的塔机回转机构，其液压系统图如图1所示。

1-手动阀;2、4-电磁阀;3-多排式轴向柱塞马达

新型塔机回转机构工作原理为：由原有泵站泵油，通过软轴钢丝控制一个两位四通的手动阀1控制多组式液压马达的正转及反转，并且通过对手动阀设置适当挡位控制阀口开度的大小，控制液压油的流量，从而控制启动制动时间，使启动、制动工作平稳;通过对液压油流量的控制也可以实现塔机回转机构的制动，使整个机构无需安装制动器。通过对两个两位四通的电磁阀2、4的控制来控制多排式轴向柱塞马达3的工作排数从而得到不同的回转速度，其具体情况如下：仅当电磁阀2通电处于工作状态时，与之相对应的多排式液压马达相应的排处于工作状态使塔机工作在第一种速度;仅当电磁阀4处于工作状态时，塔机处于第二种速度;当两电磁阀同时处于工作状态时，塔机工作于第三种速度。多排式轴向柱塞马达直接驱动负载使其完成回转运动，对高速方案和低速方案都适用，这样回转机构无需变速箱。此回转机构不用安装制动器及变速箱，从而使塔机的回转机构简单、使用可靠、本身的尺寸小、重量轻。

多排式轴向柱塞马达工作压力高、能够输出较大的扭矩和功率，且工作效率高、低速工作稳定、启动效率高，更有结构简单、外形尺寸小、变量范围大、变量控制简单的优点，通过改变参与工作的柱塞排数，容易实现低速大排量、恒功率变速及“微动”功能，以多排式轴向柱塞马达为主构成的静液压传动系统本身属于柔性传动，多排式轴向柱塞马达具有合理的挡位(速度调节幅度)使整个系统调速范围宽，既能实现慢就位所需低速，又能实现轻载所需的高速，不论是加速还是减速，其速度和力矩的变化都是平滑过渡的，使塔机免受冲击载荷带来的损害，因而大大提高了塔机整机的可靠性。调速系统工作平稳也使得塔机不论是在起升机构还是在回转机构工作时，都减轻了吊臂和塔身等构件受到的动载荷,避免或减少了吊臂、塔身等构件的扭转和摆动，使塔机整机的安全性得以大大提高。

3 多排式轴向柱塞马达

轴向柱塞马达是整个静液压系统的主要组成部分，在此对其进行一下简单的介绍。

双排式轴向柱塞马达是多排式轴向柱塞马达中最简单的一种型式，其基本结构如图2所示。外壳由左端盖1、右端盖14和壳体7组成，左端盖、右端盖分别通过螺栓6与壳体7连接;缸体8装在壳体内的马达轴或泵轴17上，两者以花键相连一起旋转;在缸体8不同的同心圆周上设置多排(此处为两排)柱塞9、20，每排柱塞的直径相同且均布在圆周上，并且不同圆周上的柱塞错位布置;每个柱塞具有顶底连通的油道，其顶部有球铰与滑靴11铰接。在泵的左端设有配流盘2，通过圆柱销将其固定在缸体8和左端盖1之间，配流盘2上具有与柱塞排数相同并分别与之对应和连通的腰形油窗孔。同时，在缸体的内圈小孔里设有多个均布的中心弹簧10，它的弹簧力一方面将缸体8推向配流盘2，另一方面通过压盘钢球13和压盘18使滑靴11紧贴斜盘12;位于缸体8中心的马达或泵轴17由固定在左端盖和右端盖的圆锥滚子轴承3支撑，并在右端与半联轴器16相联;缸体与左端盖和右端盖连接处以及右端圆锥滚子轴承外设有密封圈5、15，并在缸体下部设有出油孔和油塞19。

1-左端盖;2-配流盘;3-轴承;4-柱塞销;5、15-密封圈;6-螺栓;7-壳体;8-缸体;9、20-柱塞;10-中心弹簧;11-滑靴;12-斜盘;13-压盘钢球;14-右端盖;1 6-半联轴器;17-马达轴;18-压盘;19-油塞

