礦山立井小斷面平衡錘專用滾輪罐耳的設計及應用

郭 翔

徐州煤礦安全設備制造有限公司 江蘇徐州 221011

目前，煤礦、冶金行業使用的立井組合鋼罐道大斷面平衡錘及提升容器多采用滾輪罐耳，由于斷面大，安裝尺寸充裕，布置形式常采用 3 件 1 組滾輪罐耳結構，使矩形鋼罐道三面靠緊，運行時，與組合鋼罐道通過摩擦滾動達到穩定提升容器的目的。小斷面平衡錘因安裝尺寸不足，3 件 1 組的滾輪罐耳無法正常安裝，常采用簡易的［形鋼罐卡，在平衡錘運行過程中，鋼罐卡對組合鋼罐道摩擦大，沖擊強，易損壞罐道，降低了罐道的使用壽命，增加了使用成本和維修費用。為此，徐州煤礦自行研制開發出小斷面平衡錘罐道導向裝置——平衡錘專用滾輪罐耳。與小斷面平衡錘配套使用時，專用滾輪罐耳可以減少其對組合罐道的硬性沖擊，保證了平衡錘的平穩運行和罐道的使用壽命。

筆者從平衡錘專用滾輪罐耳的結構、工作原理，介紹了立井提升系統小斷面平衡錘專用滾輪罐耳的設計及應用。

1 專用滾輪罐耳結構

小斷面平衡錘專用滾輪罐耳從結構上可命名為雙緩沖支撐滾輪罐耳，其聚氨酯膠輪與輪轂結合面大，運行平穩可靠，使用壽命長；其與罐道抱固性好，聚氨酯膠輪磨損后，調整位置方便，緩沖器預緊力調整簡單。

專用滾輪罐耳主體結構由輪軸、支撐架、液壓-碟簧復合緩沖器及底座組成，如圖 1 所示。輔助件由固定螺栓、前后銷軸、前后擋板及軸端固定擋板組成。

圖1 專用滾輪罐耳結構

輪軸由圓錐滾子軸承、階梯軸、圓螺母、透蓋、滾筒、耐磨銅套、聚氨酯膠輪及輪蓋組成，如圖 2 所示。圓錐滾子軸承 2 個 1 組背對背安裝在階梯軸上，增強輪軸運轉穩定性、抗徑向和軸向的沖擊力。聚氨酯膠輪具有不脫膠、不掉塊、高承載、高動態負荷、永久變形小、回彈性好、高耐磨性、內生熱低、耐高溫性佳、良好的動態性能及抗沖擊性等優點[1]。耐磨銅套外側分別與滾筒、輪蓋貼緊，內側與組合管道兩側面接觸，起著穩定導向作用。

圖2 輪軸結構

液壓-碟簧復合緩沖器由內柱桿、碟形彈簧、螺紋活塞桿、活塞桿密封圈、圓螺母及套筒組成，如圖 3 所示。內柱桿與活塞桿之間的空隙形成封閉的上腔室，套筒和彈簧之間的空隙形成封閉的下腔室，上下腔室各自獨立，通過活塞桿內均布四周的 4 個阻尼孔連通。安裝時，2 個腔室內注滿鋰基潤滑脂。平衡錘上下運行時，阻尼孔可以減緩罐道對輪軸的沖擊。活塞桿與支撐架由鉸接螺母連接，活塞桿頂端是高為10～15 mm 的四方體，該四方體方便扳手調節緩沖器預緊力和緊靠罐道的行程。復合碟形彈簧疊放在內柱桿與套筒之間，平衡錘上下運行時，罐道接觸點或高凸點對輪軸產生水平推力，經鉸接支撐架傳遞給液壓-碟簧復合緩沖器，緩沖器受壓縮產生反彈力。

圖3 緩沖器結構示意

2 工作原理

輪軸通過軸與支撐架連接，支撐架通過銷軸與底座及緩沖器連接，緩沖器通過銷軸與支撐架及底座連接。轉動液壓-碟簧復合緩沖器活塞桿可調整輪軸前后行程，從而調整輪軸位置。

專用滾輪罐耳沿罐道運行時，輪軸與罐道靠緊，輪軸受到水平推力，在支撐架、底座和緩沖器之間的鉸接作用下，緩沖器受壓縮產生反彈力。緩沖器的反彈力一是保證提升容器順利通過高點；二是保證提升容器不與罐道發生碰撞；三是保證提升容器在上升和下降過程中擺動幅度不會太大。緩沖器的緩沖性能是嚴格按照提升容器的質量、運行速度設計的，但其輪軸的最大水平推力要小于或等于行業標準要求。根據以上原理設計制造的專用滾輪罐耳能滿足用戶要求。

3 使用特點

專用滾輪罐耳用液壓-碟簧復合緩沖器取代傳統的緩沖結構，承載力大，運行平穩，可靠性高，壽命長，維修方便。底座和支撐架采用高強度 Q355 鋼板，整體結構強度高，抗沖擊性強。緩沖器復位行程小，可有效地避免滾輪與罐道產生異常碰撞，同時起到導向、緩沖與穩定的作用。罐道與專用滾輪罐耳由滑動摩擦變為滾動摩擦，減少了動力消耗，降低了噪聲，降低了磨損，從而提高了罐道和專用滾輪罐耳的使用壽命。輪軸外輪采用聚氨酯，側擋采用耐磨銅套，解決了實心輪轂質量大、慣性大、軸承受力大、軸承早期損壞以及耐磨滾輪磨損快的問題，克服了工作中耐磨滾輪摩擦發熱而溫度升高，產生變形的缺點。

4 應用情況

以萊州市金星礦業副井平衡錘使用為例，平衡錘(見圖 4) 技術參數如表 1 所列。

圖4 平衡錘結構

表1 平衡錘的技術參數

平衡錘斷面寬度為 430 mm，較窄，不能使用 3件 1 組罐耳。為滿足現場使用要求，在平衡錘上下盤體上焊接滾輪罐耳專用底座，使滾輪罐耳靠緊鋼罐道，并用 M16 螺栓將其固定在底座上。正常運行時，聚氨酯膠輪沿矩形鋼罐道滾動，其兩側卡槽形成滾動的滑槽，卡在矩形鋼罐道上，防止其發生左右擺動，使平衡錘在提升期間平穩運行。提升運行期間，遇到罐道連接處凸凹不平處，罐道產生的碰撞力由緩沖器吸收，減少了平衡錘與罐道間的沖擊力。使用該專用滾輪罐耳后，矩形罐道更換周期超過 700 d，專用滾輪罐耳的使用壽命超過 180 d，維護維修量降低，設備更換周期延長，保證了提升系統運行的平穩性。

5 結語

滾輪罐耳在山東黃金集團玲瓏金礦主立井平衡錘、萊州金星礦業副井平衡錘、招遠市辛莊黃金礦業洼孫家副井平衡錘上均使用良好。從使用效果來看，矩形鋼罐道的磨損明顯減少，維修量大幅度減少，提高了生產效率，減少了生產和維護成本，具有良好的推廣價值。