张海滨

（鄂钢原料厂）

　　摘　要：本文针对斗轮取料机回转支承常见的噪音增大、产生异常冲击、负荷变大等异常现象及滚道磨损、滚动体破裂等造成回转支承损坏的问题，从安装技术、使用维护及润滑等方面进行原因分析，进而采取改进措施，提高回转支承的使用寿命，减少故障时间，满足生产需要。

　　关键词：斗轮取料机；回转支承；故障分析；改善措施

　　1　前言

　　鄂钢原料厂（下称我厂）斗轮取料机的回转支承（型号：LYC1797/2500K）用以支承取料机的上半部分，是上部工作机构旋转的关键部件，因其直径大且位于构件内部，工作中出现缺陷或故障不易查明原因，加之检修难度大、费用高，在其技术状态和劣化倾向不严重的情况下，一般采取加强日常点检、维护的方式继续使用，但这会使缺陷或故障趋势加剧，容易造成回转支承及其传动装置损坏，影响生产，造成较大的经济损失。

　　回转支承出现故障表现为噪音增大、产生异常冲击、传动功率突然增大等。本文从回转支承常见的异常现象入手，分别从安装、使用维护和润滑等方面进行分析，查找故障原因并采取相应的技术措施，达到延长回转支承的使用寿命，提高使用效率和经济效益。

　　2　结构简介

　　我厂使用的回转支承由洛阳轴承厂制造，主要由外圈、内圈和滚动体构成（如图1），其外径为3258mm，内径为2500mm，高度为260mm。外圈加工有齿，传动齿轮与其啮合周向转动，内圈由上环和下环组成，用来支承取料机的上部工作机构并进行旋转；108个短圆柱滚子滚动体相互交叉90°排列在内外圈的滚道上，滚道平面与水平成45°角。安装时，外圈用36根M36高强度螺栓固定在取料机的支撑平台上，内圈由36根M36高强度双头螺柱和取料机的上部回转工作部分连接。

　　3　故障原因分析

　　取料机工作中，回转支承容易发生滚道磨损、滚动体破裂、内外圈局部接触摩擦、轮齿磨损和崩裂等故障。引起回转支承故障的原因是多方面的，概括起来主要是回转支承质量及其安装、受倾覆力矩影响及润滑不良等3个方面。

　　3.1回转支承质量及其安装

　　安装质量和安装精度是回转支承能否正常使用，使用后能否达到设计使用要求的重要保证，直接影响回转支承的使用年限和大修周期。

　　1）安装前回转支承存在质量缺陷

　　构成回转支承的内圈和外圈直径大，环体又窄又薄，制造、运输、存放等都可能造成回转支承的变形缺损等缺陷。

　　2）安装后回转支承产生变形

　　回转支承安装后，其端面与支撑平台紧密贴合，如果支撑平台的平面度误差超过许可值，将造成回转支承的变形，引起运行不稳定，易产生噪音、冲击或使工作负荷变大。

　　3）回转支承内外圈的淬火软带区容易损坏

　　回转支承内外圈的滚道均采用感应淬火的热处理工艺，都有一段淬火软带区，软带区的强度和硬度较弱，容易损坏。

　　4）螺栓拧紧力不当造成螺栓松动和损坏

　　拧紧螺栓时，如果预紧力不足，在振动、交变载荷和冲击载荷的作用下，联接可能松动，影响回转支承的正常工作，甚至还会造成设备事故；预紧力太大又易使螺栓损坏。

　　5）齿轮啮合精度存在误差

　　齿轮啮合精度存在误差，会使工作齿面的接触应力产生集中，轮齿磨损加快，容易损坏。回转支承的轮齿损坏和严重磨损，需整体更换回转支承。

　　3.2受倾覆力矩影响

　　回转支承在使用过程中要承受轴向载荷Fa，径向载荷Fr以及倾覆力矩M的共同作用（如图1），其承载角为45°。在重载负荷下，如果倾覆力矩过大，会使回转支承内圈受力大的部位向下偏移，造成回转支承内外圈的几何中心线发生倾斜和径向偏移，影响运行的稳定性。如果倾斜和偏移超过允许范围，回转支承的技术状况会急剧恶化致使回转支承报废。因此，减小倾覆力矩对回转支承的影响意义重大。倾覆力矩的产生是由于取料机回转支承上各方向的受力分配不均衡造成的，造成倾覆力矩过大的原因主要有以下方面：

　　1）悬臂的重量增加

　　在多年的使用、维护和检修过程中，我厂在取料机悬臂网格走道上增加了花纹钢板，制作了检修平台以及钢结构的加强、加固等检修安全防护设施，加之取料机的实际取料量大大超过设计能力，悬臂皮带上运载的物料比设计时增加，从而增加了悬臂的重量，增大了倾覆力矩。

