姚(yáo)福廣

摘　要：對門座(zuò)式(shì)起重機(jī)旋(xuán)轉驅動(dòng)機構中的常見故障原因進行分析(xī)，針對其中的(de)隐蔽性故障，呆用行之(zhī)有效的診(zhěn)斷方案，如(rú)：采用電流監測器對錐盤打滑故障進行監控；引入(rù)時域波形分析(xī)和頻譜分析法對立式行(háng)星減速箱進(jìn)行故障的分析和診斷。

關鍵(jiàn)詞：門座式起重機；隐(yǐn)蔽性故障(zhàng)；錐(zhuī)盤；頻譜分析

門座式起重機(jī)主要應用于港口裝卸單件貨或散裝物(wù)件，其自身體積較大(dà)，以港口廣(guǎng)泛使用的MQ25型門機(jī)為例，其(qí)Z大高度(dù)達(dá)53.1M、重量達430T。門座式起重機主要由旋轉機構、起升機構、臂架變幅機構以及(jí)運(yùn)行機構四大機構組成(chéng)。

旋轉機構(gòu)是門座式起重機的重要工作(zuò)機構之一，它的作用(yòng)是使(shǐ)起吊的貨物圍繞起重機的旋轉中心作旋轉運動(dòng)，達到在水平面運送貨物的目的，并(bìng)與(yǔ)起升、變(biàn)幅(fú)、運行(háng)機(jī)構配合操作，把(bǎ)貨物運送(sòng)到(dào)起重機有效工作範圍内的任意地點。旋轉(zhuǎn)機(jī)構包括支承裝置和驅動機構兩大部分，其中驅動機構的原動機為立式電動機，傳動裝置由極限(xiàn)力矩聯軸器、立式行(háng)星減速箱、開式小齒輪組成。

1　旋轉驅動機構常見故障分析

1.1　卧(wò)式制動器故障

1.1.1　刹車總泵(bèng)、分泵失效

刹車泵主要(yào)故障有：漏油，由于(yú)泵(bèng)體内的皮碗(wǎn)疲勞損壞、管接頭松動所緻；壓力不足，液壓元件内有(yǒu)空氣混入所緻。

1.1.2　拖刹

在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)正常運行時，制動瓦塊與(yǔ)制動輪之(zhī)間打開間隙較小，在旋轉過程(chéng)中仍然存在制動力矩。這種現象主要是由于制動器手輪定位槽(cáo)或定位銷損壞(huài)，造成制動(dòng)臂和制動瓦塊無法正常複位所緻。

1.2　極限(xiàn)力矩聯軸(zhóu)器故障

1.2.1　聯軸器(qì)内側錐盤(pán)打滑

極限力矩聯軸器，顧名思(sī)義可以将旋轉機構傳遞的扭矩限制在(zài)一個額定範圍以内，比如M10-30型門機的極限力矩聯軸器的(de)額定扭矩為549±49N•M。聯軸器的扭矩是由制(zhì)動輪内錐面與(yǔ)錐盤外錐(zhuī)面之間的(de)摩擦力所提供的，如果其摩擦力不足就會導緻該聯軸器無法傳遞(dì)額定的(de)扭矩，使錐盤發生打(dǎ)滑。

1.2.2　彈性柱銷組(zǔ)件損壞

彈性柱銷組件中彈性(xìng)體在正常情況下的(de)使用壽命可以達到六個月左右，但受一(yī)些特殊因素的影響，會使(shǐ)彈性(xìng)體異常損壞(huài)。如(rú)果沒有及時更(gèng)換彈性體(tǐ)的話，柱銷會與柱銷(xiāo)孔直(zhí)接撞擊，從而造成柱銷和(hé)制動(dòng)輪的(de)損壞。引起彈性體損壞的主要因素有：(1)由于裝配不規範，電動機半聯軸器(qì)與制動輪的同心度達(dá)不到要求；(2)極限聯軸器發(fā)生打滑時，制動輪與(yǔ)錐盤相互摩擦(cā)産生大量的熱量，使得聯軸節的溫度急劇升(shēng)高，嚴重的可達250℃以上。彈性體在高溫、高壓的作用下，幾個工班(bān)就會失效。

