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轮斗挖掘机主回转轴承维修与更换

作者: 马师傅

发布时间: 2020-04-30 16:15:07

1轮斗挖掘机采掘工艺简介

神华准格尔能源有限公黑岱沟露天矿轮斗挖掘机是德国KRUPP(克虏伯)公司设计制造,电气系统由ABB公司设计,型号SchRs710/1×15型轮斗挖掘机,外形尺寸41000mm×10500mm×10000mm,小时生产能力3100m2/h松散土方或5×10m2/a(松散土方),上挖高度为15m,下挖深度1m,采掘带宽度20m,最大综合作业坡度:作业时1:20,调动时1:10,整机装备质量540T,最小离地高度740mm,斗轮臂回转范围:斗轮臂相对于下部结构360度,斗轮臂相对于士105度。斗轮最大回转速度33m/min,主回转轴承直径5000mm,回转减速机减速比1:321,回转电机转速200-1000rpm,回转电机装机功率(7-35)×2KW,最大行走速度9m/min。

轮斗挖掘机可以沿台阶工作线开采,亦可把台阶划分为采掘带开采,后者应用普遍。工作面参数除受结构参数的影响外,还受挖掘方向的影响。轮斗的挖掘方法有水平刨片、垂直创片和混合刨片之分。采用垂直直刨片挖掘时,工作面高度比水平创片大约高0.5~0.7倍的斗轮直径,挖掘过程的能量消耗、轮斗所受的冲击和挖掘的阻力均比水平创片低10%~30%。

2主回转轴承损坏情况说明

轮斗挖掘机主回转轴承系球柱联合式转盘轴承,该回转支承主要由外座圈、内座圈、滚子和钢球组成,内座圈和外座圈各有一条水平直线形滚道和一条球形滚道,滚子位于水平直线形滚道内,钢球位于球形滚道内。由水平放置的滚子承受轴向力,径向力由钢球承受,倾翻力矩由两者共同承受。既能承受较大轴向力,同时又能承受一定的倾翻力矩和径向力且截面尺寸较小如(图1),润滑方式采用锂基脂开放式润滑,轴承内圈上有平行于两列滚动体的注油孔,利用集中润滑系统给轴承不断打入新油脂同时将废油脂从防尘橡胶密封圈挤出,保证轴承润滑良好。

轮斗系统在我矿自1996年正式投入使用已经运行17年,其中2#轮斗挖掘机主回转轴承在2012年6月损坏,在2013年8月进行维修更换,究其损坏原因是由于长时间运行导致滚动体及滚道磨损,在滚动体及滚道将渗碳淬火表面磨损后轴承强度下降,同时产生的铁屑加剧了轴承保持架及轴承滚动体、滚道的磨损,使得轴承间隙变大设备运行不稳定及回转阻力增大,有时还会出现回转异响,在发现回转异响后检查轴承排出的废油发现油脂内部含有大量金属磨损物,利用塞尺测量轴承上下盘间隙已经超出规定值,总结上述现象判定故障为主回转轴承磨损损坏。

3主回转轴承损坏原因分析

轮斗挖掘机所使用的球柱联合式转盘轴承直径较大,在存放、运输和起吊中存在很大的风险回转支承在修复出厂前已涂防锈油,并用薄膜包裹,这种包装的防锈有效期一般3~6个月。其存储温度应该在20士10℃,且相对湿度不大于60%,超过有效期后,应及时保养。

回转支承库存一年后应加注润滑脂,并检查其回转的灵活性。回转支承在运输中要固定在托盘上或包装箱中,运输和存放应保持水平,不能碰撞和挤压,不能淋雨,存放处应平整。在安装时开箱后要首先检查轴承外观及有无锈蚀情况,检查轴承回转的灵活性,轴承上设计有4个吊装孔,可以旋入吊环螺栓安全起吊,起吊时要使用4条长短一致的吊链吊装,如果在运输、储存、起吊中有操作不当的情况容易造成轴承变型产生长波形变型如(图2)或短波形变型如(图3)

在设备运行中轴承会承受轴向、径向力和倾翻力矩,这些力矩在对正常作业中是可以正常承受的,但是如果出现某一条螺栓松动时就会对轴承产生损伤,连续几条螺栓松动就会使轴承存在短波形变型的风险,同时造成轴承局部受力过大,使得滚动体磨损加剧,如果发现某个螺栓松动到规定力矩的80%以下,则该螺栓以及相邻的两个螺栓要换新的。如果发现20%的螺栓松动到规定力矩的80%以下,则全部螺栓要换新的。

轴承润滑很重要,如果轴承润滑不良很快就会使轴承滚动体和滚道出现点蚀、拉毛卡死现象,该设备主回转轴承采用双管路集中润滑系统,是一种自动控制润滑系统,在设备转动开始就按设定的间隔时间自动给各润滑点供润滑脂的一种润滑方式、比手动润滑方式先进方便。其优点是根据润滑点的要求可以调节分配阀来改变配油量,也可以改变间隔时间来调节润滑周期,在任何时候系统都可以通过增加分配阀而扩大润滑点或润滑量,出现设备在运行而润滑系统不工作就会提示故障,这样可以有效保证轴承润滑。

