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      卷筒聯(lián)軸器異常響聲原因分析和解決方法

      2022-01-11 11:14:08姚天富哲江龍孫龍強(qiáng)張從留
      起重運(yùn)輸機(jī)械 2021年24期
      關(guān)鍵詞:響聲卷筒同軸

      姚天富 哲江龍 揚(yáng) 民 孫龍強(qiáng) 張從留

      寧夏天地奔牛銀起設(shè)備有限公司 銀川 750021

      0 引言

      球鉸式卷筒聯(lián)軸器是起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的減速器與卷筒連接的常用部件之一,但常因卷筒聯(lián)軸器相包容的內(nèi)外球面制造精度低、內(nèi)外球面間局部沒有潤滑油、減速器輸出軸與卷筒軸同軸度偏差大等因素,造成使用過程中產(chǎn)生異常響聲,進(jìn)而引起卷筒聯(lián)軸器和減速器輸出軸磨損、使用壽命和安全性能降低等問題。

      榮文達(dá)[1]采用修復(fù)卷筒聯(lián)軸器的球面加工誤差的方法消除其異常響聲。本文采用調(diào)整減速器輸出軸與卷筒軸同軸度的方法消除卷筒聯(lián)軸器異常響聲。

      1 故障現(xiàn)象

      某鋼廠1臺四梁四軌雙小車鑄造起重機(jī),其主起升機(jī)構(gòu)采用雙電動機(jī)+整體大減速器+雙卷筒的結(jié)構(gòu)形式,減速器的下箱體與小車架焊為一體,卷筒采用焊接式短軸結(jié)構(gòu),減速器的輸出軸與卷筒采用球鉸式卷筒聯(lián)軸器連接。

      該起重機(jī)從安裝后投入使用2 a多,主起升機(jī)構(gòu)無論起升或下降、空載或重載、快速或慢速,2卷筒聯(lián)軸器安裝處均會發(fā)出異常響聲。前期,只是一側(cè)(南側(cè))的異常響聲較另外一側(cè)(北側(cè))的大,異常響聲為周期性“哐當(dāng)”聲,到了后期,南側(cè)的又多了周期性、似木頭被壓劈時(shí)的“吱吱”聲。

      維護(hù)人員判斷異常響聲是卷筒聯(lián)軸器質(zhì)量問題,更換不同品牌后異常響聲雖有所減小,但未能徹底消除;而后判斷規(guī)格選型偏小,更換了更大規(guī)格的卷筒聯(lián)軸器,異常響聲仍未消除。

      前期拆開的卷筒聯(lián)軸器發(fā)現(xiàn)內(nèi)外球面局部沒有潤滑油,內(nèi)外球面局部出現(xiàn)膠合磨損和擦傷磨損,如圖1~圖3所示。后期拆下南側(cè)卷筒聯(lián)軸器發(fā)現(xiàn)減速器輸出軸外花鍵和軸肩部位出現(xiàn)微動磨損,見圖4和圖5。

      圖1 球面局部沒有潤滑油

      圖2 球面局部呈現(xiàn)膠合磨損

      圖3 球面局部呈現(xiàn)擦傷磨損

      圖4 花鍵呈現(xiàn)微動磨損

      圖5 軸肩呈現(xiàn)微動磨損

      2 球鉸式卷筒聯(lián)軸器的工作原理

      球鉸式卷筒聯(lián)軸器由外球殼、內(nèi)球體、鍵等組成,如圖6所示。外球殼設(shè)有異形法蘭,異形法蘭有2個平行的平面,相當(dāng)于鍵的作用,內(nèi)球體設(shè)有花鍵孔和2個圓柱孔,外球殼和內(nèi)球體以包容式球面接觸,鍵的形狀是長方體和圓柱體的組合,鍵的長方體與外球殼上的鍵槽配合,鍵的圓柱體插入內(nèi)球體的圓柱孔內(nèi),外球殼和內(nèi)球體可以球心為中心點(diǎn)相對轉(zhuǎn)動。

      圖6 球鉸式卷筒聯(lián)軸器

      卷筒聯(lián)軸器與卷筒連接如圖7所示。減速器輸出軸與卷筒聯(lián)軸器的內(nèi)球體通過花鍵副連接,卷筒聯(lián)軸器的外球殼上的異形法蘭與中間法蘭通過螺栓軸向連接,異形法蘭的2個平行的平面鑲嵌在中間法蘭的矩形槽中,中間法蘭與卷筒法蘭再通過螺栓連接,卷筒承受的徑向載荷由減速器輸出軸上的2階梯軸承擔(dān),卷筒承受的扭矩由卷筒聯(lián)軸器上的2平面?zhèn)鬟f后再傳遞給減速器輸出軸上的花鍵,即花鍵副只傳遞扭矩,不承受徑向載荷。