1.2.3　制動輪擺動

制動輪上方軸端的緊固螺母和鎖緊墊圈松動，平面滾動軸(zhóu)承損壞(huài)，錐盤下方的大(dà)螺母松動都會使(shǐ)制動輪的軸向産生間隙從而發(fā)生擺動。

1.3　立式行星減速箱故障

1.3.1　漏油

門(mén)機(jī)在包裝件、鋼軌(guǐ)、鋼闆等人(rén)機配合作業中(zhōng)，對貨物起吊、放置位置的精确度要(yào)求很高，因此要頻繁地操作旋轉機構來做到良好的配合。使(shǐ)得立式行星減速箱受到頻繁(fán)的正反轉沖擊，從而(ér)造成減速箱箱體連接處(chù)、軸與油封配合處出現松動或出現(xiàn)間隙，出現漏油的現象。

1.3.2　齒輪及齒輪軸故(gù)障

引起齒輪故障的主要原因分為兩大類：類是由于制造和裝配如齒輪配合偏差(chà)大等原因造成的(de)故障：第二類是由于(yú)齒輪長期齧合運行而造成的故障。相互(hù)齧合的輪(lún)齒之間有(yǒu)相對的滾動和滑動，而相對滑動産生的摩擦力(lì)在齒輪節點(diǎn)兩側的方向是相(xiàng)反(fǎn)的，從而在輪齒(chǐ)上(shàng)形成脈沖式的(de)作用力(lì)。根據以上故障原因，将立式行星減速箱的齒(chǐ)輪故障分類如下：

(1)齒輪(lún)齒面磨損，故(gù)障機理是直徑大于30uM的磨料造成的磨料磨損。

(2)齒面膠合和劃痕

由于門(mén)機旋轉(zhuǎn)機(jī)構的載(zǎi)荷大，加之不良的話齒面油膜容易發生破裂，在摩擦(cā)和表面壓力的作用下産生高溫，使(shǐ)接觸區域内的金屬出現局部熔焊，形成劃痕和膠合。

(3)輪齒彎曲疲勞與斷齒

輪齒在承受載荷時，如同是懸臂梁，在齒根部受到脈(mò)沖循環的彎曲應(yīng)力作用。當這種(zhǒng)周期性的應力過高超過齒輪材料的彎曲疲勞極限時，就會在齒(chǐ)根(gēn)部引起疲勞裂紋，并逐步延伸以緻發生斷齒。此外，由于門機調整起吊位置的需要，旋轉機構頻繁(fán)地起動和制動也可能會(huì)引起斷齒。

(4)傳動軸斷裂、花鍵斷裂

門(mén)機的操作不當，尤其(qí)是門機司機“倒檔刹車”的違規操作使(shǐ)立式行星減速箱的輸出齒輪軸、花鍵受到極大的沖擊力，是發生傳動軸斷裂和花(huā)鍵斷裂的重要原因。

1.3.3　軸承磨損

由于滾動軸承的材(cái)料(liào)缺陷、加工(gōng)或裝配不當、不良、水分和異物侵入、腐蝕以及過載等原因都(dōu)有可能導緻軸承的損壞。此外，即使軸承的裝配和運行均處于正(zhèng)常狀态，在長期運轉後(hòu)軸承也會出現疲勞剝落和磨損等現象。軸承的具體故障類型?：磨損、滾(gǔn)道及附近表面塑性變形、表面腐蝕、軸承(chéng)零件斷裂、軸(zhóu)承零件膠合、保持架損壞、接觸面疲勞剝落等。

2　隐蔽性(xìng)故障的創新診(zhěn)斷方法

2.1　采用電流監測裝置監控極(jí)限力矩聯軸器(qì)錐盤打滑故障

極限力矩聯軸器錐盤出現打滑的初期，通(tōng)過耳聞、觸摸等感(gǎn)官檢查難以做(zuò)出準确的判斷。然而(ér)如果沒有(yǒu)及時發(fā)現的話，就會使故障變(biàn)得嚴重化，比如：制動輪和錐盤報廢、聯軸器彈性體頻繁損壞等。因此，我們創新引(yǐn)入(rù)一套旋轉電動機(jī)電流監測裝置對其進行監控。