　　2）取料机行走不稳定

　　由于轨道基础下沉，轨道、行走轮磨损、台车变形和铰轴、轴孔磨损等缺陷，取料机行走时产生振动、冲击，导致取料机行走不稳，回转支承承受的倾覆力矩瞬间增大或减小。

　　3）技术改造改变了受力平衡

　　1997年6月，我厂对取料机的回转传动装置进行技术改造时，拆除了取料机正后方的直流电机、发电机及1套减速传动装置（约4200㎏），取料机尾部的重量减轻，也增大了倾覆力矩。

　　倾覆力矩在工作中引起回转支承承载压力分配不均衡，承重部分运动副受挤压、摩擦发热严重，容易造成回转支承和安装平台的变形。

　　倾覆力矩容易造成回转支承的内圈向一边偏移，引起回转小齿轮与大齿圈的回转中心不同心（如图2，O是大齿圈的几何中心，是设计的回转中心，O₁是内圈偏移后小齿轮的实际回转中心），造成回转小齿轮和大齿圈齿侧和齿顶间隙减小，齿轮啮合精度降低。

　　滚动体在锥形滚道上滚动时，存在一定的滑动和窜动造成的内摩擦。倾覆力矩引起内圈倾斜后，不同滚动体在滚道上的位置、相互运动的形式以及压力的大小，在运转过程中发生变化；滚动体沿其轴线滚动的同时，在滚道上无规律的滑动和窜动增大，不同部位滚道、滚动体的受力状态、接触应力不相同，易造成滚动体表面剥落、刮伤和破裂以及滚道磨成深坑等缺陷，从而引起回转支承的运行不稳定，造成噪音增大、产生异常冲击和负载变大，甚至使回转支承报废。

　　回转支承内外圈之间及密封环的间隙较小，内圈、外圈的轴心线发生倾斜，内圈、外圈的表面会产生接触，相对运动时发生摩擦，造成磨损、噪音和负载变大，而且磨损物极易进入滚道内和润滑脂混合，加剧滚道和滚动体的磨损。内外圈严重倾斜时，还会出现内外圈端面局部接触，回转支承因摩擦阻力过大，造成回转支承无法正常运转的设备事故。

　　一般情况下，回转支承和回转减速机的安装误差保持在允许偏差范围之内。但在运行中，生产载荷和倾覆力矩引发的附加载荷过大，会造成回转减速机固定机架的变形和位移，从而影响齿轮的啮合精度，降低齿轮的使用寿命。

　　3.3润滑不良

　　通过对损坏回转支承的解体检查，发现回转支承存在油道堵塞，润滑脂变质和没有润滑脂的现象。相关资料表明，在正常的润滑条件下，滚道和滚动体的摩擦系数在0.001～0.003之间，而缺油或处于干摩擦状态时，其摩擦系数可达到0.18～0.45。可见，润滑不足时，回转支承的运行阻力极大，运转不灵活，机械磨损加快，对回转支承的使用寿命影响重大。

　　1）润滑脂发生变质

　　回转支承长期在重载极压的工况下工作，滚道表面易形成局部高温区域；同时，润滑脂受到滚动体机械搅动和剪切作用稠度降低，容易发生变质和稀释流失；另外，摩擦产生的金属微粒、外部进入的杂质和凝固、变质的润滑脂混合在一起，受到外力挤压，变稠、变硬，破坏润滑，堵塞油路，加速磨损。

　　2）润滑脂混入杂质

　　取料机的截取对象是露天堆积的矿石，其工作环境恶劣，粉尘和磨损产生的金属粉末等杂质极易进入润滑，使回转支承的运动副处于磨损的润滑状态。

　　4　改进措施

　　以上对回转支承的故障形成原因进行了分析，下面拟就提高安装质量、减小倾覆力矩、改善润滑3个方面提出改进措施。提高安装技术质量）使用前进行质量检测。

　　4.1提高安装技术质量

　　1）使用前进行质量检测。

　　使用前对照使用说明书的技术要求进行配合间隙、变形量、齿面硬度、滚道和滚动体表面硬度等技术指标的检测，只有备件达到技术质量要求，方可接货、安装。

　　2）回转支承端面与支撑平台的贴合达到技术要求。

　　安装前，回转支承安装基准面和支撑平台的安装平面必须清理干净，并检测支撑平台的平面度。检测的方法可以用特殊检测仪器，也可以直接将新支承放置在平台上，用塞尺检测贴合平面，如果贴合平面的间隙大于0.2mm，则需要采用填塑或局部垫片的措施进行充实。

