港口集装箱轮胎吊16轮大车从动桥故障分析

第17卷 第4期 中 国 水 运 Vol.17 No.4 2017年 4月 China Water Transport April 2017
收稿日期：2017-02-13
作者简介：
夏建人，上海振华重工（集团）股份有限公司。

港口集装箱轮胎吊16轮大车从动桥故障分析
夏建人
（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）
摘 要：港口集装箱轮胎吊简称场桥，主要用于港口集装箱堆场的吊装作业，具有起重量大、装卸速度快、安全可靠的特点。

而大车行走主、从动桥是支撑整机及货物的总重量并使其行驶的主要装置。

针对港口现场提供的大车行
走从动桥损坏情况，本文结合工作中的实际经验，详细阐述了损坏原因和整改技术方案。

关键词：港口集装箱轮胎吊；大车行走主从动桥；圆锥滚柱轴承；轴向间隙检查；间隙调整
中图分类号：U693.35 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）04-0083-02
国内各大港口多次发生港口集装箱轮胎吊故障，港口集装箱轮胎吊16轮大车行走从动桥损坏，从动轮脱落事故，初步估算在用产品数量达100台之多。

现根据以下港口集装箱轮胎吊从动桥装配图及各大港口现场提供损坏情况照片，分析损坏原因和整改技术方案。

图1 港口集装箱轮胎吊16轮大车从动桥装配设计图
图2 轴承损坏
图3 车轮脱落
从图2、图3照片所示损坏情况，对照图1港口集装箱轮胎吊16轮大车从动桥装配设计图，
可知损坏由外侧30222圆锥滚柱轴承失效开始。

图2是该轴承的轴承座端盖打开，拆去调整螺母和止动垫片后所显露的状态。

其中轴承滚柱基本完好，滚柱保持架已损坏，但情况不很严重，轴承内圈滚道的挡边已发生碎裂，碎片脱落；外圈滚道上部被挤出，其端面几乎与轴承座端面平齐。

另外，安装上其与另一个32026轴承采用背靠背布置，两轴承内圈之间无隔离定位套，外圈靠轴承座凸肩隔离定位；图面规定轴承的轴向游隙应调整至0.08~0.15mm. 调整靠调整螺母和止动垫片实现。

从港口集装箱轮胎吊16轮大车大车行走轮工况分析，
在正常大车行走时轴承主要受整机自重和起重载荷产生的径向力，属于低速重载工况；而在大车静止状态，小车带载运行起、制动时，轴承则受较大的由小车自重及其起重外载荷的惯性引起的轴向冲击载荷作用。

另外不难看出的是，整个轮胎的载荷主要由30222轴承单独承受，设计载荷为160,000N，轴承的额定径向动载承载能力315,000N，附加轴向力约50,000N。

轴承有偏小嫌疑。

综上所述，可以得出有关损坏原因分析和解决方案的结论如下：
一、损坏原因分析
1．设计所定轴承轴向间隙不当。

圆锥滚柱轴承组合，其轴向间隙的作用是防止因轴承和轴在运行中发热膨胀而造成运行阻力变大，使轴承使用寿命缩短或早期损坏。

所以这种轴向间隙应根据轴承所受载荷和运转速度合理选用与调整。

对本案，港口集装箱轮胎吊16轮大车从动桥轮毂而言，因大车行驶速度很低，而在静止状态和大车转向工况下，受较大轴向冲击和轴向载荷，轴承宜采用较紧一些的调整，并进行可靠固定。

若轴向间隙过大，其结果将使轴承内承载滚柱数减少，滚柱与滚道间的接触应力增大，也使内圈滚道挡
边所受的冲击更大，并很快导致轴承损坏。

图2的轴承损坏情况照片中，30222轴承失效从内圈挡边的损坏开始盖源于此。

设计所定0.08~0.15的轴向调整间隙显然过大，较合理的应该在0.02~0.08，甚至更小。

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图7 控制输入
从仿真结果可以看出，提出的控制算法不仅成功地驱动仿真系统的状态收敛到参考状态附近很小的邻域内，而且在跟踪控制过程中实现了确定学习。

