鹤煤六矿新副井天轮轴承的故障损伤及安全再使用

陈伟杰　李革梅　张敏

摘 要 对鹤煤六矿新副井天轮轴承损伤原因进行了查找分析研究，同时根据其受力特点确定了一个安全有效的解决方法，并对具体方法步骤进行了详细叙述，采用此方法解决问题后，使用结果表明，该方法经济、安全、可靠，经济及社会效益显著，具有一定的推广应用价值。

关键词 天轮；轴承；损伤；安全；再使用

中图分类号：TD534 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0150-02

1 设备简介

鹤煤六矿新副井提升机为落地式多绳摩擦提升机，提升系统由：提升容器、提升钢丝绳、提升机、天轮、井架、装卸载设备及电器设备等组成。两组同规格天轮组件位于井架顶部上、下平台，天轮组件型号为：T—2.8/2，由主轴、四个绳轮、两个轴架、两套球面滚子轴承（22356CA）、四个轴承挡盖等组成。每组天轮由两端的轴架支撑并稳固于井架平台，绞车四根主绳绕过绞车主滚筒后经上下两组天轮导向后进入井筒与提升容器连接，通过尾绳的平衡作用，形成一个稳定的提升系统。图1为提升系统简图。在绞车运行过程中，天轮组可以以最高8.2 m/s的速度运行。

2 故障现象

新副井提升系统担负着升降人员、物料、设备、提升矸石任务，除了规定的检查检修时间，几乎是连续运转。天轮组绳轮直径与绞车滚筒直径相同，同步运转，圆周速度及线速度相同，均为29.45rpm和4.3 m/s。该天轮组件是2011年4月1日更换并投入使用，2013年10月23日在矿井年度计划停产检修时检查发现，上组天轮南端轴承外圈正下偏顺时针方向约15°-20°位置有两处面积约30 mm2的疲劳点蚀损伤，若继续使用损伤面积势必会继续扩大，使用条件将进一步恶化，势必会发展到滚动体及内圈，影响轴承的运转精度，产生异常噪声和温升，使提升系统处于带病运转状态，不符合煤矿安全规程的要求，必须采取有效措施予以解决。

3 原因分析

由滚动轴承的负荷分布可知，由于滚动体所处的位置不同，受力不同。轴承在工作时各个滚动体所承受的载荷将由零逐渐增大到最大值，然后再逐渐减小到零。因此，滚动体承受的是变载荷。对于工作时旋转的内圈上任意一点，在承载区内，每次与滚动体接触就受载一次，因此，旋转内圈上任意一点的载荷及应力是周期性变化的。对于固定的外圈，各点所受载荷随位置不同而大小不同，对位于承载区内的任意一点，当每一个滚动体滚过便受载一次，而所受载荷的最大值是不变的，承受稳定的脉动循环载荷。外圈承载区任意一点的应力变化情况如图2所示。

通过提升系统图可以看出，作为支撑件，天轮轴承在罐笼自重、提升、平衡钢丝绳自重、提升重物及钢丝绳张力的作用下，始终处于受力状态，通过受力分析可知，其最大受力点处于第Ⅲ象限，与铅垂方向约呈19.5°角位置，与故障点位置进行比对发现，故障点位置与最大受力点位置基本吻合。天轮轴承内圈与主轴连接配合，外圈与轴承座孔连接配合，提升系统运行后，天轮轴承内圈与滚动体、保持架随主轴一起转动，外圈固定不动。综合分析得出如下结论：故障现象的产生是由于该处始终处于受力状态，且持续受最大脉动循环载荷的作用，造成疲劳点蚀损伤。于此同时也不难发现，由于轴承中径向游隙的存在，轴承中负荷区将减小，除了包括最大受力部位的承载区，轴承外圈其他部位基本不受力，处于非工作状态。

4 解决方法

解决问题最有效、最直接的方法就是将有损伤的轴承更换掉。采用此方法，首先，必须购置一套价值万余元的同型号轴承，因其所处的使用位置及其重要性，该轴承一般选用进口轴承，轴承到位后，即实施更换。我矿是落地式多绳摩擦提升机，天轮处在井架顶部，据地面高度约25米，且天轮上下平台面积有限，空间狭窄，作业过程中，天轮组起吊、旧轴承拆卸、新轴承加热、加热后安装等作业都是现场完成，对高空作业而言，作业难度相当大，作业安全性极差，而且施工时间长，影响矿井正常提升，因此，不是万不得已，尽可能不采用此法。