4主回转轴承修理情况介绍

拆开轮斗挖掘机主回转轴承后发现回转支承轨道内呈现不同程度的磨损、剥落,最深处3MM左右如(图4):滚道内润滑油呈黑褐色;同时滚动体在滚道内纵横交错状排列。综上判定,该部件已不能按设计要求进行正常承载和运转,此时必须立刻进行该部件维修或更换,否则会影响整体设备的运行危及生产人员的生命安全,还可能会造成更大的安全生产事故,根据损坏现象,由于上、下内圈和外圈在磨损后还有加工余量,因此决定在原始尺寸基础上根据磨损情况,对磨损剥落严重的上、下滚道面进行加工处理,去除剥落面及疲劳层,采用感应淬火对滚道面进行表面淬火,将滚道沿圆周分成4等分,同时对称均匀加热滚道面,使表面硬度达到原图纸要求的HRC=50~55,淬硬层深度控制在4mm左右;采用车床,利用夹具、工装、专用磨具在基准不变的情况下对滚道面进行精磨削和抛光,精磨削0.98mm,最后抛光处理0.02mm。在垂直滚道面方向,上、下内圈和外齿圈各去除3mm,将滚子重新制作并进 行热处理,尺寸同比加大,用以补偿滚道3mm的车削量。此工艺去除了损坏滚道面的疲劳层,恢复了滚道表面的精度,不改变滚道的机械性能,而且通过表面热处理恢复滚道表面的机械性能。

通过肉眼可观察到,外齿圈齿轮存在部分点蚀,经过清洗,对外齿圈进行了表面着色探伤,发现齿根及齿面并无裂纹,因此可以对外齿圈进行整形修复,通过剃齿加工和磨削加工方式对齿圈部分进行研磨修复,最终在机械性能达到要求的情况下,使齿面光洁;为了达到轴承外表面的防锈要求,实施了一系列可靠的表面处理工艺,直至满足IS012944标准中规定的C5-M防锈等级标准。

5主回转轴承修理效益分析

轮斗挖掘机主回转轴承在我矿的平均使用寿命为15年,如果新购进一件主回转轴承能够使用寿命为15年计算,依照上述方法修复后修复后可以继续使用10年时间,如果以新轴承计算10年累计折旧为66.6%,如果返修轴承可以继续使用10年计算一件主回转轴承可以使其使用率提高到160%左右。为设备运行节约了很大的成本。

6主回转轴承拆装工艺

更换轮斗挖掘机主回转轴承首先要求有2500平方米的维修场地,场地要求夯实平整,因轮斗挖掘机自身重量为540T,而它只是依靠两条履带板来支撑全部重量,如果在维修中存在下雨等恶略天气时场地不能有滑坡下沉等现象。需要准备14个支护墩,6个可载重在60T以上,8个可载重在30T以上,在挖掘机位置停放好后将挖掘机受、卸料臂和配重臂用支护墩支护平稳,将受、卸料臂液压油缸压力释放。由于主回转轴承在挖掘机中盘安装,所以需要将挖掘机受料臂和卸料臂全部取下安放在支护墩上,并使用斜拉筋将支护墩相互拉好,防止震动和风暴造成臂架倾倒,在拆卸受料臂时需要4台140T以上吊车同时配合平稳取出,在受、卸料臂取下后将配重臂上的所有配重全部取出,然后就需要在挖掘机正前方“L”型机架前端使用两台100T液压举升机托举“L”型机架,后方由支护墩支护配重臂,在支护好后就可以对挖掘机的主回转轴承进行拆卸了,在将主回转轴承连接螺栓全部拆除后,利用两台液压举升机和1台280T吊车配合将“L”型机架举升,使得“L”型机架与主回转轴承及底盘中间有1m的间隙,可以方便轴承的取出及安装如(图5)。

在原始设备组装时是由下到上的依次安装所以轴承可以垂直放在挖掘机底盘上,而在维修更换主回转轴承时是要从中间取出轴承,所以存在很大的难度,因无法使用吊车将轴承平行移出。所以我们自主设计制造了一个更换挖掘机主回转轴承的专用平台,可以将轴承安放在平台上平行取出和装入。平台由钢结构组成与底盘结构轴承安装底座高度高出50mm距离,上部平台由多个平台托辊组成保证轴承在取出和放入时的平稳,轴承平台前部悬臂位置安放在底盘结构平台上作为力矩支撑点如(图6)。

