多绳摩擦式提升机天轮装置异响问题研究

原 斌

（潞安化工集团常村煤矿，山西 长治 046100）

引言

多绳摩擦式落地式提升机天轮装置是提升机承力部件的主要构成部分，其结构设计影响了企业的生产效率。提升技术水平的提高以及矿山生产规模的扩大，对摩擦式多绳提升机的规格以及提升能力提出了更高的要求，当前国内多绳摩擦式落地式最大的提升机型号是JKMD～6.2×4，固定轮或游动轮单个具备821 kN的受力，天轮装置的载荷过大会出现异常运行声响，尤其是连接螺栓的断裂严重影响了矿井的安全生产，因此，深入分析了提升机天轮装置异响原因，并提出解决方案。

1 天轮装置结构分析

图1是多绳摩擦式落地式提升机显示的提升系统。井架安装天轮可以实现两个作用：容器调整中心距的提升可以提升系统并对钢丝绳改变方向。

图1 多绳摩擦式落地式提升机提升系统

图2是各个结构在天轮装置图。轮子是单独的4个组成了每一套装置，天轮轴和平键连接里面的一个轮子，也就是固定轮；剩下的轮子是游动的天轮轴，也就是所谓的游动轮。转动的固定轮被运动的钢丝绳带动，转动的天轮轴被接着带动。天轮轴和轮毅在单独游动轮间都配备了轴瓦两半式四个，轴向间隙是0.2~0.5 mm之间，位于四个轮子中，在不一致的线速度出现于每根钢丝绳时，天轮轴和游动轮均能相对自由地转动。

图2 天轮装置结构图（单位：mm）

游动轮最外端的定位是轴向卡箍两半式，环形槽天轮轴内安装卡箍，装配时对厚度采取磨配，达到0.2~0.5 mm之间的游动轮间隙，其轴向位移才能微小推动游动轮。

2 天轮装置异响原因分析

2.1 分析轴瓦受力

下页图3是轴瓦受力。运行中的提升机，摩擦力是主要的轴瓦受力。

图3 轴瓦受力分析图

2.1.1 天轮轴和轴瓦的摩擦力

轮体单个受力F轮计算公式为：

式中：Fmax为钢丝绳静张力最大值，kN；α为出绳仰角。

天轮轴与轴瓦之间的摩擦力f天轮轴计算公式为：

式中：μ为摩擦因数。

天轮轴和轴瓦是连接螺栓的轴瓦承担的摩擦力，润滑程度决定了此力的大小。小的八轮轴和足够润滑时，剪切力在螺栓中就较小；较大的八轮轴或不够润滑时，剪切力在螺栓中就较大。所以不出现剪断的小承载力螺栓就需要足够数量及规格的螺栓。

2.1.2 轮毅和轴瓦存在摩擦力

紧固螺栓连接后，轮毅和轴瓦之间存在摩擦力f轮毂，该摩擦力公式为：

式中，k为不平衡系数，取0.75；z为螺栓数量，个；N为预紧螺栓力。

2.1.3 轴瓦端面与游动轮、固定轮或卡箍之间的摩擦力

没有正常摆动的提升容器或者偏斜罐道出现的偏斜提升中心线都能产生一个力，轴瓦端面与游动轮、固定轮或卡箍之间的摩擦力f端面计算公式：

式中：n为游动轮个数，取3；β为天轮及提升机中心线主轴的偏斜角或夹角。

正常运转的天轮装置中，f轮毂>f天轮轴，f端面=0。

2.2 分析天轮装置出现异响的因素

天轮装置异响情况，大多和断裂的连接轴瓦螺栓存在关系。断裂的螺栓主要是游动轮毅和轴瓦出现相对运动，包含以下原因：

1）松动的螺栓会产生较大的螺栓受力，也发生在螺栓连接轴瓦较松时，会发生降低的f轮毂，出现f轮毂＜f天轮轴。同时，轴瓦的相对运动沿圆周方向，切向力给了螺栓，并且切力随增大的相对运动成正比，直到剪断螺栓，此时沟槽便形成于轮毅端面，所以运行的天轮会出现异响。

