缠绕式提升机主轴轴承更换平台的研制

郭艳军

(同煤集团 忻州窑矿， 山西 大同 037021)

0 引言

忻州窑矿副井是专门用于人员出入井的立井，其提升机于2006年完成改造，型号为2JK-3×1.5E单绳缠绕式双滚筒提升机。在2017年的年度停产检修中，发现主轴轴承滚动体边缘出现剥落，期间采取过添加抗磨修复剂等措施，效果均不明显。缠绕式提升机主轴轴承是提升机的承载部件[1]，用于支撑主轴、卷筒和提升载荷，提升机所用主轴轴承型号为23172CAC/W33(360×600×192)调心滚子轴承。由于副井提升机是人员出入井的唯一途径，为了保证副井提升机上下井人员的安全，决定对损坏的主轴轴承进行更换。主轴轴承位于齿轮联轴器与滚筒之间，更换轴承必须先将齿轮联轴器取下，根据现场设备状况，有两种方案可供选择。一种方案是将电动机减速机整体轴向移动1 000 mm，再将主轴整体抬高200 mm；另外一种方案是将主轴装置整体抬高1 200 mm，给更换轴承让出足够的作业空间，电动机减速机无需移动。通过分析研究，认为主轴装置后期还需要根据电动机减速机的位置找正，如果整体移动，后期重新安装电动机减速机和找正的工作量会相当大，故选择了整体抬高而不做轴向位移的方案。但整体抬高方案存在整个主轴装置重达70 t，而车房内的天车只有10 t的起吊能力，无法满足使用要求。为此决定设计一种平台，可安全稳妥地将主轴抬起，实现主轴轴承更换工作。

1 方案的可行性研究

1) 采用5600液压支架立柱作为起降主轴装置的动力源。由于天车起吊能力无法满足主轴装置的起吊工作，根据提升机滚筒底部地坑的空间限制以及主轴装置抬起目标位移，使用5600液压支架立柱作为起降主轴装置的动力源。其5600液压支架立柱一级缸行程为675 mm，二级缸行程为725 mm，总行程为1 400 mm，而5600液压支架立柱的工作阻力为1 400 kN，约140 t，这样完全满足主轴装置抬起所需动力的要求。

2) 重新设计与5600液压支架立柱配合的底座系统。5600液压支架立柱在井下使用时是作为整体与支架顶梁、底座、掩护梁等部件配合发挥作用，而副井提升机房场地限制，无法使用5600支架的底座，为此重新设计了5600液压支架立柱的基础底座系统。其底座系统首先使用工字钢和水泥混合制作的基础，将立柱固定在一个合适的位置，其一是避免了使用原有地坑地面可能由应力集中引起的损坏，进而造成平台系统整体失稳，其二是可以将立柱的基础抬高至恰当合适的位置，使立柱以最短的伸缩量达到托起要求，避免由于伸缩量太大造成的不稳定[2]。针对立柱底座专门设计的环装基座，可以和立柱的球状地面实现紧密无缝隙的配合，环装基座与工字钢基础牢固焊接，这样整套共同配合组成底座系统，使整个平台的根基牢固可靠[3]。

3) 重新设计与滚筒及5600液压支架立柱配合的托架。主轴装置的滚筒上有绳槽、挡绳板及制动盘，标准《煤矿安全规程》对制动盘的偏摆度及绳槽等附属装置均有很高的精度要求，故恰当地选择起托接触面也是本次方案能否成功的关键[4]。根据讨论研究，决定取挡绳板与制动盘中间的弧面作为起托接触面，针对起托接触面，又专门设计了滚筒托架作为连接立柱与滚筒的中介，使5600液压支架立柱所产生的力能均匀有效地作用在起托接触面上。针对滚筒下方的空间状况，设计了南北两个滚筒托架。托架采用20 mm厚的钢板焊接而成，整体为箱状结构，托架中间设计有加强筋。南滚筒托架需要与两根立柱配合，但由于空间限制和安装工艺，将南滚筒的托架设计成了分体箱状结构，并将南滚筒的两个托架都运入施工现场后，再使用高强度螺栓将其紧固在一起，作为整体对南滚筒发挥作用。由于5600液压支架的顶部为带孔的球状结构，在托架底部设计了环装基座、长孔耳板以与立柱顶端球面配合，便于插入螺栓防松。