      圖7 卷筒聯(lián)軸器與卷筒的連接

      卷筒的支撐設(shè)計(jì)成一端固定,另外一端游動。軸端擋板限制卷筒聯(lián)軸器的軸向位移,卷筒另外一端其軸承兩端面留有3~5 mm的間隙,可軸向移動。由于采用了球鉸式卷筒聯(lián)軸器,卷筒軸相對于減速器輸出軸可偏斜3°,方便了卷筒的安裝和拆卸。

      3 原因分析

      造成卷筒聯(lián)軸器異常響聲可能有:1)減速器輸出軸與卷筒軸的同軸度誤差;2)球面之間的潤滑狀態(tài),即是否能形成潤滑油膜;3)相包容的內(nèi)外球面尺寸、形位誤差和粗糙度;4)卷筒聯(lián)軸器所承擔(dān)的載荷大??;5)中間法蘭的剛度、卷筒體的剛度等。

      由于卷筒采用短軸式結(jié)構(gòu),為表述準(zhǔn)確,定義卷筒軸為以卷筒軸承座中的調(diào)心軸承的中心點(diǎn)與卷筒聯(lián)軸器內(nèi)外球中心點(diǎn)的連線為軸線的假想軸。

      當(dāng)減速器輸出軸與卷筒軸的同軸度誤差為0時(shí),即安裝精度達(dá)到理想狀態(tài),卷筒聯(lián)軸器的內(nèi)外球面之間不會發(fā)生相對滑動,也不會產(chǎn)生周期性響聲,否則,內(nèi)外球面之間將產(chǎn)生相對滑動。然而,實(shí)際卷筒安裝不可能達(dá)到理想狀態(tài),卷筒軸線與減速器輸出軸軸線有交角α,由于內(nèi)球體的旋轉(zhuǎn)軸線為減速器輸出軸軸線,外球殼的旋轉(zhuǎn)軸線為卷筒軸軸線,在卷筒旋轉(zhuǎn)時(shí),內(nèi)球體和外球殼上任意接觸點(diǎn),其運(yùn)動軌跡均是分別位于2平面內(nèi)的一圓形曲線,這2平面垂直于各自的旋轉(zhuǎn)軸線,如圖8所示,接觸點(diǎn)相對滑動的最大軌跡有3種情況:

      1)2接觸點(diǎn)均繞球心旋轉(zhuǎn),接觸點(diǎn)滑移最大軌跡;

      2)接觸點(diǎn)僅有1點(diǎn)繞球心旋轉(zhuǎn),接觸點(diǎn)滑移最大軌跡;

      3)2接觸點(diǎn)均不繞球心旋轉(zhuǎn),接觸點(diǎn)滑移最大軌跡。

      在自重載荷和鋼絲繩拉力作用下,卷筒聯(lián)軸器相互接觸的球面僅在上半部分承受徑向載荷,若內(nèi)外球面的尺寸和位置精度低,則卷筒的徑向載荷僅有1或幾個接觸點(diǎn)承受。在接觸點(diǎn)潤滑不良,同時(shí)卷筒旋轉(zhuǎn)使接觸點(diǎn)產(chǎn)生相對滑動趨勢時(shí),接觸點(diǎn)的靜摩擦力引起卷筒聯(lián)軸器外球殼及其連接中間法蘭板變形。卷筒繼續(xù)旋轉(zhuǎn),當(dāng)接觸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到下部時(shí),接觸點(diǎn)即分開,亦或旋轉(zhuǎn)過程中靜摩擦力達(dá)到最大值后突然減小,變成滑動摩擦力時(shí),卷筒聯(lián)軸器外球殼及其連接中間法蘭板變形由大變小,從而產(chǎn)生響聲。

      接觸點(diǎn)的相對滑動和周期性接觸、分開以及其間潤滑不良是產(chǎn)生周期性異常響聲的根源,也是相包容的內(nèi)外球面出現(xiàn)不同程度磨損(膠合磨損和擦傷磨損)的根本原因。

