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技術(shù)實(shí)力是中國礦業(yè)大學(xué)礦山機械摩擦材料科研基地、教學(xué)實(shí)習基地，是河南科技大學(xué)產(chǎn)學(xué)研基地，是中國重型機械工業(yè)協(xié)會(huì )會(huì )員單位，是摩擦襯墊、塑料襯板等五項產(chǎn)品行業(yè)標準制定者。
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落地式多繩摩擦式提升機天輪裝置異響分析及解決方案
發(fā)布時(shí)間：
2024-02-01
來(lái)源：
針對提升機天輪裝置在運行中出現的異響問(wèn)題，從軸瓦的受力入手，對異響形成的原因進(jìn)行分析，一般與軸瓦連接螺栓的斷裂有關(guān)。從提高軸瓦螺栓抗剪切力、改善軸瓦耐磨特性等角度，提出加裝定位鍵、應用鋅基合金軸瓦、改善天輪裝置結構等解決方案，對于舊結構天輪裝置的升級改造及返廠(chǎng)維修有一定的指導意義。
天輪裝置用于落地式多繩摩擦式提升機，是提升機的主要承力部件之一，其結構設計水平的高低影響著(zhù)提升系統的安全運行和企業(yè)的生產(chǎn)效率。隨著(zhù)礦山生產(chǎn)規模的擴大和提升技術(shù)水平的提高，多繩摩擦式提升機的提升能力和規格越來(lái)越大，天輪裝置上的負載也隨之增大，如國內最大的落地式多繩摩擦式提升機 (JKMD－6.2×4 型提升機)，其單個(gè)游動(dòng)輪 (或固定輪)的受力達到 821 kN。過(guò)大的載荷使得天輪裝置在運行中經(jīng)常出現異常響聲，甚至連接螺栓被剪斷等現象，影響礦井的安全生產(chǎn)，亟待解決。
1 天輪裝置的結構
落地式多繩摩擦式提升機的提升系統如圖 1 所示。天輪安裝在井架上，其作用一是改變鋼絲繩的方向；二是根據提升系統要求，調整提升容器的中心距。
圖1 落地式多繩摩擦式提升機的提升系統
1.摩擦輪 2.天輪 3.提升鋼絲繩 4.提升容器或平衡錘 5.尾繩
天輪裝置的結構如圖 2 所示。每套由 4 個(gè)單獨的輪子組成，其中一個(gè)輪子用平鍵與天輪軸連接，稱(chēng)作固定輪；其他輪子相對天輪軸是游動(dòng)的，稱(chēng)作游動(dòng)輪。鋼絲繩運動(dòng)時(shí)帶動(dòng)固定輪轉動(dòng)，固定輪又帶動(dòng)天輪軸一起轉動(dòng)。每一個(gè)游動(dòng)輪的輪轂與天輪軸之間裝有 4 個(gè)兩半式軸瓦，4 個(gè)輪子之間各有 0.2～0.5 mm的軸向間隙，當每條鋼絲繩的線(xiàn)速度不完全相同時(shí)，游動(dòng)輪與天輪軸之間可自由地相對轉動(dòng)。
圖2 天輪裝置的結構
1.天輪軸 2.固定輪 3.游動(dòng)輪 4.襯墊 5.卡箍 6.軸承座 7.軸承 8.軸瓦 9.螺栓
最外端游動(dòng)輪用兩半式卡箍軸向定位，卡箍安裝在天輪軸環(huán)形槽內，其厚度在裝配時(shí)進(jìn)行磨配，以保證各游動(dòng)輪之間的間隙為 0.2～0.5 mm，這樣游動(dòng)輪可以發(fā)生微小的軸向位移。
2 天輪裝置異響原因分析
2.1 軸瓦的受力分析
軸瓦的受力如圖 3 所示。提升機運行時(shí)，軸瓦受力主要為摩擦力。
圖3 軸瓦受力分析
2.1.1 軸瓦與天輪軸之間的摩擦力
單個(gè)輪體的受力
式中：Fmax為鋼絲繩最大靜張力，kN；α 為鋼絲繩出繩仰角，(°)。
軸瓦與天輪軸之間的摩擦力
式中：μ 為摩擦因數。
軸瓦與天輪軸之間的摩擦力由軸瓦連接螺栓承擔，力的大小與軸瓦和天輪軸間是否充分潤滑有關(guān)。潤滑充分時(shí)，f天輪軸較小，螺栓承受的剪切力較??；潤滑不佳時(shí)，f天輪軸較大，螺栓承受的剪切力較大。因此必須保證螺栓的規格和數量，才能避免螺栓因承載力不夠而被剪斷。
2.1.2 軸瓦與輪轂之間的摩擦力
連接螺栓緊固后，軸瓦與輪轂結合面之間產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力
式中：k 為不平衡系數，取 0.75；z 為螺栓數量，個(gè)；N 為螺栓預緊力，N。
2.1.3 軸瓦端面與其他游動(dòng)輪、固定輪或卡箍之間的摩擦力
提升容器的非正常擺動(dòng)、提升中心線(xiàn)偏斜 (罐道偏斜)等因素會(huì )使游動(dòng)輪受到軸向力作用，使游動(dòng)輪與游動(dòng)輪、固定輪或卡箍間產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力