4) 设计了立柱稳定防倒装置。根据地坑的作业空间以及滚筒对应的托架安装位置，设计了由3根立柱组成的平台稳定系统[5]。5600支架立柱在各自的位置升降时，虽然设计了底座系统，但其双缸全部伸出后，高度接近3 m，为了更加稳妥可靠，设计了立柱防倒装置。该装置使用工字钢，在靠近立柱顶端处围绕立柱外表面设计制作框架，然后大范围地将3根立柱的上部围在一起制作成平台第二层。它与底座系统通过工字钢连接配合，整体呈箱状框架结构，使液压支架立柱只能在垂直指定位置工作，避免了平台在水平方向上的偏摆，整个起托系统更加牢固稳妥。

5) 重新设计了主轴装置抬起后的保险方案。虽然5600液压支架立柱在将主轴装置抬起后能够完成主轴轴承的更换工作，但为了防止立柱出现自降和设备损坏,影响施工进度,确保施工安全，确保主轴装置在抬起后能稳定牢靠的固定在指定位置，设计了井字木垛固定支撑方案。其木垛使用200 mm×200 mm×2 000 mm的红松木，红松木为柔性材料，与主轴装置接触中能保护接触面不至挤压变形，影响提升机精度。关于红松木与主轴装置的接触面，选择了南北滚筒靠近中心处的挡绳板和主轴两端靠近轴承处位置。随着立柱的升起，井字木垛被打进滚筒及主轴底部，到位后使用木垛及木楔子将主轴装置固定牢靠。

2 关键技术点

1) 采用了液压支架立柱，变吊为托。如果按照以往的经验起吊主轴装置，肯定要使用大吨位吊车[6]，这样就不可避免地要拆掉窗户，实施起吊作业。但本平台的研制省去了这些环节，直接在滚筒下方的地坑想办法，既节约了精力，又创造性的实现了既定目标。

2) 重新设计了一整套更换主轴轴承的解决方案。主要包括设计基础底座系统、设计托架系统、设计立柱防倒装置及主轴装置抬起后的稳定系统等，它们与液压支架立柱、液压泵站等共同构成了主轴轴承更换平台。该设计制作时的思路和方法可在任何条件下使用，整套主轴轴承更换平台的成功研制，也促进了忻州窑矿副井提升机主轴轴承的更换工作按照预定目标圆满完成。

3 总体性能的比较

整个系统采用了3根5600液压支架立柱，5600液压支架立柱的工作阻力为1 400 kN，约140 t，3根立柱的整体能力约在420 t。通过前期与相关厂家咨询以及查阅技术文献资料，大部分矿用提升机的安装及改造工程均采用大吨位吊车现场作业[7]，部分提升机安装改造采用室内天车及搭建临时塔架的方式[8]。从技术分析比较可知，该方案很少有施工单位采用液压支架立柱设计的起托系统实现主轴装置的铅垂方向位移。这种解决方案为矿用提升机安装改造提供了一种新思路、新方法。

4 经济效益分析

1) 主轴轴承自更换以来，使用状况良好，经相关单位检测后，提升机整体性能合格[9]，彻底消除了原轴承滚动体剥落带来的安全隐患，有力地保证了副井提升机的安全运行[10]。

2) 据悉,厂家更换轴承一般报价为10万元，本设计方案节省了此项费用。如果租用外单位大吨位吊车完成主轴装置的更换工作，不但要破拆墙壁窗户，而且施工完成后恢复墙壁窗户等费用价格不菲。因此，使用自己研制的主轴轴承更换平台，不但节省了此项费用，而且如果主轴装置今后有类似情况需要维修，该套装置仍然可以重复使用。

5 结论

1) 通过实践检验，主轴轴承自更换后，运行平稳可靠，达到设计目标。该提升机安装改造可以进行复制推广，系统所需的液压支架立柱、胶管、泵站、钢板等均为矿山日常使用的材料，方便易得，有推广前景。

2) 受限于作业空间及抬起高度的要求，所选5600液压支架立柱工作能力远大于主轴装置的质量，整体能力出现大马拉小车现象。而且系统只能实现铅垂方向的位移，如果需要在水平方向进行移动作业，还需要重新设计。