多排式轴向柱塞马达的工作原理与双排式相似，在图2中，斜盘12和配流盘2固定不动，柱塞9、20可在缸体8的柱塞孔内移动。当高压油经配流盘2的高压腰形窗口进入缸体8的柱塞孔内后，处在高压腔中的柱塞被顶出，经滑靴11压在斜盘12上。由于斜盘12的中心线与缸体8的中心线相交一倾角δ，故斜盘12经滑靴11作用在柱塞9、20上与斜盘12平面垂直的反作用力F可分解为两个分力：轴向分力Fx和作用在柱塞9、20上的液压推力相平衡，垂直分力Fy将使缸体8转动，从而带动马达轴17转动，并经半联轴器16输出。

4 结论

新型塔机回转机构采用多排式轴向柱塞马达、附加各种变量控制单元和传动元件，并且使用原有泵站组成的静液压回转系统。新型回转机构具有以下的技术特点。

1)速度和力矩的变化平稳，使塔机免受冲击载荷的损害。

2)在重载、轻载回转时可实现不同的回转速度，具有良好的恒功率调速性能。

3)塔机在回转过程中能有良好的停止定位性能，非工作状态可以自由转动。

4)机构结构简单，使用可靠、寿命长、故障率低，且回转机构本身尺寸小、重量轻。

5)利用原有泵站，传动效率高，成本低。

6)可提供低速大扭矩传动。

参考文献

[1]李世六,吴立楷.轴向多组柱塞式液压变量泵或变量马达[P].中国专利:99117320.1,1999.

[2]李世六,吴立楷.全液压汽车液压传动与控制系统[P].中国专利:00109984.1,2000.

[3]方建中.多排式轴向柱塞泵的关键技术研究及动态仿真[D].重庆:重庆大学,2007.

[4]卢义敏.纯水液压轴向柱塞泵的研制[D].浙江:浙江大学,2005.

[5]湛立明,陈俊伟.塔式起重机回转机构的改进[J].建设机械技术与管理,2000,(3):25-27.

[6]陈天惠,尉迟志明.PLC控制自测功能在塔式起重机上的应用[J].建筑机械化,2007,(06):21-23.

[7]尹之强,丁苏赤.塔式起重机回转机构主电路的设计[J].起重运输机械,2001,(08):3-6.

[8]李笑.液压与气压传动[M].北京:国防工业出版社,2006.

[9]左健民.液压与气压传动(第3版)[M].北京:机械工业出版社,2005.

起重机回转支承故障演化过程探讨 篇6

随着起重机械在工业生产及基础建设等领域的大量使用,起重机械安全问题日益凸显,已成为特种设备安全问题的重要组成部分[1,2]。回转支承作为工程机械的“腰”,是塔机、门座、浮吊等悬臂式起重机完成回转运动的关键部件。目前,国内外众多学者对回转支承进行了较为广泛的研究,这些研究多集中在回转支承力学性能分析[3,4]、新型回转支承开发[5,6]以及回转支承状态监测与故障诊断[7,8,9]等方面,但在起重机回转支承故障机理及演化过程等方面的研究,所取得的成果却相对有限。为提高起重机械事故预防及控制能力,促进工业生产安全健康持续的进行,本文从运动、受力、材料及制造工艺等方面对起重机回转支承进行分析,按照形成原因及发生部位对常见故障进行分类,探讨起重机回转支承早期故障及其演化发展过程。

1 起重机回转支承故障影响因素

起重机回转支承按结构形式不同可划分为单排四点接触球式、单排交叉滚柱式、双排球式及三排滚柱式等几种类型。起重机回转支承在具体结构和形式上虽千差万别,但其运动原理、受力形式、所用材料以及加工制造工艺却是相同或相似的。

