解决铸造起重机主起升卷筒轴向窜动问题

贺骏

摘要：主要分析铸造起重机主起升卷筒发生轴向窜动的原因，应用测量仪器进行检查测量，消除铸造起重机车架变形等安装误差，使卷筒联轴器等关键部位的零部件处于良好的使用环境，确保钢厂液态熔融金属的吊运安全，对合理使用维护铸造起重机起到借鉴作用。

关键词：滚子球面卷筒联轴器;卷筒;轴向窜动

前言

铸造起重机是钢厂生产中重要的物料搬运机械，承担着钢厂铁水包、钢水包的吊运工作，具有工作负荷大、作业时间长、经常工作在高温多尘的环境中，铸造起重机工作级别一般选用A8级，近年来，随着起重机节能和方便维修的理念在设计中的体现，短轴卷筒采用卷筒联轴器连接方式逐步替代传统的长轴卷筒与减速器齿轮连接方式，但卷筒联轴器使用维护不当，将会造成连接失效，处置不及时将会引发安全事故。本文通过对某钢厂450/80t铸造起重机主起升卷筒轴向窜动的问题分析、测量、调整，解决了铸造起重机关键部位的安全隐患。

现场使用情况

450/80t铸造起重机采用四梁六轨结构，端梁采用柔性铰接梁连接（图1），主小车采用上部结构和下部结构通过四个球铰连接，此结构具有自重轻有利于节省厂房的基建成本和起重机本身的造价，上、下部小车结构便于制造厂到现场的运输环节，但相对于箱梁式端梁结构的铸造起重机，其结构的刚度略差些。

上部小车布置有四台340千瓦的绕线式电动机，驱动一台行星减速器，再由行星减速器通过二根万向轴分配转矩至二台二次减速器，再由二台二次减速器通过卷筒联轴器把转矩传输给二个D2500×5227（mm）的卷筒，卷筒通过四根缠绕的鋼丝绳及滑轮组把转矩传递给龙门架吊钩。

现场在使用过程中，发现一台450/80t铸造起重机的一侧卷筒在运行中有明显的轴向窜动和磨损的迹象，经对该卷筒联轴器解体检查该卷筒联轴器有异常磨损的痕迹，轴窜还影响到该卷筒的紧急制动器闸片的异常磨损。

结论：在线点检时发现L型指针已凸出台阶2mm（正常时应与台阶重合），判断该卷筒联轴器有轴向窜动;L型指针已偏离中心位置，移动到下方磨损限位处判断该卷筒联轴器有异常磨损。在上升过程中，卷筒右移、在下降过程中卷筒左移移，解体后发现齿圈有较明显的磨损痕迹、端盖处有滚子端面撞击的痕迹（轴向窜动的迹象）。根据现场技术人员判断，该卷筒联轴器已达到报废的标准，必须更换新品。但更换新品后，轴窜现象依然存在，问题的症结还未正真解决。

轴窜原因分析

卷筒联轴器本体结构分析

450/80t铸造起重机的卷筒联轴器采用EMERSON公司型号TCB–HD4200SP球面滚子联轴器（图2），齿套通过二次减速器的输出花键轴周向固定，并在输出花键轴轴端通过三颗M20的螺栓安装固定挡板，使齿套轴向定位。球面滚子安装在外齿套与内齿圈之间，二次减速器输出的扭矩通过球面滚子传递到齿圈上，齿圈与卷筒联轴器的方榫结构是一体的，使扭矩通过方榫结构传递到卷筒的幅板上，本体通过端盖、螺栓与卷筒幅板连接。该卷筒联轴器用滚子代替了鼓形齿的半联轴器和带外球面的承载环，既传递驱动功率，又用滚子的球面与齿套、齿圈形成接触副构成的自动调位球面轴承传递径向载荷[1]（图2）。根据其结构特征，球面滚子和齿接的内隙允许外齿套对内齿圈的少许移动。

机构的结构分析

整个传动机构类似桥架结构，轴承端为约束端，卷筒联轴器为自由端，卷筒采用左右旋绳槽，两根钢丝绳在升降过程中产生的轴向力相互抵消，确保机构轴向力系的平衡，受载后形变将通过卷筒联轴器和轴承的调位作用调节。轴承端可用环形垫片进行轴向定位，确保L型指针与卷筒联轴器凸台重合，安装在轴承端的紧急制动器与安装在卷筒幅板上的制动盘，闸片与制动盘左右间隙正常时只有1–2mm，一旦机构出现连接失效，将通过电气连锁触发紧急制动器合闸，即刻抱住卷筒，防止钢包下坠。所以为确保卷筒联轴器长寿使用和紧急制动器正常工作，必须把轴窜控制在1mm之内。

