黄仕涛
(江苏利港电力能源集团, 江苏江阴 214444)
摘 要：江苏利电能源集团三期工程燃煤公用系统两台卸船机承担四台630MW机组燃煤加仓供应任务，生产任务繁重，自2006年投产以来，经常出现大车行走故障，给卸船机安全运行带来隐患。通过对三期卸船机大车行车故障原因分析，给出检修对策，为提高设备可靠性提供指导。
关键词：卸船机; 行走故障; 原因分析; 对策
1 引言
江苏利电能源集团三期工程燃煤公用系统配备一座5万吨级卸煤码头，安装两台桥式起重机,命名为#3/#4卸船机，设计额定出力为1800/h，年设计卸煤量为600万吨，实际年卸煤量约800万，为三期四台630MW机组供煤服务，两台卸船机自2006年投产以来，先后出现行走轮踏面龟裂、轮缘磨损、碎裂，行走轮传动轴断裂等故障，影响设备正常运行，降低设备可靠性。
2 设备现状
#3/#4卸船机为国产绳索牵引小车桥式起重机，设备总重量为1000吨，海陆侧各两组台车，海侧每组台车有10只行走轮，陆侧每组台车有8只行走轮。行走轮为幅板结构铸造车轮，材料为ZG35,行走轮轮径为710mm，踏面宽度为135mm，卸船机大车轨道型号为A100，属矮轨型，轨道踏面宽度为100mm。卸船机设计大车轮距为22米，轨距为22米，实测大车轮距最大为22.045米，比设计值偏大45mm，轨距为22米与设计相同。卸船机工作时产生的最大轮压为53.4ｔ。
2 行走轮故障原因分析
2.1 行走轮踏面裂纹
三期卸船机大车车轮自2006年投产使用不久，就出现车轮踏面剥落，且轮数较多，2009年原制造商免费制作更换两台卸船机所有行走轮，共计72只。但轮子材质和结构未作改变，仅更换制造厂家。
2.2 行走轮轮缘磨损
今年8月份份对两台卸船机金属结构进行了性能检测，检测结构为#3卸船机大车轮距平均大于设计值30mm,下横梁距平均大于设计值48mm，#4卸船机大车轮距平均大于设计值45mm,下横梁距平均大于设计值31mm。从检测的两台卸船机大车车轮跨距和下横梁跨距的变大可知，大车轮距的变大主要是由于下横梁以及门腿的形变导致的。由于两台卸船机大车轮距分别大于轨距35mm、45mm，卸船机行走时，行走轮轮缘中心线与轨道中心线不共线，产生偏移，形成两者测面挤压摩擦，而造成行走轮轮缘磨损，大车轨道踏面侧面下塌翻边。
2.3 行走轮轮缘碎裂
①卸船机整机晃动大
#3卸船机：垂直方向最大振动位移35.133mm，振动主频0.830Hz；大车方向最大振动位移73.823mm，振动主频0.586Hz；小车方向最大振动位移25.891mm，振动主频0.732Hz。
#4卸船机：垂直方向最大振动位移45.736mm，振动主频0.684Hz；大车方向最大振动位移83.442mm，振动主频0.537Hz；小车方向最大振动位移39.092mm，振动主频0.684Hz。
从检测数据可看出，#4卸船机振动幅度整体大于#3卸船机，且大车方向振动更为强烈，与现场实际感受一致。结合各项测试数据初步分析#4卸船机由于立柱垂直度超差造成的立柱侧弯和重心改变是其晃动幅度大于#3卸船机的主要原因。大车车轮与轨道理轮上形成线接触，由于金属结构变形，整机晃动导致行走轮与大车轨道接触面积产生变化，使线接触的应力分布极不均匀，变为极不利的点接触[1]，引起轮辋受压分布不均，产生应力疲劳裂纹，引起行走轮轮缘碎裂。
②卸船机大车轨道基础松动
三期码头紧靠卸船机大车轨道基础外侧设有雨水收集沟，轨道基础受沟内积水冲刷和卸船机大车行走时对基础的重载挤压，导致轨道基础临沟侧灌浆层流失，大车轨道基础板临沟测失去技撑，当卸船机行走轮运行时出现轨道踏面向沟倾斜，轨道起伏明显，加剧卸船机整机晃动，行走轮受力情况恶化，导致应力增加产生疲劳裂纹损伤。另外由于轨道基础临沟侧松动，大车行走时易导致车轮偏向轨道外侧，加剧了轨道内侧与车轮的挤压，引起车轮轮缘磨损。
③行走轮结构及制造质量