1.1 起重机回转支承动力分析

回转支承是起重机完成周期性回转运动或摆动的关键部件。回转支承旋转座圈与起重机旋转部分连接,固定座圈与起重机固定部分连接,起重机借助这个特殊部件来传递总轴向载荷Gp,总径向载荷Hp以及总倾覆力矩M,同时通过回转支承上的齿圈实现旋转部分相对于固定部分的回转运动。不同类型的起重机回转支承载荷特征有所不同,但具体受力运动简图可表示为图1。

回转支承由套圈(内圈、外圈、上下圈)、滚动体、隔离块、密封圈和油杯等组成[10]。其中,连接螺栓将回转支承与起重机固定部分、旋转部分分别连接起来,是回转支承不可分割的部分。根据回转支承不同部分间受力与运动形式的不同,可以按照以下三部分进行进一步的分析。

1.1.1 连接螺栓

回转支承的连接螺栓一共两组,分别分布在内、外圈座上,以此实现回转支承的固定。由于起重机存在倾覆力矩,在完成回转运动的过程中连接螺栓受到周期性轴向交变载荷的作用,成为连接螺栓的主要作用力。此外,当起重机存在水平载荷时,连接螺栓也会承受小部分径向力的作用。

1.1.2 滚道与滚动体

滚道与滚动体是回转支承完成回转运动、承受外载的关键部位。在外载作用下,滚动体与滚道相互接触,承受非常大的接触载荷,是典型的接触问题。当四点接触球式回转支承受到轴向载荷Gp、倾覆载荷M和径向载荷Hp分别作用时,滚动体负荷分布如图2所示。

在理想运动状况下,滚动体按照一定频率滚过滚道,绕着回转支承轴线公转,与此同时,也以一定频率绕自身轴线自转,这种运动决定了滚动体与滚道上任一部位总是交替性的承受接触载荷。在实际运动过程中,回转支承所受低速重载使滚动体在滚动时,不可避免的相对滚道滑动,公转和自转频率均受到影响,滚动接触问题变成牵引接触问题[3],受力运动形式变得更加复杂。

1.1.3 齿圈

回转支承齿圈与回转电机减速器输出齿轮相互啮合,传递由回转驱动装置输出的运动和扭矩。和普通齿轮啮合一样,齿圈上的齿在完成回转运动的过程中承受周期性接触载荷的作用,是典型的线接触问题。与普通齿轮啮合相比,这种啮合所传递的力和力矩更大,在回转运动突然启动或停止的瞬间所受的冲击载荷将更加严重。

1.2 材料与制造工艺流程

1.2.1 回转支承的材料

起重机回转支承的选材原则是,先保证安全性,再追求经济性,在安全性得到保障的前提下尽量提高经济性。所谓安全性,体现在选材上是指所选材料应满足使用要求,保障使用性能。对回转支承的运动和受力进行分析发现,回转支承承受着高的疲劳接触载荷。同时,由于不同接触对的相对运动,疲劳磨损不可避免。因此,要保证使用安全性,回转支承所用材料必须具有很好的抗疲劳接触性能和抗磨损性能。而经济性,在此主要体现在两个方面,一方面是指所选材料应有充足的货源,价格较为低廉;另一方面是指材料应具备良好的加工制造性能,特别应具备良好的淬硬性、适当的淬透性以及高的回火稳定性等。

就我国实际情况,我国拥有丰富的锰资源,但铬资源却较为贫乏,国外广泛使用铬钢作为回转支承套圈用钢的情况在我国难以实行,所以我国回转支承套圈常采用50Mn、50SiMn、42CrMo、45MnV、50MnV、5CrMnMo或其他具有同等性能的材料制造,其中以50Mn、42CrMo最为常用[10]。滚动体因用材较少、材料使用性能要求更为苛刻,常采用GCr15或GCr15SiMn等制造[10]。

1.2.2 加工制造工艺流程

起重机回转支承的加工制造工艺分毛坯加工、机加工和装配3个环节,如图3所示,各工厂在加工设备、技术特长等方面的不同,在各个环节中所使用的具体工艺流程又略有差别。

起重机回转支承在加工制造过程中,不同零件所用的加工工艺流程也各有差异。套圈毛坯的加工方法主要有轧制、铸造、锻造三种,轧制由于具备获得的毛坯性能较好,尺寸准确,加工余量少,材料利用率高,价格便宜等优点在回转支承的生产中用的更为广泛[11]。轧制按照加工过程是否需要加热又分为冷轧和热轧两种工艺,这两种工艺获得的产品各有优缺点,在回转支承套圈生产中各有应用,其中,热轧工艺流程如图3所示。