　　3）合理布置各滚道的淬火软带区

　　安装时，应将内圈上下环的滚道淬火软带区错开40°固定后，分别与外圈的滚道软带区成160°安装。这种安装方式，使取料机在135°工作范围内旋转时，各软带区不会同时在单个滚动体上受力，可以有效延长回转支承的使用寿命。

　　4）适当的预紧力和预紧方法

　　按照取料机设计规定的预紧力，在180°方向上对所有螺栓对称地连续拧紧2～3遍，在运转100～120小时后，再进行2次拧紧，从而保证所有螺栓有相同的足够预紧力；另外，为了避免应力集中造成螺栓的损坏，不得使用弹簧垫圈。

　　5）齿轮啮合精度符合技术要求

　　安装时，要保证回转减速机小齿轮与回转支承大齿圈有正确的齿侧间隙和接触位置，使工作齿面接触应力均衡，磨损量小且均匀，避免因轮齿的损坏影响回转支承的使用寿命。

　　4.2减小倾覆力矩对回转支承的影响

　　1）增大齿轮传动的中心距

　　取料机在生产中，回转支承内圈的几何中心容易产生偏移，在不进行拆除检修的情况下，很难将回转支承恢复正常。而小齿轮沿大齿圈周向转动到啮合间隙过小部位时，会产生啮合故障。如果要在回转支承内圈产生偏移的情况下消除轮齿的啮合故障，可以利用齿轮传动的可分离性（即相互啮合的一对齿轮，中心距稍有变化时，对传动没有影响），把大小齿轮的中心距比设计要求增加1.8～2.5mm，也可以把回转减速机与机架的固定连接环加工为偏心环，通过整体移动减速机的办法，增加齿轮传动中心距以解决轮齿的啮合故障。

　　2）采取措施减轻悬臂的重量

　　为了减轻回转支承承受的压力和倾覆力矩，把取料机回转支承上部特别是悬臂上的异物、无实际用途的机件进行清理；同时，定期清除斗轮取料部分积矿，把斗轮体的结构由辐板式改为辐条式，以减轻斗轮体的重量，达到减小倾覆力矩的目的。

　　3）增加配重减小倾覆力矩

　　图3中，根据力偶等效定律

　　当G合×L₂≠G×L₁时，就产生了倾覆力矩M，

　　即：G合=G₁+G₂+G₃　（1）

　　　　M=G合×L₂-G×L₁　（2）

　　从式（1）、式（2）可以分析出，改变各分力的大小可以改变倾覆力矩的大小。2008年6月，2^#取料机出现噪音、冲击，回转减速机固定螺栓经常性松动等异常现象时，通过现场检测回转支承内圈密封环与外圈上端面的间隙，发现回转支承内圈因倾覆力矩过大发生了倾斜。经过研究分析，决定在固定配重上增加约9000kg的重量，增加配重运行1周后再次检测，Z小处间隙增加了0.55mm，运行噪音和异常冲击明显减弱，达到预期效果。

　　4）减小运行冲击载荷

　　轨道基础下沉或高低不平，要及时用钢板调整垫平钢轨，对磨损和损坏的轨道、行走轮等及时更换。如果生产节奏不紧张，尽量用慢速行走调车，避免取料机行走的冲击、振动使瞬间倾覆力矩过大，造成回转支承的损坏。

　　4.3改进润滑

　　1）选择合适的油种

　　选用机械安定性与胶体安定性好、针入度适中的1^#脲基脂替代以前使用的3^#锂基脂，回转支承的润滑状况得到较大改善。从表1可以看出，脲基脂的性能优于其它常用润滑脂。

　　2）严格执行给油脂标准为保证润滑效果，我厂回转支承的润滑除严格执行润滑“五定”原则外，还制定了专门的管理措施，不定期进行专项检查；同时，定期检查齿面、清除杂物，并涂以适当的润滑脂，确保润滑效果。

　　3）定期检测和更换油脂为保证定期对油脂进行检测和更换，我厂采用钢丝插入油道、用电动压水泵加柴油高压冲洗、自制多点滴油装置相结合的方法排除旧脂，利用多点电动油泵和脚踏油泵交替使用注入新脂，实践表明，上述方法可以有效达到疏通油路和改善润滑的目的。

　　5　结束语

　　回转支承是斗轮取料机的主要负载部分，属关键部件，它的使用性能和精度对设备运行、安全生产以及维修费用会产生极大的影响。因此，在采取系列预防、改进措施的同时，还必须从备件购置、使用维护及润滑等方面建立严格的管理标准，对其实施重点管理，以达到提高使用效率及降低运行成本的目标。