一般对中不良时，卷筒联轴器在运行过程中呈现有规律的摆动，如径向有高低差时，体现在卷筒联轴器在运行过程中呈现上下的摆动，如轴向左右对中不良，体现在卷筒联轴器在运行过程中呈现左右的摆动，综合对中不良时，则在圆周面上周期性的上下、左右规律地摆动，无论升降的方向。

因此，这不是一般对中不良引起的异常，在检修时必须配合一系列的测量，确保安装几何尺寸精准。

测量与分析

在找不到问题症结的情况下，重新找正是解决问题的第一步，由为了确保测量精度，必须采取一些措施：

吊离卷筒到地面进行测量检查，吊离卷筒形成的临边空挡处架设安全网，确保作业人员安全;

清理卷筒下方平台的油污和灰尘，架设跳板，作业人员在跳板上行走，测量仪器架在平台上，防止人员走动时产生振动对测量精度的影响;

同跨和邻跨起重机停止作业，防止起重机作业时产生振动对测量精度的影响;

采用 NA2+GPM3 水准仪进行测量找正。

通过测量得到如下数据：二次减速器对卷筒轴承座上下不对中13mm，左右不对中5mm，测量轴向安装位置：自由侧幅板（包括幅板厚度）到固定侧短轴轴端长度5227mm，实测卷筒长度5218mm，轴向相差9mm。

综上所述，铸造起重机长期重载作业和桥架结构因素，可能使结构有轻微的变形;安装时为了方便定位，轴承座架的地板螺栓孔大于地脚螺丝直径，前期轴窜时轴承座架受轴向力而后移。综合不对中是造成卷筒轴向窜动、卷筒联轴器异常报废的主要原因。

实施调整

对原轴承座支架进行探伤，检查是否受到损伤，再按照实测的数据调整轴承座轴向位置，前移9mm，找正5mm左右偏差，用垫片垫高轴承座架，找正上下13mm偏差。轴承座架定位后拧紧地脚螺栓，再用止挡块固定好轴承座架。吊上已安装好新品卷筒联轴器的卷筒幅板，定位在二次减速器输出轴端，对卷筒联轴器注满润滑脂并封好挡油板，防止卷筒在旋转过程中，卷筒联轴器内油脂甩出，造成润滑不良的现象，吊上卷筒本体与卷筒幅板进行连接，轴承座进入座架后，用环形垫片微调卷筒的轴向位置，使卷筒联轴器L型指针与卷筒联轴器凸台重合。先根据联轴器外齿圈的位置确定卷筒的轴向位置。参照图3，将指示器与外齿套的轴向凹槽对准。在安装过程中，轴向位移不能超过表格1中允许的最大名义值的10%，随后，进行卷筒的对中。

参照图4，将标尺定位在的4个点上，且相邻2点间隔90º，分别测量每个点标尺与卷筒间距离“X”。测得的“X”的最大值和最小值间距离必须小于表格1中允许的数值，即相邻两点偏差范围控制在0.8mm内，按照《卷筒滚子式联轴器安装维护手册》要求[2]，按图4检查距离“X”。如果实际距离大于卷筒联轴器允许安装偏差对应距离的10%，支撑轴承的基座必须重新调整。实际测得数据见表2，符合表1的安装精度要求。

结果

连接好所有紧固件和紧急制动器，空载试车无轴向窜动等异常，接入钢丝绳和龙门架吊钩，吊重包试车均无出现轴向窜动等异常。

结论

导致铸造起重机主起升卷筒出现轴向窜动的原因有很多，需要采用测量仪器进行检查测量，并根据检查测量结果采取对应的方案，以有效的解决问题。

综合不对中，特别是轴向偏差9mm是这次轴向窜动故障的主要原因，在发生类似故障特别是铸造起重机关键部位，检查确认要到位。

为确保轴系相对位置不因桥架形变或检修作业而变化，轴承座架加装止挡块，是简单有效的措施。

产品样本允许的位移是安装时L型指针允许的超出基准值，不能作为窜动的数值，现场实践证明，如此大的窜动量势必加剧滚子与齿圈轴向摩擦，造成卷筒联轴器失效，也不能适应紧急制动器的正常工作。

参考文献

辛利萍，李响.起重机卷筒联轴器的应用[J].机械管理开发，2008.

Jaure Emerson.卷筒滚子式联轴器安装维护手册[S].