門座式起重機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)常見故障分析
2023-02-01姚福廣
摘 要：對(duì)門座式起重機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的常見故障原因進(jìn)行分析，針對(duì)其中的隱蔽性故障，呆用行之有效的診斷方案，如：采用電流監(jiān)測器對(duì)錐盤打滑故障進(jìn)行監(jiān)控；引入時(shí)域波形分析和頻譜分析法對(duì)立式行星減速箱進(jìn)行故障的分析和診斷。
關(guān)鍵詞：門座式起重機(jī)；隱蔽性故障；錐盤；頻譜分析
門座式起重機(jī)主要應(yīng)用于港口裝卸單件貨或散裝物件，其自身體積較大，以港口廣泛使用的MQ25型門機(jī)為例，其Z大高度達(dá)53.1M、重量達(dá)430T。門座式起重機(jī)主要由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、臂架變幅機(jī)構(gòu)以及運(yùn)行機(jī)構(gòu)四大機(jī)構(gòu)組成。
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是門座式起重機(jī)的重要工作機(jī)構(gòu)之一，它的作用是使起吊的貨物圍繞起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到在水平面運(yùn)送貨物的目的，并與起升、變幅、運(yùn)行機(jī)構(gòu)配合操作，把貨物運(yùn)送到起重機(jī)有效工作范圍內(nèi)的任意地點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括支承裝置和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩大部分，其中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)機(jī)為立式電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)裝置由極限力矩聯(lián)軸器、立式行星減速箱、開式小齒輪組成。
1 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)常見故障分析
1.1 臥式制動(dòng)器故障
1.1.1 剎車總泵、分泵失效
剎車泵主要故障有：漏油，由于泵體內(nèi)的皮碗疲勞損壞、管接頭松動(dòng)所致；壓力不足，液壓元件內(nèi)有空氣混入所致。
1.1.2 拖剎
在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)瓦塊與制動(dòng)輪之間打開間隙較小，在旋轉(zhuǎn)過程中仍然存在制動(dòng)力矩。這種現(xiàn)象主要是由于制動(dòng)器手輪定位槽或定位銷損壞，造成制動(dòng)臂和制動(dòng)瓦塊無法正常復(fù)位所致。
1.2 極限力矩聯(lián)軸器故障
1.2.1 聯(lián)軸器內(nèi)側(cè)錐盤打滑
極限力矩聯(lián)軸器，顧名思義可以將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳遞的扭矩限制在一個(gè)額定范圍以內(nèi)，比如M10-30型門機(jī)的極限力矩聯(lián)軸器的額定扭矩為549±49N•M。聯(lián)軸器的扭矩是由制動(dòng)輪內(nèi)錐面與錐盤外錐面之間的摩擦力所提供的，如果其摩擦力不足就會(huì)導(dǎo)致該聯(lián)軸器無法傳遞額定的扭矩，使錐盤發(fā)生打滑。
1.2.2 彈性柱銷組件損壞
彈性柱銷組件中彈性體在正常情況下的使用壽命可以達(dá)到六個(gè)月左右，但受一些特殊因素的影響，會(huì)使彈性體異常損壞。如果沒有及時(shí)更換彈性體的話，柱銷會(huì)與柱銷孔直接撞擊，從而造成柱銷和制動(dòng)輪的損壞。引起彈性體損壞的主要因素有：(1)由于裝配不規(guī)范，電動(dòng)機(jī)半聯(lián)軸器與制動(dòng)輪的同心度達(dá)不到要求；(2)極限聯(lián)軸器發(fā)生打滑時(shí)，制動(dòng)輪與錐盤相互摩擦產(chǎn)生大量的熱量，使得聯(lián)軸節(jié)的溫度急劇升高，嚴(yán)重的可達(dá)250℃以上。彈性體在高溫、高壓的作用下，幾個(gè)工班就會(huì)失效。