2）没有良好的润滑轴瓦，主轴和轴瓦便出现黏连，会发生增大的f天轮轴，出现f轮毂＜f天轮轴。剪切力重复正反向运动，会出现剪断的螺断。这时，天轮轴和轴瓦不再润滑，而是干摩擦，运行的天轮也会出现异响。

3）罐道偏斜或者提升容器偏抖提升中心线没有摆动正常，都会使天轮轴线和提升机的中心主轴线出现夹角，f端面作用于轴瓦端面，那么f端面≠0，此时会加剧摩擦轴瓦，异响的发出是因为剪断松动的螺栓连接。

3 解决方案

3.1 加装定位键

图4是键槽加工在轴瓦和游动轮毅上，定位键安装于键槽处，轴瓦和游动轮毅加装螺栓一对进行固定。游动轮毅和轴瓦有一个切向力是靠定位键去对抗的，保证不会剪断螺栓。

图4 加装定位键

1）尺寸标注的设计方式是基础线N-N的中心键槽线去进行，定位键和键槽配合过盈，轴瓦与游动轮毅利用钻模加工螺栓孔的连接位置，可以减少约束注油孔和连接轴瓦的螺栓孔，加强定位键的使用功能。

2）天轮装置不同规格具备相应受力状态，要考虑轴瓦尺寸结构和游动轮，选择规格合适的安装螺栓以及定位键尺寸。

3.2 合金轴瓦的锌基应用

1）具有较高硬度和强度的ZA-27锌基合金，具备很好的润滑脂，有较强的抗黏着性和较好的自润滑性，可以很好的抗噪及减振，因为阻尼高，另外还有比较突出的耐磨减摩性。

2）但是不具备高的摩擦因数也是锌基合金其中一个特点，所以有较小的轴瓦磨损，可以获得较长的使用寿命，其使用至少高达合金铜轴瓦寿的两倍。

所以提升机的天轮装置选择合金锌基轴瓦可以达到使用要求，足以代替合金铜轴瓦。

3.3 优化天轮装置结构

1）螺栓数量和规格的增加，可以减少断裂的螺栓固定轴瓦概率。

2）天轮轴和固定轮与调整公差配合是H7/n6代替H8/js6，可以将配合精度的装配提高，不会发生运行异响。

3）加工工艺优化成轴瓦的两半式，调节整体加工替代单独加工，保证游动轮具备相同的外径尺寸和轴瓦内径，可以实现均衡的受力。

4）抛弃3 mm间隙的轴瓦两半式，可以明显增加相对运动的轴瓦圆周，剪切力降低带给螺栓的承担力度。

5）卡箍结构进行优化改进，可以实现卡箍全局遮挡去连接螺栓，降低卡箍切断而露出螺栓的机率。

6）轴瓦油槽的润滑结构进行优化，需要将油槽深度加大，才能调节润滑程度。

7）轴瓦增加剩余厚度的沉孔，可以提升强度。

8）装配过程严格要求连接轴瓦螺栓的拧紧程度，最后将防松乐泰胶进行涂抹，降低松动的发生。

9）天轮装置增加辐条规格和数量，可以实现天整体强度及刚度的提升，加强承载能力。

10）清洗轴瓦增加几个放油口，更好地清理铜瓦稀油，保证第一时间恢复常态。

3.4 其他措施

1）安装过程严格要求避免偏斜的钢丝绳，调整一致的提升机和罐道以及天轮的中线。

2）钢丝绳运行过程要保证张力正常，为了减少天轮装置发生问题，必须随时调节平衡状态的张力。

3）天轮使用过程要随时检查润滑程度，润滑管路的清洗和加油要严格依据要求，使天轮装置一致润滑。

4 结语

经验证，本文制定的多绳摩擦式提升机无轮装置异响问题的解决方案具有一定的效果，并能适合天轮装置的不同规格，可以很好地处理异响问题。在返厂维修天轮装置以及改造升级旧结构方面，本方案可以提供有效的指导作用。