多繩摩擦式提升機(jī)天輪裝置異響問(wèn)題研究

原 斌

（潞安化工集團(tuán)常村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046100）

引言

多繩摩擦式落地式提升機(jī)天輪裝置是提升機(jī)承力部件的主要構(gòu)成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率。提升技術(shù)水平的提高以及礦山生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)摩擦式多繩提升機(jī)的規(guī)格以及提升能力提出了更高的要求，當(dāng)前國(guó)內(nèi)多繩摩擦式落地式最大的提升機(jī)型號(hào)是JKMD～6.2×4，固定輪或游動(dòng)輪單個(gè)具備821 kN的受力，天輪裝置的載荷過(guò)大會(huì)出現(xiàn)異常運(yùn)行聲響，尤其是連接螺栓的斷裂嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)，因此，深入分析了提升機(jī)天輪裝置異響原因，并提出解決方案。

1 天輪裝置結(jié)構(gòu)分析

圖1是多繩摩擦式落地式提升機(jī)顯示的提升系統(tǒng)。井架安裝天輪可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)作用：容器調(diào)整中心距的提升可以提升系統(tǒng)并對(duì)鋼絲繩改變方向。

圖1 多繩摩擦式落地式提升機(jī)提升系統(tǒng)

圖2是各個(gè)結(jié)構(gòu)在天輪裝置圖。輪子是單獨(dú)的4個(gè)組成了每一套裝置，天輪軸和平鍵連接里面的一個(gè)輪子，也就是固定輪；剩下的輪子是游動(dòng)的天輪軸，也就是所謂的游動(dòng)輪。轉(zhuǎn)動(dòng)的固定輪被運(yùn)動(dòng)的鋼絲繩帶動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的天輪軸被接著帶動(dòng)。天輪軸和輪毅在單獨(dú)游動(dòng)輪間都配備了軸瓦兩半式四個(gè)，軸向間隙是0.2~0.5 mm之間，位于四個(gè)輪子中，在不一致的線速度出現(xiàn)于每根鋼絲繩時(shí)，天輪軸和游動(dòng)輪均能相對(duì)自由地轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2 天輪裝置結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

游動(dòng)輪最外端的定位是軸向卡箍?jī)砂胧?，環(huán)形槽天輪軸內(nèi)安裝卡箍，裝配時(shí)對(duì)厚度采取磨配，達(dá)到0.2~0.5 mm之間的游動(dòng)輪間隙，其軸向位移才能微小推動(dòng)游動(dòng)輪。

2 天輪裝置異響原因分析

2.1 分析軸瓦受力

下頁(yè)圖3是軸瓦受力。運(yùn)行中的提升機(jī)，摩擦力是主要的軸瓦受力。

圖3 軸瓦受力分析圖

2.1.1 天輪軸和軸瓦的摩擦力

輪體單個(gè)受力F輪計(jì)算公式為：

式中：Fmax為鋼絲繩靜張力最大值，kN；α為出繩仰角。

天輪軸與軸瓦之間的摩擦力f天輪軸計(jì)算公式為：

式中：μ為摩擦因數(shù)。

天輪軸和軸瓦是連接螺栓的軸瓦承擔(dān)的摩擦力，潤(rùn)滑程度決定了此力的大小。小的八輪軸和足夠潤(rùn)滑時(shí)，剪切力在螺栓中就較??；較大的八輪軸或不夠潤(rùn)滑時(shí)，剪切力在螺栓中就較大。所以不出現(xiàn)剪斷的小承載力螺栓就需要足夠數(shù)量及規(guī)格的螺栓。

2.1.2 輪毅和軸瓦存在摩擦力

緊固螺栓連接后，輪毅和軸瓦之間存在摩擦力f輪轂，該摩擦力公式為：

式中，k為不平衡系數(shù)，取0.75；z為螺栓數(shù)量，個(gè)；N為預(yù)緊螺栓力。

2.1.3 軸瓦端面與游動(dòng)輪、固定輪或卡箍之間的摩擦力

沒(méi)有正常擺動(dòng)的提升容器或者偏斜罐道出現(xiàn)的偏斜提升中心線都能產(chǎn)生一個(gè)力，軸瓦端面與游動(dòng)輪、固定輪或卡箍之間的摩擦力f端面計(jì)算公式：

式中：n為游動(dòng)輪個(gè)數(shù)，取3；β為天輪及提升機(jī)中心線主軸的偏斜角或夾角。

正常運(yùn)轉(zhuǎn)的天輪裝置中，f輪轂>f天輪軸，f端面=0。

2.2 分析天輪裝置出現(xiàn)異響的因素

天輪裝置異響情況，大多和斷裂的連接軸瓦螺栓存在關(guān)系。斷裂的螺栓主要是游動(dòng)輪毅和軸瓦出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包含以下原因：

1）松動(dòng)的螺栓會(huì)產(chǎn)生較大的螺栓受力，也發(fā)生在螺栓連接軸瓦較松時(shí)，會(huì)發(fā)生降低的f輪轂，出現(xiàn)f輪轂＜f天輪軸。同時(shí)，軸瓦的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沿圓周方向，切向力給了螺栓，并且切力隨增大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)成正比，直到剪斷螺栓，此時(shí)溝槽便形成于輪毅端面，所以運(yùn)行的天輪會(huì)出現(xiàn)異響。