三期两台卸船机大车行走轮为铸件，中间轮辐较为单薄，从行走轮轮缘断裂情况看，轮子的轮辋和轮辐之间先出现了裂纹，然后沿圆周方向扩展，轮缘和踏面在重载情况下失稳引起断裂。断裂原因分析如下：轮子为铸件。铸造过程中存在内部缺陷，轮辐厚度为25mm，不到轮辋宽度1/8,轮辋宽度为210mm，轮辋与轮辐之间仅有安装传动齿轮一侧有加强筯板，另一侧无加强筯板。车轮踏面宽度为135mm，轨道踏面宽度为100mm。由于卸船机大车轮距比大车轨道大35mm，车轮踏面在轨道上前后来回滚动时，车轮内侧轮缘与轨道踏面内侧边缘接触产生挤压，车轮踏面中心线偏离轨道中心线17.5mm,传递给轮辐两侧轮辋的作用力不平衡，由于轮辐较窄，形成一倾斜力偶，卸船机作业时随着小车南北移动，大车架沿小车移动方向左右晃动，不能将车轮轮辋承受的载荷全部垂直作用在轮辐上，引起轮辋和轮辐存在交变的弯应力，使得轮缘与幅板过渡处产生疲劳裂纹。因台车架为全封闭结构无法观察车轮工况，裂纹在重载情况下继续扩展，当轮辋失去轮辐有效支撑，强度降低到屈服极限时断裂，轮缘和踏面随之断裂。
2.4 行走轮传动轴断裂
三期卸船机大车驱动传动轴齿轮内侧轴颈变化大，齿轮档轴颈直径为100mm，内侧衬套处轴颈仅为70mm，断列发生在此处凸肩处。由于台车行走轮中心距为820mm，轮缘径为760mm，两轮之间间隙仅为60mm，驱动传动轴偏离两轮中心线上114mm，传动轴中心与车轮轮缘距离为45mm, 内侧定位衬套内传动轴轴颈为70mm，衬套壁厚5mm，衬套外径为80mm，衬套离车轮轮缘距离仅为5mm，故增大传动轴直径已无空间距离。类比一期卸船机其传动轴靠齿轮内侧直径为140mm，圆锥过度，无凸肩，故不容易发生裂纹。
驱动安装为单支点型式，减速箱空套在转动轴大端上，存在向下的重力，齿轮外侧轴承为单只调心轴承，故齿轮内侧轴存在向上弯矩，传动时根部存在交变应力，易使此处产生裂纹断裂。
3 检修对策
3.1 严控行走轮踏面和轮缘热处理工艺
严控行走轮踏面和轮缘热处理硬度和深度，踏面和轮缘表面硬度不宜太高，太高淬火过程中容易产生微裂纹，使用过程中极易产生鱼鳞片裂纹，表面硬度太低，使用过程中极易磨损，导致车轮过早废。同样，淬火深度也一样，深度过大，易裂纹，深度过小，车轮寿命短。表面硬度应控制在HB380-401，淬火深度10 mm，走轮心部硬度控制在HB254-269，做到外硬内软，既增加车轮耐磨性又增加抗冲击性。车轮加工后应100%进行外部MT检查，内部UT检查，不允许有裂纹等缺陷。
3.2 缓解卸船机大车轮距变化
大车轮距的变大导致行走轮轮缘磨损，为此首先对大车轮跨及直线度进行调整，避免大车运行时的轨问题。其次由具有设计生产资质的厂家对门腿和下横梁的变形问题进行补强设计加固，改善腿部台车受力状况。必要时调整大车轨距，使行走轮和轨道两者踏面中心线偏移减少，防止行走轮轮缘磨损。
3.3 防止行走轮轮缘碎裂
①减少卸船机整机晃动
检查各结构连接法兰紧固情况，更换锈蚀和松动的螺栓并外委具有设计生产资质的厂家对门框结构进行验算，在海陆方向和大车方向分别进行补强设计加固。
②卸船机大车轨道基础修复
将水沟迁移轨道基础较远处，凿除原轨道基础，轨距重新调整找平，用新型树酯灌浆料（如巧固块）重新浇铸轨道基础。
③行走轮结构改进、提高制造质量
安排整机大修，将幅板结构铸造车轮全部更换为实心车轮，材料为42CrMo锻件，加工过程中应严格控制热处理工艺并进行无损探伤。
3.４ 防止行走轮传动轴断裂
在增大传动轴直径已无空间距离的情况下，通过将齿轮档轴颈与内侧衬套处轴颈过渡倒角由R4增大至R8,防止产生应力裂纹。
结语
综上所述，三期卸船机大车行走故障主要由于卸船机金属结构发生变化、轨道基础松动、走轮结构及加工质量不良、台车架设计不合理等原因造成，需要对卸船机金属结构进行补强设计加固及其轨道基础修复、更新走轮，消除故障，确保卸船设备安全可靠运行。
参考文献
[1]刘长江．高速运行时桥式起重机大车车轮损坏的原因及对策[J].起重运输机械.2008.(7)