1.2.3 制動(dòng)輪擺動(dòng)
制動(dòng)輪上方軸端的緊固螺母和鎖緊墊圈松動(dòng)，平面滾動(dòng)軸承損壞，錐盤下方的大螺母松動(dòng)都會(huì)使制動(dòng)輪的軸向產(chǎn)生間隙從而發(fā)生擺動(dòng)。
1.3 立式行星減速箱故障
1.3.1 漏油
門機(jī)在包裝件、鋼軌、鋼板等人機(jī)配合作業(yè)中，對(duì)貨物起吊、放置位置的精確度要求很高，因此要頻繁地操作旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來做到良好的配合。使得立式行星減速箱受到頻繁的正反轉(zhuǎn)沖擊，從而造成減速箱箱體連接處、軸與油封配合處出現(xiàn)松動(dòng)或出現(xiàn)間隙，出現(xiàn)漏油的現(xiàn)象。
1.3.2 齒輪及齒輪軸故障
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大等原因造成的故障：第二類是由于齒輪長期嚙合運(yùn)行而造成的故障。相互嚙合的輪齒之間有相對(duì)的滾動(dòng)和滑動(dòng)，而相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力在齒輪節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的方向是相反的，從而在輪齒上形成脈沖式的作用力。根據(jù)以上故障原因，將立式行星減速箱的齒輪故障分類如下：
(1)齒輪齒面磨損，故障機(jī)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
由于門機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的載荷大，加之不良的話齒面油膜容易發(fā)生破裂，在摩擦和表面壓力的作用下產(chǎn)生高溫，使接觸區(qū)域內(nèi)的金屬出現(xiàn)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(shí)，如同是懸臂梁，在齒根部受到脈沖循環(huán)的彎曲應(yīng)力作用。當(dāng)這種周期性的應(yīng)力過高超過齒輪材料的彎曲疲勞極限時(shí)，就會(huì)在齒根部引起疲勞裂紋，并逐步延伸以致發(fā)生斷齒。此外，由于門機(jī)調(diào)整起吊位置的需要，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)頻繁地起動(dòng)和制動(dòng)也可能會(huì)引起斷齒。
(4)傳動(dòng)軸斷裂、花鍵斷裂
門機(jī)的操作不當(dāng)，尤其是門機(jī)司機(jī)“倒檔剎車”的違規(guī)操作使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(fā)生傳動(dòng)軸斷裂和花鍵斷裂的重要原因。
1.3.3 軸承磨損
由于滾動(dòng)軸承的材料缺陷、加工或裝配不當(dāng)、不良、水分和異物侵入、腐蝕以及過載等原因都有可能導(dǎo)致軸承的損壞。此外，即使軸承的裝配和運(yùn)行均處于正常狀態(tài)，在長期運(yùn)轉(zhuǎn)后軸承也會(huì)出現(xiàn)疲勞剝落和磨損等現(xiàn)象。軸承的具體故障類型?：磨損、滾道及附近表面塑性變形、表面腐蝕、軸承零件斷裂、軸承零件膠合、保持架損壞、接觸面疲勞剝落等。
2 隱蔽性故障的創(chuàng)新診斷方法
2.1 采用電流監(jiān)測裝置監(jiān)控極限力矩聯(lián)軸器錐盤打滑故障
極限力矩聯(lián)軸器錐盤出現(xiàn)打滑的初期，通過耳聞、觸摸等感官檢查難以做出準(zhǔn)確的判斷。然而如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)的話，就會(huì)使故障變得嚴(yán)重化，比如：制動(dòng)輪和錐盤報(bào)廢、聯(lián)軸器彈性體頻繁損壞等。因此，我們創(chuàng)新引入一套旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)電流監(jiān)測裝置對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。