通过轴承受力分析可知，在正常情况下，其受力特点是：轴承外圈非受力部分占到圆周长约1/2-3/4，而且，一旦轴承安装定位，外圈固定，受力与非受力部位即固定不变。因此，根据这个特点，决定采取轴承外圈转向的方法解决问题，具体方法步骤如下：打开故障天轮组两端轴承座端盖、上盖，吊起天轮组，将故障轴承外圈逆时针旋转120°（也可顺时针旋转），即将有损伤的部位旋转至非受力部位，为了保持天轮组件转动精度的统一性，将另外一端的轴承外圈也同步旋转120°，天轮组重新落入轴承座孔安装固定，通过如此操作，合理有效的解决了轴承外圈损伤后的安全再使用问题。这样处理后，经过一个时期的运转使用，其受力特点决定轴承外圈该受力部位仍可能再受损，倘若受力部位再损伤，可采取同样的方法进行处理，亦即一套轴承在没有其他特殊问题的情况下，可以延长两个使用周期安全再使用。大胆的说，每次旋转90°，可以延长三个使用周期，但考虑到轴承本身制造的使用寿命和受力的合理性，故采取折中保守的方法，每次同方向旋转120°予以安全再使用。

5 效果及效益评估价

采用此方法处理后，截止笔者发稿之前的2014年5月31日，再次打开检查该轴承，使用状况良好，未发现异常的损伤。因此，与更换轴承方法相比，不但节省了万余元的轴承购置费和前期大量的准备工作，还避免了一次大型高危作业活动，同时可缩短施工时间约16小时，不但使用效果好，还安全高效，解除了新副井提升系统的安全隐患，确保其安全运行，经济、社会效益显著。此法对有类似情况的设备修理维护均可借鉴使用，具有一定的推广应用价值。

参考文献

[1]吴宗泽.机械零件[M].中央广播电视大学出版社，1986.

作者简介

陈伟杰（1968-），河南焦作人，1997年毕业于焦作工学院矿山机电专业，现从事煤矿机电管理工作。endprint

摘 要 对鹤煤六矿新副井天轮轴承损伤原因进行了查找分析研究，同时根据其受力特点确定了一个安全有效的解决方法，并对具体方法步骤进行了详细叙述，采用此方法解决问题后，使用结果表明，该方法经济、安全、可靠，经济及社会效益显著，具有一定的推广应用价值。

关键词 天轮；轴承；损伤；安全；再使用

中图分类号：TD534 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0150-02

1 设备简介

鹤煤六矿新副井提升机为落地式多绳摩擦提升机，提升系统由：提升容器、提升钢丝绳、提升机、天轮、井架、装卸载设备及电器设备等组成。两组同规格天轮组件位于井架顶部上、下平台，天轮组件型号为：T—2.8/2，由主轴、四个绳轮、两个轴架、两套球面滚子轴承（22356CA）、四个轴承挡盖等组成。每组天轮由两端的轴架支撑并稳固于井架平台，绞车四根主绳绕过绞车主滚筒后经上下两组天轮导向后进入井筒与提升容器连接，通过尾绳的平衡作用，形成一个稳定的提升系统。图1为提升系统简图。在绞车运行过程中，天轮组可以以最高8.2 m/s的速度运行。

2 故障现象

新副井提升系统担负着升降人员、物料、设备、提升矸石任务，除了规定的检查检修时间，几乎是连续运转。天轮组绳轮直径与绞车滚筒直径相同，同步运转，圆周速度及线速度相同，均为29.45rpm和4.3 m/s。该天轮组件是2011年4月1日更换并投入使用，2013年10月23日在矿井年度计划停产检修时检查发现，上组天轮南端轴承外圈正下偏顺时针方向约15°-20°位置有两处面积约30 mm2的疲劳点蚀损伤，若继续使用损伤面积势必会继续扩大，使用条件将进一步恶化，势必会发展到滚动体及内圈，影响轴承的运转精度，产生异常噪声和温升，使提升系统处于带病运转状态，不符合煤矿安全规程的要求，必须采取有效措施予以解决。

3 原因分析

由滚动轴承的负荷分布可知，由于滚动体所处的位置不同，受力不同。轴承在工作时各个滚动体所承受的载荷将由零逐渐增大到最大值，然后再逐渐减小到零。因此，滚动体承受的是变载荷。对于工作时旋转的内圈上任意一点，在承载区内，每次与滚动体接触就受载一次，因此，旋转内圈上任意一点的载荷及应力是周期性变化的。对于固定的外圈，各点所受载荷随位置不同而大小不同，对位于承载区内的任意一点，当每一个滚动体滚过便受载一次，而所受载荷的最大值是不变的，承受稳定的脉动循环载荷。外圈承载区任意一点的应力变化情况如图2所示。