在轴承链接螺栓全部拆卸开后,利用四个10T的千斤顶,在吊点处将轴承平行顶起顶至距离轴承底座100mm的距离,在顶举轴承时要注意4个千斤顶要顶平稳举升力要相同,防止轴承偏离或变形造成倾翻危险,利用①50mm钢管平行轴承平台托辊方向铺设在轴承与底盘中间,起到滚轴作用,然后慢慢放下千斤顶,使轴承平稳落在钢管上如(图6),在轴承放置平稳后用1.5T手动葫芦,一面挂在轴承吊环另一面挂在轴承平台一端,拉动手动葫芦缓慢将轴承拉出,直至轴承全部安放在轴承平台上,让出上部结构垂直面位置,可以利用吊车平稳起吊如(图6),利用吊车将轴承吊下防止平稳位置。

在安装轴承时要首先新轴承进行检查,外观检查无锈蚀铁屑沙尘等杂物后,对轴承进行注油,将轴承滚道内注满油脂保证轴承初次运行润滑良好,轴承油脂注好后利用手动葫芦将轴承进行上下盘旋转检查轴承转动是否灵活,在全部检查完成后要将轴承回转支承的内外圈滚道都有一个软带,应放在主负荷平面的两侧。即与主负荷区错开90度。软带处有一个打了“S”标记。安装前回转轴承安装基准面和支架安装平面必须清理干净,去除油污、毛刺、油漆以及其它异物。另外要检查安装机座的安装面粗糙度不大于Ra=12.5,6.3um,安装面的平面度的误差须检测周向误差和径向误差,周向平面度公差值应符合标准值范围(具体参照有关标准,径向误差基于法兰实际宽度测量,径向平面公差值取周向公差值的一半)。就可以将轴承吊装在轴承平台上,利用手动葫芦将轴承拉入至底盘轴承安装部位,在轴承安装部位稳定好后利用千斤顶将轴承顶起取出轴承与底盘之间的钢管,慢慢释放千斤顶压力使轴承平稳落在底盘轴承安装底座上并对正螺栓孔将连接螺栓安装,在螺栓的螺纹上抹一点油以保证磨擦阻力的均衡不要在螺栓防松件上用胶。还要检查回转支承与安装面的吻合情况,通常采用塞尺检查,如果吻合不好,要用适当的材料填充。回转支承安装后禁止在支座上进行焊接作业。在紧固底盘与轴承连接螺栓时应分三步交错预紧,拧紧螺栓应在180方向对称连续进行,三步的力分别是30%、80%、100%,首次用公斤扳手紧固至30%力矩,第二次和第三次使用液力拉伸扳手紧固力矩如(表1)。

底盘轴承机座螺栓紧固好后就可以将上部结构“L”型架落下,利用吊车和液压举升支架配合将配重臂支护墩撤出,缓慢释放吊车直至上部结构与轴承完全吻合,并依照底盘螺栓安装方法安装上部结构连接螺栓,首次用公斤扳手紧固至30%力矩,第二次和第三次使用液力拉伸扳手紧固力矩如(表1)。螺栓全部紧固好后在安装受卸料臂及举升油缸等辅助部件,在试运行前要检查轴承齿圈和减速机齿轮侧隙,正确地调整齿轮侧隙很重要。可在齿轮径向跳动最高点处用塞尺测量调整,也可用压铅丝或其它适合方法。如果侧隙不在规定值以内,可移动小齿轮改变中心距。调定后把回转支承至少转一整圈以确认没有其他齿跳高点,在回转支承最终固定后再检查一次侧隙假冒隙。齿轮径向跳动最高点用绿漆标记在齿沟中。

7主回转轴承的保养

使用过程中应经常清除回转支承表面的杂物,检查回转支承密封条是否老化、干裂、破损或者脱离,若有其中之一情况发生,应及时更换密封条,防止滚道内进入杂物和润滑脂的流失,更换后应涂抹相应的润滑脂,避免滚动体和滚道拉毛卡死或锈蚀。

回转支承自安装起,首次运转100小时后,应检查螺栓的预紧力,以后每运转500小检查一次,必须保持足够的与尽力。设备累计工作2000小时后,如果发现某个螺栓松动到规定力矩的80%以下,则该螺栓以及相邻的两个螺栓更换新的;如果发现20%的螺栓松动到规定 力矩的80%以下,则全部螺栓更换成新的。设备累计工作达到14000小时后,全部螺栓更换成新的,在使用前两至四个月后,对各坚固件进行重新坚固,然后过渡到每年的系统性检查。在使用中要密切关注回转支承的运转情况,如发现噪音、冲击、功率突然增大,应立即停机检查,直至排除所有故障,必要时需要拆开检查。回转支承在使用中,禁止用水直接冲刷回转支承,避免水进入滚道造成生锈;严防较硬异物接近或进入啮合区,以免造成齿部受伤或不必要的麻烦。

8结语

通过本文描述介绍了轮斗挖掘机详细参数、采掘工艺、对应主回转轴承的损坏原因进行了分析介绍,详细描述了轴承的维护保养方法,对于轴承的损坏程度判定、修复工艺及价值、更换工艺新方法等做了详细阐述,可为以后设备的安全运行及大尺寸转盘轴承故障鉴定、更换方法有了良好的依据。

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