2）沒(méi)有良好的潤(rùn)滑軸瓦，主軸和軸瓦便出現(xiàn)黏連，會(huì)發(fā)生增大的f天輪軸，出現(xiàn)f輪轂＜f天輪軸。剪切力重復(fù)正反向運(yùn)動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)剪斷的螺斷。這時(shí)，天輪軸和軸瓦不再潤(rùn)滑，而是干摩擦，運(yùn)行的天輪也會(huì)出現(xiàn)異響。

3）罐道偏斜或者提升容器偏抖提升中心線沒(méi)有擺動(dòng)正常，都會(huì)使天輪軸線和提升機(jī)的中心主軸線出現(xiàn)夾角，f端面作用于軸瓦端面，那么f端面≠0，此時(shí)會(huì)加劇摩擦軸瓦，異響的發(fā)出是因?yàn)榧魯嗨蓜?dòng)的螺栓連接。

3 解決方案

3.1 加裝定位鍵

圖4是鍵槽加工在軸瓦和游動(dòng)輪毅上，定位鍵安裝于鍵槽處，軸瓦和游動(dòng)輪毅加裝螺栓一對(duì)進(jìn)行固定。游動(dòng)輪毅和軸瓦有一個(gè)切向力是靠定位鍵去對(duì)抗的，保證不會(huì)剪斷螺栓。

圖4 加裝定位鍵

1）尺寸標(biāo)注的設(shè)計(jì)方式是基礎(chǔ)線N-N的中心鍵槽線去進(jìn)行，定位鍵和鍵槽配合過(guò)盈，軸瓦與游動(dòng)輪毅利用鉆模加工螺栓孔的連接位置，可以減少約束注油孔和連接軸瓦的螺栓孔，加強(qiáng)定位鍵的使用功能。

2）天輪裝置不同規(guī)格具備相應(yīng)受力狀態(tài)，要考慮軸瓦尺寸結(jié)構(gòu)和游動(dòng)輪，選擇規(guī)格合適的安裝螺栓以及定位鍵尺寸。

3.2 合金軸瓦的鋅基應(yīng)用

1）具有較高硬度和強(qiáng)度的ZA-27鋅基合金，具備很好的潤(rùn)滑脂，有較強(qiáng)的抗黏著性和較好的自潤(rùn)滑性，可以很好的抗噪及減振，因?yàn)樽枘岣?，另外還有比較突出的耐磨減摩性。

2）但是不具備高的摩擦因數(shù)也是鋅基合金其中一個(gè)特點(diǎn)，所以有較小的軸瓦磨損，可以獲得較長(zhǎng)的使用壽命，其使用至少高達(dá)合金銅軸瓦壽的兩倍。

所以提升機(jī)的天輪裝置選擇合金鋅基軸瓦可以達(dá)到使用要求，足以代替合金銅軸瓦。

3.3 優(yōu)化天輪裝置結(jié)構(gòu)

1）螺栓數(shù)量和規(guī)格的增加，可以減少斷裂的螺栓固定軸瓦概率。

2）天輪軸和固定輪與調(diào)整公差配合是H7/n6代替H8/js6，可以將配合精度的裝配提高，不會(huì)發(fā)生運(yùn)行異響。

3）加工工藝優(yōu)化成軸瓦的兩半式，調(diào)節(jié)整體加工替代單獨(dú)加工，保證游動(dòng)輪具備相同的外徑尺寸和軸瓦內(nèi)徑，可以實(shí)現(xiàn)均衡的受力。

4）拋棄3 mm間隙的軸瓦兩半式，可以明顯增加相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軸瓦圓周，剪切力降低帶給螺栓的承擔(dān)力度。

5）卡箍結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)卡箍全局遮擋去連接螺栓，降低卡箍切斷而露出螺栓的機(jī)率。

6）軸瓦油槽的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，需要將油槽深度加大，才能調(diào)節(jié)潤(rùn)滑程度。

7）軸瓦增加剩余厚度的沉孔，可以提升強(qiáng)度。

8）裝配過(guò)程嚴(yán)格要求連接軸瓦螺栓的擰緊程度，最后將防松樂(lè)泰膠進(jìn)行涂抹，降低松動(dòng)的發(fā)生。

9）天輪裝置增加輻條規(guī)格和數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)天整體強(qiáng)度及剛度的提升，加強(qiáng)承載能力。

10）清洗軸瓦增加幾個(gè)放油口，更好地清理銅瓦稀油，保證第一時(shí)間恢復(fù)常態(tài)。

3.4 其他措施

1）安裝過(guò)程嚴(yán)格要求避免偏斜的鋼絲繩，調(diào)整一致的提升機(jī)和罐道以及天輪的中線。

2）鋼絲繩運(yùn)行過(guò)程要保證張力正常，為了減少天輪裝置發(fā)生問(wèn)題，必須隨時(shí)調(diào)節(jié)平衡狀態(tài)的張力。

3）天輪使用過(guò)程要隨時(shí)檢查潤(rùn)滑程度，潤(rùn)滑管路的清洗和加油要嚴(yán)格依據(jù)要求，使天輪裝置一致潤(rùn)滑。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)驗(yàn)證，本文制定的多繩摩擦式提升機(jī)無(wú)輪裝置異響問(wèn)題的解決方案具有一定的效果，并能適合天輪裝置的不同規(guī)格，可以很好地處理異響問(wèn)題。在返廠維修天輪裝置以及改造升級(jí)舊結(jié)構(gòu)方面，本方案可以提供有效的指導(dǎo)作用。