港口起重机械回转轴承更换技术分析与研究

刘世兴

（广西交通运输学校，广西 南宁 530007）

0 引言

回转轴承是港口门座起重机的重要组成部分，当前主流的门座起重机基础参数约为10t-20m，能满足万吨船舶的装卸要求。现阶段海运任务量不断繁重，起重机的运行压力增加，一旦出现异响或者其他质量问题都可能造成回转轴损伤。而在上述故障缺陷发生后将会严重影响起重机的运行效率，因此需要及时更换。但不容忽视的是，拆卸回转轴承是一个复杂的作业过程，其操作难度高，容易引发安全问题，为避免意外情况发生，应积极完善轴承更换方案，这也是本研究的主要目的。

1 理论分析

在起重机结构中，回转轴承是能够承受较大综合荷载的轴承，包括承受较大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩。因此在更换回转轴承期间，应注意以下几方面问题：

（1）确定更换原因。有研究认为，在更换回转轴承前应确定轴承破损的原因，一般情况下，轴承表面磨损、破坏是结构失效的主要表现，基于轴承更换原因采取应对措施是预防类似缺陷再次发生的关键点[1]。因此建议相关人员在更换回转轴承期间可通过设备检查等方式，观察回转轴承表面有无磨损损坏问题，做到心中有数。

（2）回转轴承的自身性能也成为影响处理效果的重要因素。有学者为消除更换回转轴承后的故障缺陷，认为在安装前通过金刚砂等材料打磨，保证轴承外壳清洁、无毛刺；同时考虑到金属金刚砂纸产生的颗粒也可能污染轴承，建议考虑使用工业透明抛光垫清洁轴和壳体，然后使用轻质机油去除水分，必须在整个过程中保持轴承清洁[2]。

（3）注意鉴别更换轴承期间的注意事项，虽然现阶段回转轴承的更换技术不断成熟，但相关技术细节同样是影响故障处理效果的关键。有研究认为，轴承更换期间过多使用油脂是不利的，这是因为随着油脂数量增多，会造成油脂运行期间出现过度搅拌等问题，导致过热和过多的润滑脂清除（泄漏）；随着温度的增加，会提升轴承损坏风险；一旦轴承过热而大量挤出油脂，则会导致密封唇损坏并在相反方向“吹出”[3]。因此现场维修阶段应高度关注油脂的使用量情况。

2 港口起重机回转轴承故障原因分析

造成回转轴承损伤的主要原因包括：回转轴承自身加工问题也会导致故障发生，例如部分回转轴承在加工生产中存在质量问题，表现为支撑部位刚度不达标，因此起重机械在运行过程可能会因为受力条件改变而造成轴承变形或者开裂问题，见图1。起重机运行过程中因为轴承安装质量缺陷或者轨道质量问题而造成装置损坏，如回转轴承运行轨道不规整会导致磨损变形情况，引发回转轴承故障。滚珠与滚道在安装中存在质量问题，如二者的径向间隙偏大会导致回转轴承在正常受力条件下出现窜动的情况。

图1 轴承断裂照片

3 港口起重机回转轴承更换的关键技术

3.1 回转轴承更换前的准备工作

在现场施工准备阶段应综合考虑港口起重机的实际情况，包括拆除回转轴承时相关零部件的准备情况、行走平台支撑情况等；注意检查现场检修零部件准备情况，如2 t 手拉葫芦、200 t 液压千斤顶、500 kg液压扭力扳手等。技术人员应根据现场检测结果确定本次更换回转轴承的原因，一般可根据回转轴承运行期间的状态（如有无异常声响）或者表面磨损情况、过早失效的表现等一系列措施做出综合判断，确保能针对性消除起重机回转轴承故障。在施工前做好轴承打磨，其目的是消除构件表面的毛刺等质量缺陷，减少轴承更换后的摩擦问题。

3.2 顶升工作

当现场的油压装置测试结束后，锁紧配重梁顶油缸，并拆松上下两面连接螺栓。现场准备临时设计的顶升支座，并且在考虑现场施工方案稳定性的情况下，应确保回转轴承略有一定间隙，以装置能正常移动为标准，其最大间距为20 mm。现场施工中应配合现场监控等方法做同步顶升，坚持分步顶升到位方法，现场施工中经5 次左右的顶升操作使其高度达到设计高度。当上述结构约定期2 mm 时暂停施工应详细观察装置平衡情况并保持约5～10 min 的受压，受压结果无异常（包括实现同步抬升且无泄漏、无异响）后即可继续顶升。每次顶升至设计高度后应检测支座高度与误差，检查装置是否处于水平状态，在保证保险支座受力条件良好后即可抽出回转轴承并塞入新轴承。

3.3 新回转轴承复位施工要求

将回转轴承移放至装置上，8 个油泵同时缓慢下降，当支架与回转轴承的距离约为3 mm 时调整下支承上座，使上座螺栓对准下座螺栓（图2）。

图2 旋转支承结构图

确认对齐后即可继续下降，确保轴承结合效果良好，在确保连接螺栓紧固效果满意后即可拆除油泵，并拆除所有连接、支撑用的工字钢、角钢等。在现场维修前应认真核对需替换回转轴承的规格与型号，利用专业工具将其固定在相应位置后，避免回转轴承安装后出现松动或者歪斜等质量问题。