      由于南側(cè)卷筒異常響聲較北側(cè)大,其摩擦力也大,在摩擦力的水平分力周期性作用下,固定南側(cè)卷筒聯(lián)軸器軸向位移的螺栓斷裂。而維護(hù)人員未能及時(shí)拆開重新更換固定,致使卷筒聯(lián)軸器與減速器輸出軸產(chǎn)生循環(huán)的微幅相對軸向滑動,異常響聲也由前期僅是“哐當(dāng)”聲,變?yōu)楹笃谟侄嗔怂颇绢^被壓劈“吱吱”聲,長時(shí)間的軸向滑動,外花鍵和軸肩部位呈現(xiàn)微動磨損。

      4 同軸度檢測

      由于主梁有拱度,且卷筒軸線平行于主梁長度方向,再加上減速器分箱面是否平行于車輪踏面所構(gòu)成的平面等原因疊加,僅憑檢測卷筒面上2點(diǎn)的高低差或減速器輸出軸與卷筒軸各1點(diǎn)的高低差,調(diào)整減速器輸出軸與卷筒軸同軸度的方法不可取。而檢測減速器輸出軸和卷筒軸相對于某一基線的偏斜程度,再調(diào)整卷筒軸的偏斜程度相對簡單。

      1)測量高低差 首先,拆掉2卷筒軸承座的上座,用外卡鉗和直尺測量軸承外徑、減速器輸出軸軸徑和悶蓋外徑并記錄。其次,將水準(zhǔn)儀架在減速器上箱體中間部位,將水準(zhǔn)尺分別豎立在減速器悶蓋最高點(diǎn)(A點(diǎn))、輸出軸最高點(diǎn)(B點(diǎn))和卷筒軸承外徑最高點(diǎn)(D點(diǎn)),讀取并記錄這3點(diǎn)水準(zhǔn)尺的讀數(shù),見圖9和表1,悶蓋外徑φA=560 mm,輸出軸徑φB=300 mm,軸承外徑φD=360 mm。

      圖9 A、B、D三點(diǎn)高度測量

      2)測量水平偏差 測量中間法蘭與減速器箱體之間的水平距離d1和d2,位置為減速器分箱面處且靠近中間法蘭外圓100 mm處,見圖10和表1。

      表1 測量數(shù)據(jù) mm

      圖10 水平偏斜測量

      5 同軸度計(jì)算

      將A點(diǎn)、B點(diǎn)、D點(diǎn)轉(zhuǎn)化到軸心上,如圖11所示,推導(dǎo)出卷筒軸在鉛錘平面內(nèi)的偏斜距離為

      圖11 鉛錘面內(nèi)偏斜距離

      如圖12所示,推導(dǎo)出卷筒軸在水平平面內(nèi)的偏斜距離為減速器輸出軸與卷筒軸的夾角為

      圖12 水平面內(nèi)偏斜距離

      根據(jù)式(1)~式(3)和表2數(shù)據(jù),卷筒偏斜程度計(jì)算如表3所示。南側(cè)卷筒軸與減速器輸出軸的同軸度誤差較北側(cè)的大,解釋了南側(cè)卷筒異響聲音較北側(cè)大的原因。

      表2 查閱圖紙獲得數(shù)據(jù) mm

      表3 卷筒偏斜程度計(jì)算結(jié)果

      6 同軸度調(diào)整

      根據(jù)計(jì)算結(jié)果,需降低兩卷筒軸承座高度并向南移動。重新制造2個稍矮的卷筒軸承座、2組調(diào)整墊、2組螺栓連接用墊圈。因卷筒軸承座的底座與小車架焊接一體,為減少現(xiàn)場工作量,卷筒軸承座的底座不動,以加大卷筒軸承座的螺栓孔實(shí)現(xiàn)水平移動卷筒軸承座。

      重新更換兩卷筒軸承座并調(diào)整。將南側(cè)卷筒軸承座降低43 mm,向南水平移動6 mm,北側(cè)卷筒軸承座降低17 mm,向南水平移動3 mm后,空載和負(fù)載運(yùn)行起升機(jī)構(gòu),卷筒異常響聲徹底消失。

      7 結(jié)論

      減速器輸出軸與卷筒軸同軸度超差是造成卷筒聯(lián)軸器周期性異響的主要原因;球鉸式卷筒聯(lián)軸器選型手冊給出的偏斜角度3°是拆卸和安裝角度,并非使用時(shí)的角度,建議使用時(shí)的偏斜角度應(yīng)不超過7′,即卷筒軸相對于減速器輸出軸斜度不超過2‰;建議卷筒聯(lián)軸器制造商檢測內(nèi)外球面接觸率,使其達(dá)到60%~70%,以降低使用時(shí)對同軸度的要求。

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