苏文胜1,2薛志钢1,2熊立斌1,2李云飞1,21江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院无锡国家桥门式起重机械产品质量监督检验中心无锡

摘要:S区是大型回转支承不可避免的软肋，该区是回转支承最为薄弱的区域，一旦该区处理不当会造成回转支承滚道剥落，并且随着回转支承的运行剥落的铁屑会散布整个轨道，进而引起轨道的整体剥落。文中以某在用回转支承为例，在现场采集故障回转支承的振动信号，并对信号进行时域统计分析，预测了故障的存在，并对该回转支承进行拆解，验证了预测的正确性，通过对轨道硬度测试分析了产生的原因。

关键词：门座起重机；回转支承;软带区;故障

中图分类号:TH.4文献标识码:A文章编号:-()10--03

0引言大型回转支承是工业大型设备关键零部件之一，回转主要依靠内部滚柱/滚珠在轨道的滚道实现的，在滚柱/滚珠和滚道接触方式是通过线-面、点-面接触，在接触位置会产生较大的应力集中现象，由此对滚柱/滚珠和轨道都有严格的加工工艺要求，一般的加工工序为锻造→粗加工→调质处理→精加工→滚道面火焰表面淬火→滚道面磨削等工序，其中热处理是重要的加工工艺，通过热处理能提高材料的机械性能，同时释放加工过程中的残余应力。在热处理工程中，加热火焰喷枪和水枪安装在一起，绕着回转支承轨道做圆周运动，但是，在运动接近°之前要停止热处理工艺，因为热工艺处理区域不能重叠，一旦重叠会使工件产生裂纹,由此回转支承内外圈必有一段区域未经过热处理，该区域成为软带区，一般软带的宽带为15mm，并有S标志。在回转支承安装过程中要求软带区必须安装在非主要的承载区域，一般要求将回转支承的软带区安装在垂直于俯仰动面投影线的位置。软带区的存在给回转支承的安装和使用都有一定的影响，有些学者提出了无软带区的热加工工艺，但是目前该方法还处在概念设计阶段，还没有进入详细设计阶段，更没有相应的热处理设备。该方法与传统的热处理工艺相比加工成本比较高，并且针对不同直径的回转支承需要更换不同的种类的感应器，进一步加剧了加工成本。有些学者对挖掘机上的回转支承软带裂纹进行了分析，该裂纹产生在热处理的过渡区，通过分析发现该裂纹产生的原因是软带区承载后的承载失效产生的裂纹，并给出了预防软带区产生裂纹的建议。目前对于起重机上大型回转支承的有关软带研究的论文还很少见，本文从某大型门座起重机回转支承的故障进行分析，对该回转支承的故障进行了预测，并对其进行拆机验证，通过硬度测试探讨了产生缺陷的原因。

1回转支承该回转支承位于某港口起重量为16t的门座起重机上。回转支承的型号为.45..03，外圈被固定在转筒上，内圈和上部转台连接，驱动机构固定在上部转台上，通过外圈上的角齿驱动转台转动，2个驱动机构沿回转支承径向方向布置在回转支承的两侧，当起重机开始工作时，2套驱动机构在各自电机的驱动下同时运转，使起重机做回转动作，其回转的转速为0.25r/min。随着回转支承旋转，内圈经过外圈的某两个区域时产生异响，并且产生异响的位置在外圈的某个固定的区域。采集内圈上的振动信号，如图1、图2所示。

图1回转支承径向振动信号

图2回转支承轴向振动信号

由此可知该设备在外圈的某些区域振动较大。对振动信号进行统计分析，在正常情况下，加速度采集的信号是随机的，其振动信号副值接近正态分布，但是一旦产生故障，如剥落、点蚀坑、压痕、擦伤等，就会引起冲击，较大的振动幅值信号就会增加，在概率密度上表现出其幅度正态分布广、分布两边尾巴翘起的现象。通过对加速度信号的分析得到其概率密度函数，如图3、图4所示。利用对振动的时域特征对回转支承的故障预测是一种常用且有效的方法，许多学者利用该方法成功地对故障进行了预测。通过对比发现振动信号的概率分布明显偏离正态分布，说明该回转支承存在故障的可能性极大。

图3回转支承轴向概率分布

图4回转支承径向振动概率分布

计算两个方向振动信号相应的时域特征值，如表1所示。按照滚动轴承判定标准，峰值因子大于1.5时，可以认为轴承出现故障。对于正态分布而言峭度系数为3，当存在故障时，振动副值较大信号的概率密度增加，导致信号副值分布偏离正态分布，故障越严重其偏离程度越大，如果峭度系数大于8，则认为设备已经出现了较为严重的故障。由表1数据可知，该回转支承存在故障的可能性极大。

2回转支承拆机验证对故障的回转支承进行拆解，通过对拆解后的回转支承进行现场拆解，拆解后发现回转支承外圈和内圈均有不同程度的压痕，回转支承内外圈故障点如图5所示。其中图5中的1、2是外圈，3、4是内圈。1、3、4是回转支承S区的损伤图，1、4都有不同程度的压痕和表皮脱落现象，S区中3位置的损伤最为严重，出现较为明显的挤压变形，并且在压痕边缘有明显的有明显的材料挤出现象。2位置在距离S区64cm处的外圈上，出现损伤带的长度大概为80cm，该损伤区域的表皮全部脱落，在表面出现最大深度为3mm的剥落坑，并且在滚道的其他区域存在不同程度的压痕，而在滚柱表面出现轻微的压痕。

图5回转支承故障点示意图

回转支承的内圈和外圈S区都有不同程度的损伤，其中内圈上排滚道出现较为严重挤压，分别对回转支承的缺陷位置和完好位置进行硬度测试，各点的硬度(HRC)如表2所示。

一般要求滚道淬火后的表面下3~4mm的硬度保持45~65HRC范围，通过测试发现正常区域的硬度基本符合要求，但是在S区的损伤区域硬度差别较大，最大和最小相差40HRC，有些区域HRC硬度无法测试(≤20HRC)，出现差别的原因可能是回转支承滚柱和滚道之间局部挤压力过大，随着旋转滚柱往复的挤压作用使滚道产生局部接触疲劳，首先在滚道表层下产生微裂纹，继而引发滚道表皮的脱落；另一方面，由于滚道和滚柱属于线面接触，在接触位置有较大的应力集中现象，且相对于滚柱滚道硬度较小，挤压凸起部分及剥落铁屑散布的区域，在滚柱的进一步挤压作用下，又会造成材料局部硬化。在距离S区65cm处的非S区出现大面积的表面剥落，其硬度从最大达80.5HRC，最小≤20HRC。产生的原因有可能是S区剥落的铁屑随着滚柱的运动进入轨道，在在滚柱的反复挤压下产生接触疲劳，使滚道表面局部的表皮脱落。回转支承一旦局部产生损伤，随着设备的运行又会促进损伤的进一步恶化，进而造成大面积的脱落，剥落的金属碎片随回转支承的运转散布在滚道和滚柱上。在滚道和滚柱的作用力下，在滚道和滚柱上都有不同程度的压痕，此外一般滚柱的硬度比滚道的硬度大，故滚道出现较为明显的压痕。

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