套圈的机加工流程大致如图3所示。在套圈的机加工工艺中,滚道表面和齿面的淬火工艺对回转支承的使用性能有重要的影响,滚道表面和齿面不仅要有适当的高硬度,还要具备一定的淬硬层深度,若淬硬层太薄,则易产生剥落和点蚀。同时还要求适宜的过渡层和延伸层,即淬火硬度要均匀,淬硬层沿深度变化要平滑,淬硬层与心部交接处的硬度差不宜太大[12]。

滚动体的加工是回转支承制造的另一重要环节。滚珠的加工工艺路线一般为:备料-冷镦-软磨-淬火-回火-硬磨-附加回火-抛光,滚柱多采用棒料直接车成,经淬火与低温回火后,精磨并抛光。如果滚动体所用钢材原始组织不符合制造要求[13],在上述加工前还应进行相关的热处理。滚动体的淬火-回火环节对回转支承使用性能有着重要的影响,和套圈一样,淬火硬度与淬火层深度是其主要指标。硬磨-附加回火-抛光环节可以有效改善滚动体表面质量,降低使用时的接触应力,提高使用寿命。

2 故障演化过程分析

2.1 常见故障原因及分类

回转支承是起重机回转机构的核心组成部件,在起重机正常工作中扮演着重要的角色。回转支承一般采用全寿命设计思想进行设计或选用,即要求回转支承使用寿命不得小于起重机自身综合使用寿命。

全寿命设计思想虽为起重机回转支承的安全使用提供了理论保障,但实际设计、制造和使用等过程中的不确定因素,仍可能使回转支承发生各种意想不到的故障,对起重机的正常使用和操作人员的安全构成威胁。起重机回转支承常见故障按形成原因可分为3类[7]:第一类故障是由于设计、制造、安装等不当造成的,这类故障在起重机服役前就已经形成,在使用过程中突然暴露出来,造成起重设备丧失正常的工作能力;第二类故障是在服役中由于操作人员的错误操作、非正常使用或保养不当等引起的,在暴露前会经历长期的形成过程,如能采取适当的措施,可以有效的缓解故障,提高回转支承的工作寿命;第三类故障是在服役前已经产生,但不足以造成回转支承丧失正常功能,在经过一定时间的使用后,这一类故障才暴露出来,影响起重机的正常工作。

为预防起重机回转支承发生故障,建立完善的故障预防体系,有必要对起重机回转支承常见故障进行系统深入的分析,对故障发生部位、故障类型以及故障早期形式和演化发展过程等进行全面深入的认识。

2.2 故障发生部位与类型

由于受力或运动、选材或加工制造工艺等方面的差异性,起重机回转支承不同部位均有可能发生故障,从而影响起重机的正常工作。起重机回转支承常见故障一般发生在连接螺栓、滚道与滚动体以及齿圈这3个部位,通常表现为:

(1)连接螺栓:螺栓松动、螺栓裂纹、螺栓断裂;

(2)滚道与滚动体:疲劳剥落(主要故障)、擦伤与磨损、钢球碎裂、结构变形、轨道阻塞;

(3)齿圈:齿的断裂、齿的磨损、齿面疲劳、齿面擦伤与划痕。

除上述3个部位易发生各种常见故障外,隔离体、密封圈以及油杯等也是回转支承故障发生的可能部位,这些部位故障的发生通常不会立即影响回转支承的工作,但如不采取相应措施进行控制和修复,将会导致回转支承发生更为严重的二次故障,最终影响起重机的使用。

