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岸边集装箱起重机悬臂铰支座改进方案


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岸边集装箱起重机悬臂铰支座改进方案
宁波北仑国际集装箱码头有限公司 胡松虎



要:针对岸边集装箱起重机悬臂铰轴系统在运行中所发现的问题,结合桥式起重机悬

臂铰支座的几种通用机构模式, 剖析其间的利弊以及可

能存在的隐患, 并阐述解决 该隐患的改进方案。 关键词:桥吊、悬臂、铰支座、内隔套、外垫圈 一、概述 我公司现有岸边集装箱桥式起重机(俗称:桥吊)分三个品牌共十台,均为国际知名桥 吊生产厂家制造的。这十台桥吊,成为我公司集装箱装卸作业的桥头堡,担当着年吞吐量 130 万 TEU 的集装箱装卸任务。在作业运行中,我们发现了其中有一个品牌的六台桥吊(分三个 项目批次购置的) ,其前后大梁铰轴系统存在明显的问题。其表象是,在前大梁(通常称:悬 臂)收放过程中,悬臂绕上铰支座转动时,上铰支座部位时常会出现: “噶”“噶”“噶”的 、 、 异响。悬臂转动呈扇形角度,全程约 85°。而异响大多出现在 5°∽75°范围内。为此,笔 者对这六台桥吊的铰轴系统进行了专门的研究和分析,以期查出问题的症结所在,并排除该 异响。 通常,桥吊前后大梁铰轴系统,均采用国际上通用的双铰点形式:下铰点为悬臂放平时的 工作铰点,上铰点为大梁收起时的支撑铰点(见图示一) 。本次探讨的问题,发生在上铰点。

图 二、铰轴系统特点及机构分析





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我们对发生问题的那几台桥吊的铰轴系统进行了较为深入的分析和比较,发现,该品牌 三个批次桥吊的悬臂铰轴系统的上铰点,分三种机构形式: 第一种机构形式, 上铰支座采用的是: 光轴+关节球轴承+外隔套的一体式铰支座方式 (见 图示二) 。







其结构特点是:铰支座的光轴装配在两只关节球轴承上,关节球轴承的外环可以由内侧 的一只外垫圈和外侧的端盖作压板进行定位,而内环的外侧虽有轴端的压板压靠,内侧却是 空段,没有任何定位。 经分析,这种机构形式,一旦轴端的压板在端部三只紧固螺栓的紧压下,两只关节球轴 承的内环会相向地向内侧挤压,从而导致两只关节球轴承内外环之间的游隙变小乃至为零, 内外环挤压游隙失效后,随着悬臂的起伏绕动而咬死。这样一来,如果关节球轴承的内外环 与铰轴及铰支座轴孔之间的装配为紧配合,则随着关节球轴承内外环之间的咬合加剧,铰轴 也失去了转动的机能。好在该光轴和长腰孔之间仍然可以滑动,所以,在悬臂起伏扳动时, 如果关节球轴承一旦咬死,铰轴停转,而仅存的就只有悬臂铰接点耳板长腰孔与铰轴之间的 相对滑动。这就是悬臂起伏动作过程中,时常发生“噶”“噶”“噶”的异响的原因之所在。 、 、 第二种机构形式,上铰支座采用的是:扁平阶梯轴+关节球轴承+内隔圈+外隔套的一体式 铰支座方式(见图示三) 。

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其结构特点是: 1、装配方式为扁平阶梯轴和扁平孔的配合方式。改原先的光轴为扁平阶梯轴。 2、关节球轴承的内、外环的内、外侧都有定位。 3、理论上,铰支座与悬臂的耳板的装配呈中心对称布置,各部件之间的相对位置排列 有序、规范划一。就单一的铰支座来讲,只要保证加工误差的绝对精确和装配时的 绝对准确,可以说,这种配合方式是十分理想的。 4、在整个轴系方向上,上铰轴(件 10)中间轴肩部位的宽度等于悬臂上铰耳板的宽度, 都为 140mm,而且,关节球轴承(B8)的外环又等宽于上铰支座(件 1)的支承板, 都为 100mm。隔套(件 7)的外径为φ225mm,大于悬臂上耳板衬套(件 15)内孔的 窄边距离 208mm。 由于该装配形式过于理想化,其轴向定位顺序极其错综复杂,存在着多处重复定位现象, 而此现象,在机构设计时是必须尽量避免的。 为保证该装配方式的绝对可靠,其必要条件是所有的装配件必须加工精密且绝对对中装 配。但是,这种设计思路由于加工和装配时的偶然性和可能性,不可避免地会出现加工精度 误差和装配的不对中性等问题。显而易见,这样的机构形式是存在问题的,问题的关键是: 1、上铰轴的轴肩和悬臂的上耳板等宽设计; 2、前后大梁的承轨梁对中后,左、右梁上的两只上铰座轴、孔间的配合位置必定存在 偏心; 3、偏心后,上铰轴的轴肩一端外露,一端内藏; 4、隔套仅起关节球轴承内环的轴向定位作用,与扁平轴之间相对静止,但是,它的内 侧面超出悬臂上耳板扁平孔的部分,与悬臂上耳板侧面存在定位接触的滑动磨擦; 5、扁平轴不允许出现卡死、堵转等现象,否则易折断。 6、也正是由于这种定位上的重复定位结构,也会产生因受内力挤压而导致两端的端盖

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以及轴端挡板上的固定螺栓的松动,甚至被拉断。 第三种机构形式,上铰支座采用的是:分体式设计,加大了扁平轴轴肩的长度,对关节球 轴承的内环直接进行内侧定位,取消了内隔套,改原先的外垫圈为外扇形抗磨块。扇形抗磨 块设计为可拆卸型,旨在磨损后,可进行必要的替换(见图示四) 。