式中：n 為游動(dòng)輪數量，n=3；β 為提升機主軸中心線(xiàn)與天輪軸線(xiàn)的夾角 (偏斜角)，(°)。
天輪裝置正常運轉時(shí)，f輪轂＞ f天輪軸，f端面=0。
2.2 天輪裝置異響原因分析
天輪裝置出現異常聲響，一般與軸瓦連接螺栓的斷裂有關(guān)。導致螺栓斷裂的直接原因是軸瓦和游動(dòng)輪轂之間產(chǎn)生相對運動(dòng)，這主要與以下因素有關(guān)。
(1)螺栓松動(dòng) 軸瓦連接螺栓未緊固或者螺栓受力過(guò)大時(shí)，導致螺栓松動(dòng)，造成 f 輪轂減小，使得 f 輪轂＜f天輪軸。此時(shí)，軸瓦會(huì )產(chǎn)生圓周方向的相對運動(dòng)，螺栓受切向力，并且隨著(zhù)相對運動(dòng)的加大，螺栓所受剪切力也越來(lái)越大，直至螺栓被剪斷。剪斷的螺栓在輪轂端面形成溝槽，導致天輪運行時(shí)產(chǎn)生異響。
(2)軸瓦潤滑不良 軸瓦潤滑不良，導致軸瓦與主軸之間產(chǎn)生粘連，造成 f天輪軸增大，使得 f輪轂＜f天輪軸。反復的正反向剪切力，使得連接螺栓逐漸被剪斷。與此同時(shí)，軸瓦與天輪軸之間由充分潤滑變?yōu)楦赡Σ?，導致天輪運行時(shí)產(chǎn)生異響。
(3)提升中心線(xiàn)偏斜 提升容器的非正常擺動(dòng)、罐道偏斜等使得提升機主軸中心線(xiàn)與天輪軸線(xiàn)之間存在一定的夾角，軸瓦端面會(huì )受到 f端面的作用。此時(shí)，f端面≠0，從而引起軸瓦摩擦加劇，發(fā)出異響，連接螺栓出現松動(dòng)而被剪斷。
3 解決方案
筆者從提高軸瓦螺栓抗剪切力、改善軸瓦耐磨特性等角度，提出以下解決方案。
3.1 加裝定位鍵
在游動(dòng)輪轂和軸瓦上分別加工出鍵槽，在鍵槽處加裝定位鍵，利用 2 個(gè)螺栓將其分別固定在游動(dòng)輪轂和軸瓦上，如圖 4 所示。定位鍵可承受軸瓦與游動(dòng)輪轂之間的切向力，防止螺栓因受剪切力而被剪斷。
圖4 加裝定位鍵
(1)設計時(shí)，以鍵槽中心線(xiàn) N-N 為基礎線(xiàn)進(jìn)行尺寸標注，鍵槽與定位鍵之間采用過(guò)盈配合，游動(dòng)輪轂和軸瓦上的軸瓦連接螺栓孔使用鉆模加工，這樣可避免軸瓦連接螺栓孔、注油孔出現過(guò)約束，確保定位鍵能正確定位。
(2)根據各規格天輪裝置的受力情況，以及游動(dòng)輪、軸瓦結構尺寸，合理確定定位鍵的尺寸及安裝螺栓的規格，結果如表 1 所列。
表1 定位鍵的尺寸及螺栓規格
3.3 改善天輪裝置結構
(1)增大螺栓規格或增加螺栓數量，降低軸瓦固定螺栓斷裂的概率。
(2)將固定輪與天輪軸的公差配合由 H8/js6 調整為 H7/n6，以提高裝配的配合精度，避免運行時(shí)出現異響。
(3)改進(jìn)兩半式軸瓦的加工工藝，由單獨加工改為整體加工后剖分，使同一游動(dòng)輪的軸瓦內徑和外徑尺寸一致，保證受力均衡。
(4)取消兩半式軸瓦之間的 3 mm 間隙，改善軸瓦圓周的相對運動(dòng)，減小螺栓所受剪切力。
(5)改進(jìn)卡箍結構，確保連接螺栓能夠被卡箍全部或局部遮擋，避免螺栓因露出而被卡箍切斷。
(6)改進(jìn)軸瓦潤滑油槽結構，加大油槽深度，以改善潤滑狀態(tài)。
(7)增加軸瓦上沉孔的剩余厚度，以增加強度。
(8)要求裝配時(shí)擰緊軸瓦連接螺栓，并且涂抹樂(lè )泰防松膠，消除松動(dòng)隱患。
(9)增加天輪裝置輻條數量或加大輻條規格，提高天輪裝置的整體剛度和強度，從而提高其承載能力。
(10)增加清洗軸瓦的放油口，以便在必要時(shí)利用稀油對銅瓦進(jìn)行清理，恢復其正常工作狀態(tài)。
3.4 其他措施
(1)安裝時(shí)，確保天輪中線(xiàn)、罐道中心線(xiàn)、提升機中心線(xiàn)對正，防止鋼絲繩發(fā)生偏斜。
(2)運行時(shí)，經(jīng)常檢查各鋼絲繩的張力狀態(tài)，并及時(shí)調整保證張力平衡，避免天輪裝置出現故障。
(3)使用中，經(jīng)常檢查天輪的潤滑狀況，按要求加油或清洗潤滑管路，確保天輪裝置處于良好的潤滑狀態(tài)。
4 結語(yǔ)
通過(guò)對天輪裝置異響形成的原因進(jìn)行分析，提出了異響問(wèn)題的解決方案。方案已廣泛用于多種規格的天輪裝置，效果很好，異響問(wèn)題基本解決。這些解決方案對于舊結構天輪裝置的升級改造及返廠(chǎng)維修具有一定的指導意義。
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