通过提升系统图可以看出，作为支撑件，天轮轴承在罐笼自重、提升、平衡钢丝绳自重、提升重物及钢丝绳张力的作用下，始终处于受力状态，通过受力分析可知，其最大受力点处于第Ⅲ象限，与铅垂方向约呈19.5°角位置，与故障点位置进行比对发现，故障点位置与最大受力点位置基本吻合。天轮轴承内圈与主轴连接配合，外圈与轴承座孔连接配合，提升系统运行后，天轮轴承内圈与滚动体、保持架随主轴一起转动，外圈固定不动。综合分析得出如下结论：故障现象的产生是由于该处始终处于受力状态，且持续受最大脉动循环载荷的作用，造成疲劳点蚀损伤。于此同时也不难发现，由于轴承中径向游隙的存在，轴承中负荷区将减小，除了包括最大受力部位的承载区，轴承外圈其他部位基本不受力，处于非工作状态。

4 解决方法

解决问题最有效、最直接的方法就是将有损伤的轴承更换掉。采用此方法，首先，必须购置一套价值万余元的同型号轴承，因其所处的使用位置及其重要性，该轴承一般选用进口轴承，轴承到位后，即实施更换。我矿是落地式多绳摩擦提升机，天轮处在井架顶部，据地面高度约25米，且天轮上下平台面积有限，空间狭窄，作业过程中，天轮组起吊、旧轴承拆卸、新轴承加热、加热后安装等作业都是现场完成，对高空作业而言，作业难度相当大，作业安全性极差，而且施工时间长，影响矿井正常提升，因此，不是万不得已，尽可能不采用此法。

通过轴承受力分析可知，在正常情况下，其受力特点是：轴承外圈非受力部分占到圆周长约1/2-3/4，而且，一旦轴承安装定位，外圈固定，受力与非受力部位即固定不变。因此，根据这个特点，决定采取轴承外圈转向的方法解决问题，具体方法步骤如下：打开故障天轮组两端轴承座端盖、上盖，吊起天轮组，将故障轴承外圈逆时针旋转120°（也可顺时针旋转），即将有损伤的部位旋转至非受力部位，为了保持天轮组件转动精度的统一性，将另外一端的轴承外圈也同步旋转120°，天轮组重新落入轴承座孔安装固定，通过如此操作，合理有效的解决了轴承外圈损伤后的安全再使用问题。这样处理后，经过一个时期的运转使用，其受力特点决定轴承外圈该受力部位仍可能再受损，倘若受力部位再损伤，可采取同样的方法进行处理，亦即一套轴承在没有其他特殊问题的情况下，可以延长两个使用周期安全再使用。大胆的说，每次旋转90°，可以延长三个使用周期，但考虑到轴承本身制造的使用寿命和受力的合理性，故采取折中保守的方法，每次同方向旋转120°予以安全再使用。

5 效果及效益评估价

采用此方法处理后，截止笔者发稿之前的2014年5月31日，再次打开检查该轴承，使用状况良好，未发现异常的损伤。因此，与更换轴承方法相比，不但节省了万余元的轴承购置费和前期大量的准备工作，还避免了一次大型高危作业活动，同时可缩短施工时间约16小时，不但使用效果好，还安全高效，解除了新副井提升系统的安全隐患，确保其安全运行，经济、社会效益显著。此法对有类似情况的设备修理维护均可借鉴使用，具有一定的推广应用价值。

参考文献

[1]吴宗泽.机械零件[M].中央广播电视大学出版社，1986.

作者简介

陈伟杰（1968-），河南焦作人，1997年毕业于焦作工学院矿山机电专业，现从事煤矿机电管理工作。endprint

摘 要 对鹤煤六矿新副井天轮轴承损伤原因进行了查找分析研究，同时根据其受力特点确定了一个安全有效的解决方法，并对具体方法步骤进行了详细叙述，采用此方法解决问题后，使用结果表明，该方法经济、安全、可靠，经济及社会效益显著，具有一定的推广应用价值。

关键词 天轮；轴承；损伤；安全；再使用

中图分类号：TD534 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0150-02

1 设备简介

鹤煤六矿新副井提升机为落地式多绳摩擦提升机，提升系统由：提升容器、提升钢丝绳、提升机、天轮、井架、装卸载设备及电器设备等组成。两组同规格天轮组件位于井架顶部上、下平台，天轮组件型号为：T—2.8/2，由主轴、四个绳轮、两个轴架、两套球面滚子轴承（22356CA）、四个轴承挡盖等组成。每组天轮由两端的轴架支撑并稳固于井架平台，绞车四根主绳绕过绞车主滚筒后经上下两组天轮导向后进入井筒与提升容器连接，通过尾绳的平衡作用，形成一个稳定的提升系统。图1为提升系统简图。在绞车运行过程中，天轮组可以以最高8.2 m/s的速度运行。