使用学习过得知识改进了系统的控制性能。

参考文献
[1] LWEIS F L，LIU Kai，YESILDIREK A.Neural net robot
controller with guaranteed tracking performance[J].IEEE Trans.on Neural Netw.，1995，6（3）：703-715.
[2] SUN Fuchun，SUN Zengqi，WOO P Y.Neural
network-based adaptive controller design of robotic manipulators with an observer[J].IEEE Trans.Neural Netw，2001，12（1）：54-67.
[3] WAI R J.Tracking control based on neural network strategy
for robot manipulator[J].Neurocomp.，2003，51：425-445.
[4] 陈志煌，陈力.闭链双臂空间机器人抓持载荷基于径向基函数
神经网络的补偿控制[J].机械工程学报，2011，47（7）：38-44.
[5] 彭济根，倪元华，乔红.柔性关节机操手的神经网络控制[J].
自动化学报，2007，33（2）：175-180.
[6] 吴宝强，孙炜，曹成.柔性和摩擦力不确定条件下 RBF神
经网络自适应轨迹跟踪方法[J].机械工程学报，2012，48（19）：23-28.
[7] 俞建成，李强，张艾群等.水下机器人的神经网络自适应
控制[J].控制理论与应用，2008，25（1）：9-13.
[8] WANG C，HILL D J.Learning form neural control[J].IEEE
Trans.Neural Netw.，2006，17（1）：130-146.
[9] LIU Tengfei，WANG Cong，HILL D J.Learning from
neural control of nonlinear systems in normal form[J].Systems & Control Letters，2009，58：633-638.
[10] LEWIS F L，ABDALLAH C T，DAWSON D M.Control of
Robot Manipulators[M].New York：Macmillan，1993.
[11] KURDILA A J，NARCOWICH F J，WARD J
D.Persistency of excitation in identification using radial
basis function approximants[J].SIAM J.of Control and Optimization，1995，33（2）：625-641.
[12] WANG C，HILL D J.Deterministic learning theory for
identification，recognition and control[M].Boca Raton， [13] SLOTINE J J，LI W.Applied nonlinear control[M].New
Jersey：Prentice Hall，Englewood Cliffs，1991.
（上接第83页）
2．对轴向间隙调整后的固定不当也是造成轴承破坏的主要原因之一。

本案设计采用调整螺母加止动垫片对轴承进行轴向固定，在理论上虽可行，但实际操作存在许多不确定因素，例如原设计调整螺母上的定位销孔之间的分度间隔尺寸所决定的轴向调整分辨率为0.25mm，远不能满足间隙调整精度要求，还有调整螺母加工精度及其与从动桥之间的螺纹啮合间隙的变化等，这些都往往会使实际间隙比理论的更大。

3．圆锥滚柱轴承的装配和轴向间隙调整对轴承使用寿命起决定作用，应当报验，但实际很可能并未如此规定。

4．轴承很可能选型偏小，或轴承布置不合理使两轴承受力分配严重不均匀。

5．若能在大车运行一段时间后，打开轴承座端盖检查调整也可以避免事故发生。

但实际无论用户还是服务人员都未能及时检查调整，设计也无此特别要求，使得原本可以通过预防性检查维护得到纠正的故障，未能及时制止，直至发生事故。

二、解决可行方案
1．设计修改从动桥轮毂轴承的轴向间隙的调整值和固定方法，改用较紧间隙调整和精度较高而又可靠的轴向间隙固定，本案宜取小于0.05mm的轴向调整间隙，将调整螺母的调整分辨率从原来的0.25提高到0.05，甚至更高。

2．装配增加对实际调整间隙的检查程序，轴向间隙的检查测量应采用对轴承沿轴向正反两个方向加载方法进行，确认实际间隙与理论值相一致。

3．更换原设计梅花形调整螺母为圆螺母，并适当加厚和加大外径，使对轴承内圈挡边起支撑作用；建议对新产品从动轮轴承适当加大，或修改轴承座结构，避免轴承组轴承受力不均。

4．设备经一段时间初运行后，具体以大车运行满100小时为限，再次对轴承的轴向间隙进行检查，若有变化立即调整，调整必须在轴承（车轮）卸载情况下进行。

5．对在用的所有从动桥轴承进行普查，并按上述要求调整其装配间隙。

6．增加可视油位计，以便于对润滑油油位和油质随时观察检查。

7．推荐换用较适用低速重载传动工况的黏度220的极压齿轮油。