裝置(zhì)原理(lǐ)：在旋轉機構起動時，如果極限聯軸器的錐盤打滑無法傳遞(dì)額定(dìng)扭矩，那麼旋轉(zhuǎn)電動機的負載也會低于正常起動時(shí)的負載。根據電動(dòng)機相電流與電動機的負載成正比(bǐ)的原理，我們可以通過電動機起動(dòng)時相電流值的大小來(lái)判(pàn)斷錐(zhuī)盤是否出現打滑。

已知(zhī)一(yī)台M10-30型門機左側(cè)旋轉(zhuǎn)機構錐盤發(fā)生打滑(huá)，旋轉電動機(jī)額定電壓為380V，額定電流為40A。在負載起動瞬間對(duì)其左右兩個(gè)電動機進行檢測發現：右側電動機的相電流(liú)值在60-75A之間；左側(cè)電(diàn)動機的相電流值在30-40A之間。以(yǐ)上檢測(cè)結果可以清楚地(dì)看出，左側錐盤打滑(huá)一側電動機的(de)相電流值比右側(cè)正常值低20-45A，符合之前的推論。電流監測裝置(zhì)由安(ān)裝在電動(dòng)機電源線上的(de)電流互(hù)感器、安裝在駕駛室内(nèi)的電流對比裝置以(yǐ)及與之配套的繼電器等元件組成。

2.2　立式(shì)行星減速箱體故障的時域波(bō)形分析和頻譜分析法

立式行(háng)星減速箱箱體是密封(fēng)的結構，通過感官(guān)無法對減速箱内部(bù)故障做出準确的判斷(duàn)，在(zài)此引入振動信(xìn)号的時域波形分析和頻(pín)譜分析的方法(fǎ)，對該(gāi)減速(sù)箱進行故障診斷。減速箱的傳動(dòng)軸、齒輪和軸承在工作時，都伴随(suí)着(zhe)振動的産生，若(ruò)發，一故障時，通常會引起振(zhèn)動的異常增大，振動信号的能量分(fèn)布發生變化。減速箱特征(zhēng)頻率(lǜ)主要包括軸頻、齒輪的齧合頻率以及軸承的内、外圈和滾動體、保持架的頻率。它們(men)和諧頻、邊頻(pín)相結(jié)合，成為對故障判(pàn)定的依據。

在我公(gōng)司一台M10-30型門機旋轉(zhuǎn)立式行(háng)星減速(sù)箱周期性異(yì)響的檢查中，采用了時域波形分析的方法對其(qí)進行故障診斷。旋轉電動機(jī)額定旋轉頻率為(wéi)11.9Hz，立式行星減速箱中(zhōng)各(gè)齒輪齒數為：高速級太陽輪z1=18、行星輪Z2：51、中心齒輪z3=120；低速級分别為Z4=20、z5=37、Z6=94。

首先，在電動機額定轉速(sù)時分析減速箱故障時域波形圖(見圖一)，可以了解(jiě)到減速箱每隔4.3s左(zuǒ)右有一個沖擊，這也和之(zhī)前感觀的判斷相吻合。

對旋轉電機軸承(chéng)、輸入與(yǔ)輸出軸軸承進行側試，測得備軸(zhóu)承處振動速度在2-3mm/s左右，依照IS02372标準可以确(què)定軸(zhóu)承的(de)振動處于良好狀态，因此可以初步确定沖擊聲不是來自軸承的振動而是(shì)來自于齒輪齧合處。

經過試驗性(xìng)計算得出以下結果：在高速級，太陽(yáng)輪(lún)和行星輪中的(de)一對輪齒重複齧合一次，需要太陽輪(Zl=18)旋轉5l圈，行星(xīng)輪(lún)(Z2=51)旋轉18圈；太陽輪旋(xuán)轉的頻率與為(wéi)11.9Hz，旋轉51圈的時間為4.28s，剛(gāng)好與測得的沖擊間隔時間4.3s吻合。通(tōng)過以上數據可以做出推斷：沖(chòng)擊異響是由于高速級太陽輪和一行星(xīng)輪齧合不良引起的(de)。在故(gù)障診斷得出結論後，我們對該減速箱進行了(le)解檢，并且也證實了以上(shàng)推斷是正确的(de)。

來源：《科協(xié)論(lùn)壇》(下半月)