蘇文勝^1,2　薛志鋼^1,2　熊立斌^1,2　李云飛^1,2

（1.江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院無錫分院　無錫，214174；2.國家橋門式起重機械產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心　無錫，214174）

摘　要：S區(qū)是大型回轉支承不可避免的軟肋，該區(qū)是回轉支承Z為薄弱的區(qū)域，一旦該區(qū)處理不當會造成回轉支承滾道剝落，并且隨著回轉支承的運行剝落的鐵屑會散布整個軌道，進而引起軌道的整體剝落。文中以某在用回轉支承為例，在現(xiàn)場采集故障回轉支承的振動信號，并對信號進行時域統(tǒng)計分析，預測了故障的存在，并對該回轉支承進行拆解，驗證了預測的正確性，通過對軌道硬度測試分析了產(chǎn)生的原因。

關鍵詞：門座起重機；回轉支承；軟帶區(qū)；故障

0　引言

大型回轉支承是工業(yè)大型設備關鍵零部件之一，回轉主要依靠內部滾柱/ 滾珠在軌道的滾道實現(xiàn)的，在滾柱/ 滾珠和滾道接觸方式是通過線- 面、點- 面接觸，在接觸位置會產(chǎn)生較大的應力集中現(xiàn)象，由此對滾柱/滾珠和軌道都有嚴格的加工工藝要求，一般的加工工序為鍛造→粗加工→調質處理→精加工→滾道面火焰表面淬火→滾道面磨削等工序，其中熱處理是重要的加工工藝，通過熱處理能提高材料的機械性能，同時釋放加工過程中的殘余應力。在熱處理工程中，加熱火焰噴槍和水槍安裝在一起，繞著回轉支承軌道做圓周運動，但是，在運動接近360°之前要停止熱處理工藝，因為熱工藝處理區(qū)域不能重疊，一旦重疊會使工件產(chǎn)生裂紋, 由此回轉支承內外圈必有一段區(qū)域未經(jīng)過熱處理，該區(qū)域成為軟帶區(qū)，一般軟帶的寬帶為15 mm，并有S 標志。在回轉支承安裝過程中要求軟帶區(qū)必須安裝在非主要的承載區(qū)域，一般要求將回轉支承的軟帶區(qū)安裝在垂直于俯仰動面投影線的位置。軟帶區(qū)的存在給回轉支承的安裝和使用都有一定的影響，有些學者提出了無軟帶區(qū)的熱加工工藝，但是目前該方法還處在概念設計階段，還沒有進入詳細設計階段，更沒有相應的熱處理設備。該方法與傳統(tǒng)的熱處理工藝相比加工成本比較高，并且針對不同直徑的回轉支承需要更換不同的種類的感應器，進一步加劇了加工成本。有些學者對挖掘機上的回轉支承軟帶裂紋進行了分析，該裂紋產(chǎn)生在熱處理的過渡區(qū)，通過分析發(fā)現(xiàn)該裂紋產(chǎn)生的原因是軟帶區(qū)承載后的承載失效產(chǎn)生的裂紋，并給出了預防軟帶區(qū)產(chǎn)生裂紋的建議。目前對于起重機上大型回轉支承的有關軟帶研究的論文還很少見，本文從某大型門座起重機回轉支承的故障進行分析，對該回轉支承的故障進行了預測，并對其進行拆機驗證，通過硬度測試探討了產(chǎn)生缺陷的原因。

1　回轉支承

該回轉支承位于某港口起重量為16 t 的門座起重機上?；剞D支承的型號為132.45.28000.03，外圈被固定在轉筒上，內圈和上部轉臺連接，驅動機構固定在上部轉臺上，通過外圈上的角齒驅動轉臺轉動，2 個驅動機構沿回轉支承徑向方向布置在回轉支承的兩側，當起重機開始工作時，2 套驅動機構在各自電機的驅動下同時運轉，使起重機做回轉動作，其回轉的轉速為0.25 r/min。隨著回轉支承旋轉，內圈經(jīng)過外圈的某兩個區(qū)域時產(chǎn)生異響，并且產(chǎn)生異響的位置在外圈的某個固定的區(qū)域。采集內圈上的振動信號，如圖1、圖2 所示。

