起重机回转机构工作特性与故障模式分析

赵志通

（河北保定徐水巨力索具股份有限公司起重机技术部,河北 保定 072550）

随着起重机技术的发展，大型化、复杂化趋势明显，起重机一旦发生故障可能会造成重大事故，带来人员伤亡或巨大经济损失。尤其是起重机回转机构，承载大，启停频繁，再加上老化、磨损等因素，机械性能不断退化，运行可靠性逐渐降低，设备故障率不断提高。因此，及时掌握设备各部件的健康状态，尽早发现故障预兆并采取合理措施排除是非常必要的。

1 起重机回转机构的组成

起重机回转机构是实现吊臂旋转作业的执行机构，包括回转驱动、回转支撑及转台三部分。其中转台是起重机的承载部件，与回转支撑通过螺栓连接，回转支撑安装在起重机的对接座圈上。转台机构一般是整体式焊接，主要组成部分有四个：主体结构、连接支架、底板座圈以及尾箱。吊臂承受的所有载荷通过回转支撑传到底盘上。所以，转台的结构刚度、回转支撑的强度和各部件的连接强度等都会影响整个回转机构的运行稳定性和可靠性。目前国内外起重机采用最广泛的回转支撑形式是滚动轴承式回转支撑，其突出优点是结构紧凑、密封与润滑良好，装配维修简单，轴向间隙很小、技术成熟、工作平稳、使用寿命长等，因而应用广泛，各式起重机诸如汽车式、轮胎式与履带式起重机，再如大型的门座、塔机起重机等都采用滚动轴承式回转支撑。滚动轴承一般由内圈、外圈和滚动体等构成，对密封性和润滑要求较高。这种回转支撑要承受包括自重在内的全部吊装载荷，因此非常关键。轴承内圈通常带有内齿，与下车车架螺栓连接，轴承外圈与转台底部螺栓连接。带有减速器的回转驱动安装在转台上，回转驱动与回转支撑通过齿轮啮合带动上车转动完成起重机的回转。

常见的起重机回转驱动有两种：液压型驱动和电机型驱动。其组成及工作原理各不相同。液压型驱动是通过高压液压油带动液压马达运转。液压马达又有低速高速之分。高速马达一般配合减速机使用；低速大扭矩马达可直接驱动最后一级齿轮实现起重机的回转动作。进行回转动作时，油泵吸取液压油并加压，通过管路、阀门等传输给液压马达，液压马达再驱动减速机回转进而驱动回转支撑内圈转动，带动整个上车部分回转。

电机型驱动是由电动机、减速器、联轴器等组成，最后一级齿轮与回转支撑内齿圈啮合驱动回转机构转动。常见的电机型驱动有以下四种：卧式电动机搭配涡轮减速器，该配置结构紧凑，工作平稳，但传动效率较低；卧式电动机搭配标准的圆柱圆锥齿轮减速器，这种搭配结构传动效率高，但尺寸较大；立式电动机搭配行星减速器，这种搭配很紧凑，传动比也足够大，值得继续开发和推广；立式电动机搭配立式减速器，这种搭配结构较紧凑，传动效率高，是目前应用广泛的驱动方案。

2 起重机回转机构工作特性

由于起重机的工作需要，其回转机构是启停最频繁的部件，同时回转载荷很大，既要克服自重和吊重等的惯性载荷，又要克服各种摩擦力矩和风阻等载荷，在回转载荷中各部分惯性载荷以及风阻载荷占了相当大的比例。由于起重臂越来越长，起重机所承受的惯性载荷和风阻也都相应增加，造成回转操控很不稳定。大量的起重机运行数据统计显示，回转机构在启停以及其他动作执行过程中冲击载荷很大，起重机很多部件因此而损坏造成故障。

起重机回转机构无论采用调频或调压的方式来控制驱动电机，只是在一定限度内降低回转冲击载荷，起到保护起重机回转机构的作用，不可能从根本上完全消除，这是回转机构的工作特性决定的。基于这一特性以及起重机在安全性、可靠性和稳定性等方面的特殊要求，其回转机构工作特性要满足以下几点：

（1）回转机构的自重尽量降低，尺寸尽量要小，减小自身载荷、体积对起重机整体的影响。

（2）回转机构的设计可靠性要高，即故障率要低，要保证使用寿命。

（3）传动效率要高。

（4）工作过程中要驱动、制动可靠，定位准确，停机时可以取消制动使其自由转动，尽量避免附加载荷的产生。

（5）回转机构在驱动、制动、变速等过程中，回转动作要平稳，启停惯性载荷要小尽量减小回转冲击载荷。

（6）回转机构的调速性能要良好，可在重载、轻载等不同载荷下以不同速度回转。

3 回转机构故障模式分析

起重机的工作环境一般比较恶劣，机械零部件由于受到多种因素如疲劳、腐蚀、磨损等的影响，结构形状变形，技术性能退化，可靠性降低，故障率提高。回转机构零部件常见的故障有：回转驱动力不足或缺失、回转振动与冲击、回转噪音等，常见零部件的故障情况见表1。如果回转机构出现故障必须及时修理，否则会使起重机丧失部分功能，影响起重机的正常工作，严重的可能会威胁到人员生命和财产安全等。

回转机构零件故障

4 结论

预先了解回转机构中存在的危险因素是预防故障发生的前提，从而有效的预防故障发生，保证起重机回转机构安全、正常的工作。本文对起重机回转机构的组成及工作特性进行了详细论述，并对回转机构及各零部件的常见故障进行了分析，为起重机回转机构有效安全运行提供了有益参考。

[1] GB/ T3811—1993 起重机设计规范[Z] .

[2] 刘元利.起重机回转机构设计应注意的问题[M] ,交通科技,2003(4):81-82.

[3] 石国祯,鲍清心.起重机回转机构的计算机辅助设计[J] , 武汉水运工程学院学报, 1989(4):25-30.