2.3 故障的早期形式

早期故障具有两方面的含义,一是指处于早期阶段的故障、微弱故障或潜在故障;二是从物理意义上讲,某一故障是另一故障的早期阶段[14]。本文在分析回转支承故障演化过程时并不做这样的区分,认为早期故障在演化发展过程中主要按两种方式进行,并由此将早期故障分为两类。

第一种早期故障在演化发展过程中总是以一定的形式发展,只不过在量上或严重程度上经历一个由少到多、由轻微到严重的过程。这类故障不会发生故障类型的改变,在起重机回转支承中较为典型的是磨损类故障。第二类早期故障在演化过程中不但会发生故障程度的加深,而更重要的是会发生故障类型的转变。这一类故障在起重机回转支承中较为典型的是早期微裂纹,其早期以裂纹的形式存在,但最终却以疲劳剥落或其他形式影响回转支承的正常使用。

按照上述对早期故障的理解,回转支承常见故障的早期形式主要以两种方式表现出来:一是早期微裂纹,二是早期轻度磨损。

2.4 故障演化过程

2.4.1 连接螺栓故障演化过程

起重机回转支承连接螺栓承受着巨大的疲劳载荷,若在设计、制造、安装和使用等环节没有充分考虑到这一点,将有可能发生疲劳失效,出现裂纹或断裂;若在安装中预紧力不够,或经常过载使用等,还易造成螺栓松动,这类故障演化过程如图4所示。

2.4.2 滚道与滚动体故障演化过程

滚道与滚动体承受着高强度的接触疲劳载荷,是起重机回转支承故障的易发区域。疲劳剥落、钢球淬裂、磨损类故障以及滚道阻塞等常见故障时有发生,其演化过程如图5所示。

2.4.3 齿圈故障演化过程

齿圈是传递回转驱动转置运动与载荷的关键部件,不但承受高强度的接触疲劳载荷,还时常受到冲击载荷的作用。加之材料、制造工艺等方面可能出现的各种初始缺陷,齿圈故障不可避免,齿面疲劳、齿面磨损、齿的断裂等故障演化过程如图6所示。

3 结论

通过对起重机回转支承故障影响因素及常见故障演化发展过程进行分类分析,得到以下主要结论。

(1)起重机回转支承特殊的运动和受力形式是故障产生的根源,材料本身及加工工艺中所产生的缺陷是起重机回转支承故障产生的直接因素。

(2)起重机回转支承常见故障大都发生在连接螺栓、滚道与滚动体以及齿圈这三个部位。按照故障形成原因又可分为三类,对这些故障的演化过程进行深入分析有助于起重机械事故的预防。

回转式起重机 篇7

1. 塔机伴随响声停止回转

(1)故障现象

1台F023B型塔机作业过程中做回转动作时,伴随着“当”的一声,回转动作突然停止。

(2)原因分析

分析认为,该塔机回转动作突然停止时发出的声音比较沉重,很可能是其回转机构机械传动装置出现故障。该塔机回转机构机械传动装置由电动机、传动胶带、制动器、减速器(2台)、小齿轮、大齿圈等组成,其发生故障的原因可能有以下3个方面:一是传动胶带断裂,二是减速器出现故障,三是大齿圈出现故障。

(3)排除方法

询问该塔机司机,得知该塔机此前也发生过类似响声,但响声过后仍可回转,外观检查未发现问题。根据该塔机司机对故障的描述和回转机构机械传动装置结构,我们认为由于此前1台减速器损坏后未修复,此次另1台减速器又损坏,因此该塔机无回转动作。

根据减速器结构,判断其二级减速齿圈定位销可能断裂,造成减速器空转和塔机无回转动作。该减速器二级减速齿圈依靠8个圆柱形定位销和6个弹性销与外壳固定在一起。若8个定位销和6个弹性销全部断裂,减速器就会发生空转,造成该塔机无回转动作。将该塔机减速器一、二级减速零件逐步拆下来,发现确实是二级减速器齿圈定位销和弹性销全部断裂。

