门座式起重机旋转减速箱输出轴扭断原因分析与对策

温伟光
摘要：对门座式起重机旋转减速箱输出轴扭断原因进行分析，并提出相应的对策。
关键词：门座式起重机立式行星减速箱扭矩许用切应力
1 引言
门座式起重机（以下简称门机）是港口装卸散货、件杂货、包装货的重要装卸机械，同时也是港口装卸作业过程的第一环节。旋转减速箱作为门机旋转机构重要组成部分之一，其技术状况的好坏，直接影响门机的装卸效率和港口公司的装卸品牌形象。研究旋转减速箱的故障诊断方法及相应对策，在港口生产管理中有相当积极的意义。
本文以国内门机旋转机构中常见的T31型立式行星减速箱为例，对旋转减速箱输出轴扭断的故障原因进行深入分析及相应对策的探讨。
2 T31型立式行星减速箱输出轴扭断故障现象与判断方法
2.1 故障现象
门机旋转机构由旋转支承装置和两套对称分布的驱动机构（含旋转减速箱）组成。
在正常装卸作业过程中，门机的旋转速度是恒定的。一旦发生旋转减速箱输出轴扭断故障，操作司机可以明显感觉到整机旋转速度降低或出现迟滞现象。对于旧式的非变频调速的门机，通常还可以听到机房内电气柜电流声增大。
2.2 判断方法
为了进一步确认旋转减速箱输出轴是否出现断轴故障，可以进行以下步骤进行检查：手动锁紧怀疑出现输出轴扭断的一侧的旋转减速箱的制动器，同时切断这一侧驱动电机的电源，操纵门机进行正常旋转动作，如能旋转，则说明这一侧旋转输出轴出现断轴故障；如若不能旋转，但另一侧驱动机构的驱动电机正常工作，则说明是另一侧旋转减速箱输出轴出现断轴故障。
3 T31型立式行星减速箱输出轴扭断故障分析
3.1 立式行星减箱的工作原理
将驱动电机产生的扭矩，从高速旋转的高速轴输入，经过两级行星齿轮传动，将按传动比逐级增大的扭矩，从低速轴中输出，从而达到降低转速增大扭矩的目的，如图1所示。

配合门机起升机构和变幅机构的动作，实现货物在整个圆周水平方向的位移变化。
3.2 输出轴扭断故障分析
3.2.1 输出扭矩计算
以原上海港机厂生产的M10-30型门机T31型立式行星减速箱为例，其特性如表1所示。

对于MQ2533型和MQ2535型门机，这两种类型门机旋转减速箱的总传动比可达47.49。
材料力学认为，圆轴类材料发生扭转时，其圆截面周边上即半径处，最大切应力不应超过材料的最大许用切应力τmax，否则材料将会发生破坏。而τmax=Tmax/Wp（Wp为扭转截面系数），Wp由材料本身决定，可以认为是一个恒定值。此外，门机旋转速度一般为1.2r/min, 可以认为驱动电机的输入扭矩基本恒定，是一个定值，按照表1的传递扭矩的计算公式，因此正常工作状态下作用在输出轴上的扭矩也应为一个恒定值，而且是不超过Tmax的一个值。
3.2.2 断轴原因分析
正常情况下，旋转减速箱输出轴的使用寿命可达21900工作台时以上。由上面得知，旋转减速箱输出轴发生异常扭断现象，应与作用于其上面的扭矩变化有关。笔者从引起扭矩变化的几个方面入手，得出造成输出轴扭断有以下几个原因：
（1）司机倒档操作门机旋转，造成输出轴扭断；
经过调查发现，部分司机为了追求装卸效率，在操作门机旋转过程中有未等门机停稳，直接采取反向旋转（倒档）的习惯。然而司机倒档操作的瞬间，由于惯性，门机仍有向原来方向转动的趋势。使得作用在输出轴上的扭矩与倒档操作产生的扭矩同向叠加，引起扭矩偏大，长期运行下，造成输出轴疲劳寿命缩短而扭断。
（2）旋转减速箱与转盘底部连接的法兰装配精度差（通常是门机出厂安装时存在的缺陷），引起旋转减速箱旋转中心线与门机整机旋转中心线平行度偏差，造成单边旋转减速箱输出扭矩偏大，长期运行下，引起输出轴疲劳寿命缩短而扭断；
（3）水平轮与旋转大齿圈内侧水平轮轨道间隙不平衡，引起左右两边旋转驱动装置与旋转大齿圈啮合偏差，小齿轮与大齿圈啮合面积不平衡，引起两边旋转减速箱输出扭矩不平衡，长期运行下，造成输出轴疲劳寿命缩短而扭断。
4 相应对策
造成旋转减速箱输出轴异常扭断的原因，有人为的因素，也有设备本身的原因，可以对其进行针对性的处理。
（1）加强司机的安全技术操作规程教育，禁止倒档操作，必要时制定相应的处罚制度，减少或杜绝倒档操作；
（2）更换装配精度差的旋转法兰；
（3）定期检查水平轮与大齿圈内圈啮合情况，并及时作出调整。
5 结束语
旋转减速箱是门机旋转机构的重要组成部分，只有了解旋转机构，包括起升、变幅、行走机构等门机各大机构的原理和结构特点，并掌握它们各种故障的检修和保养方法，我们才能确保门机正常工作并延长门机的使用寿命，确保港口生产作业的顺利进行。

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