2 故障现象

新副井提升系统担负着升降人员、物料、设备、提升矸石任务，除了规定的检查检修时间，几乎是连续运转。天轮组绳轮直径与绞车滚筒直径相同，同步运转，圆周速度及线速度相同，均为29.45rpm和4.3 m/s。该天轮组件是2011年4月1日更换并投入使用，2013年10月23日在矿井年度计划停产检修时检查发现，上组天轮南端轴承外圈正下偏顺时针方向约15°-20°位置有两处面积约30 mm2的疲劳点蚀损伤，若继续使用损伤面积势必会继续扩大，使用条件将进一步恶化，势必会发展到滚动体及内圈，影响轴承的运转精度，产生异常噪声和温升，使提升系统处于带病运转状态，不符合煤矿安全规程的要求，必须采取有效措施予以解决。

3 原因分析

由滚动轴承的负荷分布可知，由于滚动体所处的位置不同，受力不同。轴承在工作时各个滚动体所承受的载荷将由零逐渐增大到最大值，然后再逐渐减小到零。因此，滚动体承受的是变载荷。对于工作时旋转的内圈上任意一点，在承载区内，每次与滚动体接触就受载一次，因此，旋转内圈上任意一点的载荷及应力是周期性变化的。对于固定的外圈，各点所受载荷随位置不同而大小不同，对位于承载区内的任意一点，当每一个滚动体滚过便受载一次，而所受载荷的最大值是不变的，承受稳定的脉动循环载荷。外圈承载区任意一点的应力变化情况如图2所示。

通过提升系统图可以看出，作为支撑件，天轮轴承在罐笼自重、提升、平衡钢丝绳自重、提升重物及钢丝绳张力的作用下，始终处于受力状态，通过受力分析可知，其最大受力点处于第Ⅲ象限，与铅垂方向约呈19.5°角位置，与故障点位置进行比对发现，故障点位置与最大受力点位置基本吻合。天轮轴承内圈与主轴连接配合，外圈与轴承座孔连接配合，提升系统运行后，天轮轴承内圈与滚动体、保持架随主轴一起转动，外圈固定不动。综合分析得出如下结论：故障现象的产生是由于该处始终处于受力状态，且持续受最大脉动循环载荷的作用，造成疲劳点蚀损伤。于此同时也不难发现，由于轴承中径向游隙的存在，轴承中负荷区将减小，除了包括最大受力部位的承载区，轴承外圈其他部位基本不受力，处于非工作状态。

4 解决方法

解决问题最有效、最直接的方法就是将有损伤的轴承更换掉。采用此方法，首先，必须购置一套价值万余元的同型号轴承，因其所处的使用位置及其重要性，该轴承一般选用进口轴承，轴承到位后，即实施更换。我矿是落地式多绳摩擦提升机，天轮处在井架顶部，据地面高度约25米，且天轮上下平台面积有限，空间狭窄，作业过程中，天轮组起吊、旧轴承拆卸、新轴承加热、加热后安装等作业都是现场完成，对高空作业而言，作业难度相当大，作业安全性极差，而且施工时间长，影响矿井正常提升，因此，不是万不得已，尽可能不采用此法。

通过轴承受力分析可知，在正常情况下，其受力特点是：轴承外圈非受力部分占到圆周长约1/2-3/4，而且，一旦轴承安装定位，外圈固定，受力与非受力部位即固定不变。因此，根据这个特点，决定采取轴承外圈转向的方法解决问题，具体方法步骤如下：打开故障天轮组两端轴承座端盖、上盖，吊起天轮组，将故障轴承外圈逆时针旋转120°（也可顺时针旋转），即将有损伤的部位旋转至非受力部位，为了保持天轮组件转动精度的统一性，将另外一端的轴承外圈也同步旋转120°，天轮组重新落入轴承座孔安装固定，通过如此操作，合理有效的解决了轴承外圈损伤后的安全再使用问题。这样处理后，经过一个时期的运转使用，其受力特点决定轴承外圈该受力部位仍可能再受损，倘若受力部位再损伤，可采取同样的方法进行处理，亦即一套轴承在没有其他特殊问题的情况下，可以延长两个使用周期安全再使用。大胆的说，每次旋转90°，可以延长三个使用周期，但考虑到轴承本身制造的使用寿命和受力的合理性，故采取折中保守的方法，每次同方向旋转120°予以安全再使用。

5 效果及效益评估价

采用此方法处理后，截止笔者发稿之前的2014年5月31日，再次打开检查该轴承，使用状况良好，未发现异常的损伤。因此，与更换轴承方法相比，不但节省了万余元的轴承购置费和前期大量的准备工作，还避免了一次大型高危作业活动，同时可缩短施工时间约16小时，不但使用效果好，还安全高效，解除了新副井提升系统的安全隐患，确保其安全运行，经济、社会效益显著。此法对有类似情况的设备修理维护均可借鉴使用，具有一定的推广应用价值。

参考文献

[1]吴宗泽.机械零件[M].中央广播电视大学出版社，1986.

作者简介

陈伟杰（1968-），河南焦作人，1997年毕业于焦作工学院矿山机电专业，现从事煤矿机电管理工作。endprint