多繩摩擦式提升機天輪裝置異響問題研究

原 斌

（潞安化工集團常村煤礦，山西 長治 046100）

引言

多繩摩擦式落地式提升機天輪裝置是提升機承力部件的主要構成部分，其結構設計影響了企業的生產效率。提升技術水平的提高以及礦山生產規模的擴大，對摩擦式多繩提升機的規格以及提升能力提出了更高的要求，當前國內多繩摩擦式落地式最大的提升機型號是JKMD～6.2×4，固定輪或游動輪單個具備821 kN的受力，天輪裝置的載荷過大會出現異常運行聲響，尤其是連接螺栓的斷裂嚴重影響了礦井的安全生產，因此，深入分析了提升機天輪裝置異響原因，并提出解決方案。

1 天輪裝置結構分析

圖1是多繩摩擦式落地式提升機顯示的提升系統。井架安裝天輪可以實現兩個作用：容器調整中心距的提升可以提升系統并對鋼絲繩改變方向。

圖1 多繩摩擦式落地式提升機提升系統

圖2是各個結構在天輪裝置圖。輪子是單獨的4個組成了每一套裝置，天輪軸和平鍵連接里面的一個輪子，也就是固定輪；剩下的輪子是游動的天輪軸，也就是所謂的游動輪。轉動的固定輪被運動的鋼絲繩帶動，轉動的天輪軸被接著帶動。天輪軸和輪毅在單獨游動輪間都配備了軸瓦兩半式四個，軸向間隙是0.2~0.5 mm之間，位于四個輪子中，在不一致的線速度出現于每根鋼絲繩時，天輪軸和游動輪均能相對自由地轉動。

圖2 天輪裝置結構圖（單位：mm）

游動輪最外端的定位是軸向卡箍兩半式，環形槽天輪軸內安裝卡箍，裝配時對厚度采取磨配，達到0.2~0.5 mm之間的游動輪間隙，其軸向位移才能微小推動游動輪。

2 天輪裝置異響原因分析

2.1 分析軸瓦受力

下頁圖3是軸瓦受力。運行中的提升機，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

輪體單個受力F輪計算公式為：

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天輪軸計算公式為：

式中：μ為摩擦因數。

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

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，取0.75；z為螺栓數量，個；N為預緊螺栓力。

2.1.3 軸瓦端面與游動輪、固定輪或卡箍之間的摩擦力

沒有正常擺動的提升容器或者偏斜罐道出現的偏斜提升中心線都能產生一個力，軸瓦端面與游動輪、固定輪或卡箍之間的摩擦力f端面計算公式：

式中：n為游動輪個數，取3；β為天輪及提升機中心線主軸的偏斜角或夾角。

正常運轉的天輪裝置中，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系。斷裂的螺栓主要是游動輪毅和軸瓦出現相對運動，包含以下原因：

1）松動的螺栓會產生較大的螺栓受力，也發生在螺栓連接軸瓦較松時，會發生降低的f輪轂，出現f輪轂＜f天輪軸。同時，軸瓦的相對運動沿圓周方向，切向力給了螺栓，并且切力隨增大的相對運動成正比，直到剪斷螺栓，此時溝槽便形成于輪毅端面，所以運行的天輪會出現異響。

2）沒有良好的潤滑軸瓦，主軸和軸瓦便出現黏連，會發生增大的f天輪軸，出現f輪轂＜f天輪軸。剪切力重復正反向運動，會出現剪斷的螺斷。這時，天輪軸和軸瓦不再潤滑，而是干摩擦，運行的天輪也會出現異響。

3）罐道偏斜或者提升容器偏抖提升中心線沒有擺動正常，都會使天輪軸線和提升機的中心主軸線出現夾角，f端面作用于軸瓦端面，那么f端面≠0，此時會加劇摩擦軸瓦，異響的發出是因為剪斷松動的螺栓連接。

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輪毅上，定位鍵安裝于鍵槽處，軸瓦和游動輪毅加裝螺栓一對進行固定。游動輪毅和軸瓦有一個切向力是靠定位鍵去對抗的，保證不會剪斷螺栓。

圖4 加裝定位鍵

1）尺寸標注的設計方式是基礎線N-N的中心鍵槽線去進行，定位鍵和鍵槽配合過盈，軸瓦與游動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，加強定位鍵的使用功能。

2）天輪裝置不同規格具備相應受力狀態，要考慮軸瓦尺寸結構和游動輪，選擇規格合適的安裝螺栓以及定位鍵尺寸。

3.2 合金軸瓦的鋅基應用

1）具有較高硬度和強度的ZA-27鋅基合金，具備很好的潤滑脂，有較強的抗黏著性和較好的自潤滑性，可以很好的抗噪及減振，因為阻尼高，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也是鋅基合金其中一個特點，所以有較小的軸瓦磨損，可以獲得較長的使用壽命，其使用至少高達合金銅軸瓦壽的兩倍。

所以提升機的天輪裝置選擇合金鋅基軸瓦可以達到使用要求，足以代替合金銅軸瓦。

3.3 優化天輪裝置結構

1）螺栓數量和規格的增加，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，不會發生運行異響。

3）加工工藝優化成軸瓦的兩半式，調節整體加工替代單獨加工，保證游動輪具備相同的外徑尺寸和軸瓦內徑，可以實現均衡的受力。

4）拋棄3 mm間隙的軸瓦兩半式，可以明顯增加相對運動的軸瓦圓周，剪切力降低帶給螺栓的承擔力度。

5）卡箍結構進行優化改進，可以實現卡箍全局遮擋去連接螺栓，降低卡箍切斷而露出螺栓的機率。

6）軸瓦油槽的潤滑結構進行優化，需要將油槽深度加大，才能調節潤滑程度。

7）軸瓦增加剩余厚度的沉孔，可以提升強度。

8）裝配過程嚴格要求連接軸瓦螺栓的擰緊程度，最后將防松樂泰膠進行涂抹，降低松動的發生。

9）天輪裝置增加輻條規格和數量，可以實現天整體強度及剛度的提升，加強承載能力。

10）清洗軸瓦增加幾個放油口，更好地清理銅瓦稀油，保證第一時間恢復常態。

3.4 其他措施

1）安裝過程嚴格要求避免偏斜的鋼絲繩，調整一致的提升機和罐道以及天輪的中線。

2）鋼絲繩運行過程要保證張力正常，為了減少天輪裝置發生問題，必須隨時調節平衡狀態的張力。

3）天輪使用過程要隨時檢查潤滑程度，潤滑管路的清洗和加油要嚴格依據要求，使天輪裝置一致潤滑。

4 結語

經驗證，本文制定的多繩摩擦式提升機無輪裝置異響問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格，可以很好地處理異響問題。在返廠維修天輪裝置以及改造升級舊結構方面，本方案可以提供有效的指導作用。