裝置原理：在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)，如果極限聯(lián)軸器的錐盤打滑無法傳遞額定扭矩，那么旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載也會(huì)低于正常起動(dòng)時(shí)的負(fù)載。根據(jù)電動(dòng)機(jī)相電流與電動(dòng)機(jī)的負(fù)載成正比的原理，我們可以通過電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)相電流值的大小來判斷錐盤是否出現(xiàn)打滑。
已知一臺(tái)M10-30型門機(jī)左側(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)錐盤發(fā)生打滑，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)額定電壓為380V，額定電流為40A。在負(fù)載起動(dòng)瞬間對(duì)其左右兩個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)：右側(cè)電動(dòng)機(jī)的相電流值在60-75A之間；左側(cè)電動(dòng)機(jī)的相電流值在30-40A之間。以上檢測結(jié)果可以清楚地看出，左側(cè)錐盤打滑一側(cè)電動(dòng)機(jī)的相電流值比右側(cè)正常值低20-45A，符合之前的推論。電流監(jiān)測裝置由安裝在電動(dòng)機(jī)電源線上的電流互感器、安裝在駕駛室內(nèi)的電流對(duì)比裝置以及與之配套的繼電器等元件組成。
2.2 立式行星減速箱體故障的時(shí)域波形分析和頻譜分析法
立式行星減速箱箱體是密封的結(jié)構(gòu)，通過感官無法對(duì)減速箱內(nèi)部故障做出準(zhǔn)確的判斷，在此引入振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形分析和頻譜分析的方法，對(duì)該減速箱進(jìn)行故障診斷。減速箱的傳動(dòng)軸、齒輪和軸承在工作時(shí)，都伴隨著振動(dòng)的產(chǎn)生，若發(fā)，一故障時(shí)，通常會(huì)引起振動(dòng)的異常增大，振動(dòng)信號(hào)的能量分布發(fā)生變化。減速箱特征頻率主要包括軸頻、齒輪的嚙合頻率以及軸承的內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體、保持架的頻率。它們和諧頻、邊頻相結(jié)合，成為對(duì)故障判定的依據(jù)。
在我公司一臺(tái)M10-30型門機(jī)旋轉(zhuǎn)立式行星減速箱周期性異響的檢查中，采用了時(shí)域波形分析的方法對(duì)其進(jìn)行故障診斷。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)額定旋轉(zhuǎn)頻率為11.9Hz，立式行星減速箱中各齒輪齒數(shù)為：高速級(jí)太陽輪z1=18、行星輪Z2：51、中心齒輪z3=120；低速級(jí)分別為Z4=20、z5=37、Z6=94。
首先，在電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)分析減速箱故障時(shí)域波形圖(見圖一)，可以了解到減速箱每隔4.3s左右有一個(gè)沖擊，這也和之前感觀的判斷相吻合。
對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸承、輸入與輸出軸軸承進(jìn)行側(cè)試，測得備軸承處振動(dòng)速度在2-3mm/s左右，依照IS02372標(biāo)準(zhǔn)可以確定軸承的振動(dòng)處于良好狀態(tài)，因此可以初步確定沖擊聲不是來自軸承的振動(dòng)而是來自于齒輪嚙合處。
經(jīng)過試驗(yàn)性計(jì)算得出以下結(jié)果：在高速級(jí)，太陽輪和行星輪中的一對(duì)輪齒重復(fù)嚙合一次，需要太陽輪(Zl=18)旋轉(zhuǎn)5l圈，行星輪(Z2=51)旋轉(zhuǎn)18圈；太陽輪旋轉(zhuǎn)的頻率與為11.9Hz，旋轉(zhuǎn)51圈的時(shí)間為4.28s，剛好與測得的沖擊間隔時(shí)間4.3s吻合。通過以上數(shù)據(jù)可以做出推斷：沖擊異響是由于高速級(jí)太陽輪和一行星輪嚙合不良引起的。在故障診斷得出結(jié)論后，我們對(duì)該減速箱進(jìn)行了解檢，并且也證實(shí)了以上推斷是正確的。
來源：《科協(xié)論壇》(下半月)