由此可知該設備在外圈的某些區(qū)域振動較大。對振動信號進行統(tǒng)計分析，在正常情況下，加速度采集的信號是隨機的，其振動信號副值接近正態(tài)分布，但是一旦產(chǎn)生故障，如剝落、點蝕坑、壓痕、擦傷等，就會引起沖擊，較大的振動幅值信號就會增加，在概率密度上表現(xiàn)出其幅度正態(tài)分布廣、分布兩邊尾巴翹起的現(xiàn)象。通過對加速度信號的分析得到其概率密度函數(shù)，如圖3、圖4 所示。

利用對振動的時域特征對回轉支承的故障預測是一種常用且有效的方法，許多學者利用該方法成功地對故障進行了預測。通過對比發(fā)現(xiàn)振動信號的概率分布明顯偏離正態(tài)分布，說明該回轉支承存在故障的可能性極大。

計算兩個方向振動信號相應的時域特征值，如表1 所示。按照滾動軸承判定標準，峰值因子大于1.5 時，可?認為軸承出現(xiàn)故障。對于正態(tài)分布而言峭度系數(shù)為3，當存在故障時，振動副值較大信號的概率密度增加，導致信號副值分布偏離正態(tài)分布，故障越嚴重其偏離程度越大，如果峭度系數(shù)大于8，則認為設備已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴重的故障。由表1 ?據(jù)可知，該回轉支承存在故障的可能性極大。

2　回轉支承拆機驗證

對故障的回轉支承進行拆解，通過對拆解后的回轉支承進行現(xiàn)場拆解，拆解后發(fā)現(xiàn)回轉支承外圈和內圈均有不同程度的壓痕，回轉支承內外圈故障點如圖5 所示。其中圖5 中的1、2 是外圈，3、4 是內圈。1、3、4 是回轉支承S 區(qū)的損傷圖，1、4 都有不同程度的壓痕和表皮脫落現(xiàn)象，S 區(qū)中3 位置的損傷Z為嚴重，出現(xiàn)較為明顯的擠壓變形，并且在壓痕邊緣有明顯的有明顯的材料擠出現(xiàn)象。2 位置在距離S 區(qū)64 cm 處的外圈上，出現(xiàn)損傷帶的長度大概為80 cm，該損傷區(qū)域的表皮全部脫落，在表面出現(xiàn)Z大深度為3 mm 的剝落坑，并且在滾道的其他區(qū)域存在不同程度的壓痕，而在滾柱表面出現(xiàn)輕微的壓痕。

回轉支承的內圈和外圈S 區(qū)都有不同程度的損傷，其中內圈上排滾道出現(xiàn)較為嚴重擠壓，分別對回轉支承的缺陷位置和完好位置進行硬度測試，各點的硬度(HRC) 如表2 所示。

一般要求滾道淬火后的表面下3~4 mm 的硬度保持45~65 HRC 范圍，通過測試發(fā)現(xiàn)正常區(qū)域的硬度基本符合要求，但是在S 區(qū)的損傷區(qū)域硬度差別較大，Z大和Z小相差40 HRC，有些區(qū)域HRC 硬度無法測試( ≤ 20HRC)，出現(xiàn)差別的原因可能是回轉支承滾柱和滾道之間局部擠壓力過大，隨著旋轉滾柱往復的擠壓作用使?jié)L道產(chǎn)生局部接觸疲勞，首先在滾道表層下產(chǎn)生微裂紋，繼而引發(fā)滾道表皮的脫落；另一方面，由于滾道和滾柱屬于線面接觸，在接觸位置有較大的應力集中現(xiàn)象，且相對于滾柱滾道硬度較小，擠壓凸起部分及剝落鐵屑散布的區(qū)域，在滾柱的進一步擠壓作用下，又會造成材料局部硬化。在距離S 區(qū)65 cm 處的非S 區(qū)出現(xiàn)大面積的表面剝落，其硬度從Z大達80.5 HRC，Z小≤ 20 HRC。產(chǎn)生的原因有可能是S 區(qū)剝落的鐵屑隨著滾柱的運動進入軌道，在在滾柱的反復擠壓下產(chǎn)生接觸疲勞，使?jié)L道表面局部的表皮脫落?；剞D支承一旦局部產(chǎn)生損傷，隨著設備的運行又會促進損傷的進一步惡化，進而造成大面積的脫落，剝落的金屬碎片隨回轉支承的運轉散布在滾道和滾柱上。在滾道和滾柱的作用力下，在滾道和滾柱上都有不同程度的壓痕，此外一般滾柱的硬度比滾道的硬度大，故滾道出現(xiàn)較為明顯的壓痕。

參考文獻

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來源：《起重運輸機械》2018年第10期