摘   要：40t-33m特大型门机是天津港引进的第一台门机，该门机不论是整体结构的设计，还是零部件配备、电器控制和节能技术等方面都为当时国内港口最先进的门座式起重机。然而，在使用200多小时后，该轴承出现了两次损坏，严重影响了生产作业。本文就故障的分析及解决方法进行论述。

        关键词：门机臂架；轴承损坏；解决措施

        天津港于1999年底引进了第一台40t-33m特大型门机。该门机不论是整体结构的设计，还是零部件配备、电器控制和节能技术等方面都为当时国内港口最先进的门座式起重机。该机自重430余吨，吊钩作业最大提升高度可达轨上28米，抓斗作业最大提升高度可达轨上18米，变幅幅度为10~33米，额定起重量40吨。
        在该门机四连杆机构的设计中，为了结构紧凑、鹅头移动保持更好的水平度，设计者为臂架与象鼻梁铰点选用了GE200ES-2RS型关节轴承。这种轴承具有承载力大、结构简单、体积小、使用寿命长等特点，门机投入使用初期效果很好。然而，在使用200多小时后，该轴承出现了两次损坏，严重影响了生产作业。本文就故障的分析及解决方法介绍如下。
         一、故障现象及分析
       （一）故障现象。门机在重载变幅动作时,臂架系统发出刺耳的啸叫声音，臂架箱体伴随抖动和共鸣。经过公司和生产厂家技术人员的共同检查确认，声音是从臂架关节轴承处发出的。经初步分析，大家认为声音是关节轴承润滑不良造成干磨而引起的。
       （二）原因分析。大多数轴承损坏的原因除润滑不良外，还包括承载能力不足超负荷等外界因素。为此我们从这几个方面进行了分析：
        1、超负荷：经过计算，该关节轴承部位所承担的最大负荷约为 1975kN，而该轴承额定承载能力为10600KN。由此可确定，该轴承的损坏与负载过大无关；
        2、非正常冲击或管理不到位：该门机开始使用至轴承损坏过程中，时间较短，期间没有出现过可能导致轴承损坏的因素，如非正常冲击或长时间不予润滑等情况。由此可以确定，并非意外因素或管理不到位造成轴承损坏；
        3、润滑情况：门机的润滑系统采用的是“上海五丰电液成套工程有限公司”设计的干油集中润滑系统。
        ①系统结构：该系统将门机分为臂架系统（大臂与象鼻梁）、人字架系统、旋转大轴承三部分进行交替润滑（每部分有两个总管路）。此关节轴承为门机大臂与象鼻梁连接铰点，并与臂架系统其他各铰点轴承（滚柱式）并联在臂架系统的两条输油总管上。
        ②工作原理：集中润滑油泵给臂架系统打油时，是按照次序逐个给臂架两路总管中一侧的各点打油，直至此一路所有双线分配器（注油阀）全部动作到位。同时，该路总管内压力上升并超过另一路总管5公斤时，两路总管头部的压差开关动作，控制系统自动断开此路并转给另一路总管打油，直至此路并联的各注油点的双线分配器全部动作为止。该管路压力上升至两管路压差达到5公斤时再次转回第一路，结束一个循环。这种工作循环直至达到该路润滑系统设定的工作时间停止。
        从轴承损坏现象和润滑系统工作原理两方面分析，可确定主要原因是润滑不良造成的。
       （三）拆检分析
        根据上述分析，我们首先对该轴承进行了人工加油。加油后，震动和噪音消失。继续实验一小时左右又再次出现异响。我们又对集中润滑系统进行了仔细检查，没有发现异常。然而，在继续使用后仍然出现震动和噪音，而且没有减小迹象。为此，我们决定对该轴承进行拆检分析。
        第一次拆检：
        1、拆检后发现，关节轴承外领内壁面在安装状态时的下端面有圆弧角为30～40度左右的几道划痕；
        2、该轴承的轴下端面（在安装状态时）有圆弧角为180度左右的磨损痕迹，沿轴向形成突肩。磨损区宽度与关节轴承内领宽度相同，突肩最大高度约为3～4mm。
        根据以上现象和对轴承及轴体润滑孔道结构进行的分析，初步认为造成磨损的原因有三个：     
        第一、轴承及轴体油路本身有缺陷，造成润滑脂难以到达承压面（轴承及轴结构见图1）；

图1

        第二、加油时间过短，润滑不够充分；
        第三、在安装时轴体孔道内未做彻底清理，留有加工残留物。
        根据以上情况，我们采取了如下措施：
        首先、对轴进行修复和清洗，更换新轴承；
        其次、要求门机司机作业中每隔8小时加一次油。
        采取以上措施工作几十小时后，再次出现了干磨异响现象。为此，又进行了第二次拆检。
        第二次拆检：
        这次检查结果与上次完全相同。通过仔细分析我们发现：
        1、关节轴承内外领承压面几乎没有润滑脂，而在非承压面却有较多油脂并从非承压面最上端溢出轴承。说明油脂在进入轴承承压面前就已经被挤出轴承；
        2、在轴承内领与轴的上端面之间有很多油脂。
        经过分析图纸我们还发现，该轴承外径加工尺寸为200h7,与关节轴承内领为负偏差。从拆检结果我们断定，损坏过程如下：
        在润滑系统工作时，润滑脂沿油道进入关节轴承内油槽后，大部分进入非承压面，并从轴承两端溢出。仅有极少量油脂进入承压面内的油槽（轴承油槽结构见图2），但因承压很大、间隙过小，无法均匀分布到摩擦面，所以首先造成局部干磨，当温度较高时出现轴承内外领“抱死”现象。

                                                                 图2 
        当关节轴承“抱死”后，由于轴承内领与轴之间为负偏差配合，油脂从轴上的出口进入轴与轴承内领之间空隙，从而造成轴与轴承内领之间形成“轴承”的现象。由于轴上油槽与轴承内外领之间油槽相同，且仅是沿径向圆周有一道10mm宽的油槽，在滑动过程中不能充分分布油膜，造成轴的磨损。当磨损到一定程度时，金属屑进入摩擦面使磨损加剧，产生剧烈震动和噪音。
        二、解决措施
      （一）措施
        1、 修改轴承油道。 鉴于轴承油槽结构难以将油脂均匀分布，我们对新轴承进行了修改，即沿轴承轴向在轴承外领内表面，均匀加工出6道宽4mm深2~3mm的油槽与其原有的径向油槽相通，使油脂能更加容易地进入承压面区域（见图3）；

  图3  轴承外领油槽改造示意图

        
        2、加大轴径公差，增大轴的摩擦阻力。将轴重新加工，使其与轴承内领之间为过盈配合，公差为+1，使油脂难以进入内领与轴接触面，增大摩擦阻力；
        3、设置独立润滑系统。由于频繁使用集中润滑系统加油，造成臂架其他铰点轴承油脂过多，既造成不必要的浪费，又造成设备的污染。为此，我们为关节轴承重新安装了一个独立的手动润滑装置，与集中润滑系统管路断开。要求每班次作业中由司机进行一次3~5分钟的加油。
       （二）效果
        通过采取以上措施，该轴承工作正常，臂架系统工作十分平稳，异响和震动全部消失。该门机运行至今已连续使用两年多，作业量累计达200多万吨，没有出现任何异常。2001年，我公司新定购并投入使用的40t—33m门机（4#门机），在图纸审核中我们借鉴了改造经验，对原设计进行了修改，实际应用效果良好。该项故障的解决也为天津港其他公司购置同类大型门机以及生产厂家完善设计积累了很好的经验。