图 这也是这种机构形式的结构特点。





由于该机构的设计思路仍旧保留在单一的一组铰支座时理想状态下来考虑。如果综合考 虑左右梁上两组铰支座配套使用的情况,那么,悬臂上耳板与铰支座之间仍存在着对中和偏 心的问题。由于关节球轴承的外环内侧无定位,所以,图示六中局部 I 所指示的部位,铰支 座的端盖(件 6)内侧凹凸部位,分别与铰支座及关节球轴承外环的外侧接触,形成整个轴 系上轴向定位的关键部位,而且端盖(件 6)内侧凸台与关节球轴承外环之间的定位尺寸, 成为了这套机构形式的装配关键。该定位,也同样地存在着重复定位的问题。一旦该尺寸不 准确,端盖拧紧后,如果过度向内挤压关节球轴承的外环,同样地会引起关节球轴承内外环 之间的游隙失效而导致“咬死”问题。所以,该尺寸也必须根据实际装配情况测量而定。可 是,由于端盖(件 6)内侧呈凹凸设计,要测量得到这个尺寸,却是一件十分困难的事情。 这也是导致这种机构形式同样存在问题的原因所在。 三、改进方案 针对第一种机构形式,为暂时消除所存在的现象,我们对该铰支座做了最简单易行的处 理,就是拧松铰轴两端压板的六只紧固螺栓,使其仅仅压靠在内环外侧面上,不再让内环与 外环之间的压死,保留其间的有效游隙,然后,用防松钢丝分别把两轴端的三只螺栓扎住。 这样,就避免了关节球轴承因为游隙失效而发生的咬死现象,也就有效地避免了铰轴与悬臂 耳板孔之间的滑动。当然,久而久之,这种装配形式也是十分危险的。我们目前所采取的这 种措施也仅仅是权宜之计,并不能从根本上排除这种故障隐患。这种机构形式,必须进行有 效的改良。

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针对第二种机构形式,由于问题相对要复杂许多,为解决所存在的问题,最可靠并且是 有效的办法是,重新设计并制作那根扁平轴,适当增大其轴肩的长度,并且做到: 1、预计到上铰点轴孔配合时的偏心量,所增大轴肩的长度,可按偏心量的两倍多一点 点来考虑。 2、左、右侧内隔套的宽度,必须按照上铰座配合定位后,精确测量两关节球轴承的内 环与轴肩之间的实际间距而定;并严格控制机加工公差范围。 3、左、右侧外垫圈的宽度,也必须按照上铰座配合定位后,悬臂上耳板与上铰座的左、 右侧支承板的实际偏心位置测量而定;并严格控制机加工公差范围。 4、必须保证整个轴系上,所有定位尺寸的精确和紧靠。从而,才可以保证两个关节球 轴承的内外环之间的正常装配游隙的需要。 为充分利用原有的扁平轴。笔者考虑从另一个侧面,对该问题进行整改,以期达到同样 增大扁平轴轴肩长度的结果。首先想到的是,隔套(件 7)仅仅起关节球轴承的内环的内侧 轴向定位作用,它与扁平轴之间是相对静止的,只要把它的内侧面超出悬臂上耳板扁平孔的 部分削除,使其不再与悬臂上耳板侧面接触,就可以消除其间的可能存在的滑动磨擦,这样, 同样起到了轴肩定位的作用,也相当于增大了扁平轴的轴肩长度。至于隔套(件 7)上要削 除部分的尺寸,可根据装配时的实际相对位置测量而定。 为此, 笔者测量了左右上铰支座与悬臂左右上耳板之间几组有关的实际位置尺寸 (见图示 五) 。
C

D

E

B A

图 测量后的数据记录如下(单位:mm) : 测量点 A B 左铰支座 前侧 420.80 221.40





右铰支座 后侧 421.94 221.74 前侧 421.78 221.08 后侧 420.90 220.50

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C D E

140.86 43.20 37.34

141.66 41.80 38.28

140.68 34.18 46.22

141.36 35.34 43.80

根据测量数据,进行简易的设计计算,确定内隔套和外垫圈的有关尺寸:

1.内隔套宽度b1: b1=1/2(A-100-130-140) 左铰支座b1=26 -0.10 右铰支座b1=25 +0.45 -0.15 +0.40 2.轴孔中心线偏差: 左铰支座1/2(42-38)= 2 mm 右铰支座1/2(45-35)= 5 mm 内隔套轴肩取值:左内侧 5mm 右内侧 7mm 3.外垫圈宽度b2: 左铰支座 外档:42 -0.20 内档:37 +0.30 -0.25 +0.25 +0.30 +0.40 右铰支座 内档:34 +0.25 外档:44 +0.35
再根据上述数据,对内隔套和外垫圈进行重新的设计和制图,并完成加工。这里仅列举 右铰支座内侧的内隔套的设计图纸,其他的从略(见图示六) 。







最后,按图制作的左右铰支座的两副内隔套和外垫圈,共 8 只,复查尺寸合格后,正式 上机安装。安装后的相对位置尺寸均符合装配的要求。经悬臂起伏试车,关节球轴承转动十 分灵活,证明该项整改的结果是成功的。 针对第三种机构形式,由于问题的关键在于铰支座的端盖(件 6)内侧凹凸部位凸台与 关节球轴承外环之间的重复定位问题上。所以,我们解决它的最简单的办法,就是对这个端 盖的凸台的相对位置,做一次十分精确的测定,重新对凸台的定位面进行一次精加工,尽量 减小重复定位的两个定位之间的尺寸偏差,保证其间尽可能的精确,就达到了消除原存在的

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问题的目的。

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