将2台减速器解体,将断裂的齿圈定位销和弹性销取出,发现有部分齿圈定位销座孔已经失圆。齿圈定位销座孔位于减速器下部外壳上,该座孔失圆后需更换新减速器外壳。由于厂家没有减速器外壳,我们就修复磨损的座孔。

将减速器外壳齿圈定位销座孔修复后,清洗减速器零部件,更换新的齿圈定位销和弹性销,采用环氧树脂将齿圈定位销与减速器外壳上修复的座孔粘在一起。将2台减速器修复并装复后试机,该塔机回转动作恢复正常。

2. 塔机无响声停止回转

(1)故障现象

1台F023B型塔机作业过程中,回转动作突然停止,且未发出响声。

(2)原因分析

分析认为,该塔机回转动作突然停止时未发出响声,很可能是其回转电控系统出现故障。该塔机回转动作由2台回转电动机驱动,主电路采用接触器控制,辅助电路由继电器控制。在回转机构机械传动装置正常前提下,若1台回转电动机烧毁时,另1台回转电动机仍可驱动塔机回转。该塔机回转电动机和回转电控系统出现故障的原因主要有以下6个方面:一是回转电动机烧毁,或其碳刷断裂产生短路,以及碳刷磨损造成其与滑环产生断路;二是制动器电磁线圈烧损,造成制动摩擦片抱死不能解除制动;三是电子组件损坏或其保险烧断;四是控制回转的接触器损坏;五是控制回转的继电器损坏;六是回转主令控制器(主令开关)电器部分接触不良。

(3)排除方法

若回转电动机烧毁,往往是其负载过大、三相电源线缺相或接线产生短路造成。回转负载过大、回转电动机三相电源线缺相,均会造成电动机烧毁,此时应立即停机排查。碳刷断裂极易发生短路,应采用高质量碳刷。碳刷应及时维护,更换磨损过多的碳刷。

若制动器电磁线圈烧损,应检查该电磁线圈。检查时接通被检查电磁线圈的电源,用螺丝刀检查电磁线圈是否对螺丝刀产生吸力,若有吸力,说明该电磁线圈未断路,否则是电磁线圈断路,应更换新电磁线圈。还应检查制动摩擦片磨损情况,必要时更换新件。

若电子组件损坏或其保险烧断,应更换电子组件或电子组件里的保险管。如果控制回转的接触器、继电器损坏,应更换新件。回转主令控制器接触不良,应进行调整、更换触头或主令控制器总成。

经检查,发现该塔机1台回转电动机碳刷断裂并与外壳搭铁。取出该回转电动机断裂的碳刷并安装新碳刷后,检验该回转电动机工作正常。随后我们将以前烧毁的另1台回转电动机修复后试机,该塔机回转动作恢复正常。

3. 门式起重机无响声停止回转

(1)故障现象

1台MQ600D型门式起重机在回转过程中,突然停止回转动作,且未发出响声。

(2)原因分析

分析认为,该门式起重机回转动作突然停止时未发出响声,很可能是其回转电控系统出现故障。该门式起重机电控系统由回转变频电动机、主令控制器(主令开关)、PLC控制器、交流接触器等组成,故障原因可能有以下5个方面:一是主令控制器(主令开关)经长期使用,触头磨损造成接触不良;二是PLC控制器回转触点长期使用后,产生氧化;三是交流接触器触点长期使用后产生氧化、烧灼;四是回转制动器损坏、制动摩擦片抱死;五是回转中心集电环受潮。

(3)排除方法

若主令控制器(主令开关)触头接触不良,应调整主令控制器(主令开关)、更换板杆或主令控制器(主令开关)总成;若PLC控制器回转触点氧化,可将控制回转的PLC控制器触点拆下,用水砂纸打磨后装复;若交流接触器触点长期使用后造成氧化、烧灼,可用水砂纸打磨交流接触器触点,调整触头或更换整个交流接触器;若回转制动器损坏,应更换新件;若制动摩擦片抱死,则可能是电磁线圈断路,应更换新的电磁线圈;若回转中心集电环受潮,应烘烤或更换中心集电环及碳刷。