除此之外相关人员还应注意以下内容：

现场施工前应先将安装平台表面的垃圾物清理干净，检查轴承与基座表面有无锈蚀损伤、小凸点等质量问题，若发现存在上述问题则应该及时更换原材料。针对支撑法兰有止口的情况，应指派专业人员检查止口尺寸与根部倒角等数据是否满足技术规范。在复位施工中应注意检查支撑法兰的稳定度与刚度情况，避免轴承后期运行阶段出现变形损伤。同时为预防可能出现的法兰装置变形问题，在现场焊接时可采用机械加工的方法消除法兰内应力；而对于机械加工操作难度较高位置，则可用垫平法处理。

在现场施工中应密切关注转盘轴承与支撑法兰之间的关键性能参数，其具体技术标准见表1。

表1 轴承支撑法兰的关键参数要求（单位：mm）

在现场施工中表1 所标定的相关数据为更换回转轴承的最大值，且在180°条件下仅允许出现一次，理想状态下其数据变化应呈现出平稳上升或者波动变化情况，若发现相关数据呈现出波浪变化的情况时应分析原因，理想状态下的现场施工结构如图3 所示。

图3 转盘结构图

安装新回转轴承前应注意检查轴承安装表面清洁度情况，逐一核对关键零部件尺寸的加工精度以及外购与外协件等检查结果合格后才能装配。整个现场施工中密切关注现场清洁度情况，检查零部件表面有无飞边、毛刺或者沙砾等损伤，并且现场装配施工中应避免因为划伤或者碰撞等外力作用造成回转轴承损伤。严禁施工人员随意转动轴承，整个施工中注意通过专用吊具与工具作业现场施工。在将轴承固定在支撑法兰上后，应先检查二者的平面接触情况，若塞尺测试结果证实存在间隙，则可通过局部垫平的方法消除间隙，避免因为轴承变形而影响后期旋转。

安装阶段应注意检查转盘轴承内圈、外圈淬火软带施工质量，应确保二者的“S”位置远离荷载区；在保证齿轮啮齿精度的情况下，应随时观察啮合侧隙要求，侧隙的计算方法为（0.03～0.04）×模数（图4）。

图4 啮合侧间隙精度

转盘轴承现场施工阶段应根据轴承受力情况选择适宜强度等级的螺栓，所选原材料均应满足《六角头螺栓全螺纹》以及《六角头螺栓》等相关规定。

3.4 做好轴承安装后的检验

在回转轴承安装结束后应尽早实施设备调试，并向轴承中充填数量充足的润滑油。在添注润滑油期间应缓慢转动轴承，通过轴承转动使润滑油均匀分布。添注润滑油的量无具体的参数要求，但理想状态下应确保油脂可从密封唇位置少量溢出等。

按照上述施工方案现场调试结束后，应注意评估回转轴承的更换质量，如轴承转动是否灵活、是否与周边零部件出现相互干涉情况、有无异常声响等。现场测试结束后第二次核对齿侧间隙情况，若本次确认数据无误后即可试车运行。重新连接电源并启动设备。观察设备的运行情况，检查回转轴承是否正常工作。如果发现任何异常，需要进行相应的调试和测试，直至现场测试工作完成。

4 港口起重机械回转轴承更换期间的注意事项

更换回转轴承期间相关人员应注意以下几方面要求：在更换起重机械回转轴承期间应正确佩戴个人防护设备，如安全帽、防护手套与防护鞋等，并在进入现场后第二次核对保护设备的准备情况，避免维修期间出现严重安全问题。在更换起重机回转轴期间应先划定现场作业区，并在现场安装警示牌与警示标志，确保施工人员能第一时间远离施工现场，并严格按照施工现场管理要求保证现场清洁度，避免因为杂物而造成质量问题，并为现场维修人员提供充足的操作空间。同时在现场增添安全防护标志，详细说明更换回转轴承时可能出现的安全隐患以及潜在危险因素等，说明不合理施工操作行为对安全事故的影响[4]。正确处理回转轴承相关的电气系统。在更换回转轴承中需要大量使用电气系统，因此现场操作人员应具有丰富的电气知识，避免因为不合理操作而造成触电等危险情况发生。

5 结语

为保证港口起重机正常运行，通过完善回转轴承更换技术方案可最大限度上保证装置的运行功能。本研究结果表明，轴承更换技术具有操作简单、安全性高等优点，可满足码头日常运行要求，这也是应用、推广该技术的主要原因。而为最大限度上保证起重机械日常管理目标实现，相关人员应在深入了解回转轴承故障诱因的基础上，不断完善现场处理路径，并配合顶升施工、安装后的质量检测以及安装后检验等一系列措施提升现场处理能力，争取能进一步提升故障维修处置能力。除此之外，相关人员也应该明确回转轴承日常检修的相关注意事项，包括认真落实安全操作方案、佩戴安全防护设备等措施，最终为提升港口起重机性能奠定基础。