矿山立井小断面平衡锤专用滚轮罐耳的设计及应用

郭 翔

徐州煤矿安全设备制造有限公司 江苏徐州 221011

目前，煤矿、冶金行业使用的立井组合钢罐道大断面平衡锤及提升容器多采用滚轮罐耳，由于断面大，安装尺寸充裕，布置形式常采用 3 件 1 组滚轮罐耳结构，使矩形钢罐道三面靠紧，运行时，与组合钢罐道通过摩擦滚动达到稳定提升容器的目的。小断面平衡锤因安装尺寸不足，3 件 1 组的滚轮罐耳无法正常安装，常采用简易的［形钢罐卡，在平衡锤运行过程中，钢罐卡对组合钢罐道摩擦大，冲击强，易损坏罐道，降低了罐道的使用寿命，增加了使用成本和维修费用。为此，徐州煤矿自行研制开发出小断面平衡锤罐道导向装置——平衡锤专用滚轮罐耳。与小断面平衡锤配套使用时，专用滚轮罐耳可以减少其对组合罐道的硬性冲击，保证了平衡锤的平稳运行和罐道的使用寿命。

笔者从平衡锤专用滚轮罐耳的结构、工作原理，介绍了立井提升系统小断面平衡锤专用滚轮罐耳的设计及应用。

1 专用滚轮罐耳结构

小断面平衡锤专用滚轮罐耳从结构上可命名为双缓冲支撑滚轮罐耳，其聚氨酯胶轮与轮毂结合面大，运行平稳可靠，使用寿命长；其与罐道抱固性好，聚氨酯胶轮磨损后，调整位置方便，缓冲器预紧力调整简单。

专用滚轮罐耳主体结构由轮轴、支撑架、液压-碟簧复合缓冲器及底座组成，如图 1 所示。辅助件由固定螺栓、前后销轴、前后挡板及轴端固定挡板组成。

图1 专用滚轮罐耳结构

轮轴由圆锥滚子轴承、阶梯轴、圆螺母、透盖、滚筒、耐磨铜套、聚氨酯胶轮及轮盖组成，如图 2 所示。圆锥滚子轴承 2 个 1 组背对背安装在阶梯轴上，增强轮轴运转稳定性、抗径向和轴向的冲击力。聚氨酯胶轮具有不脱胶、不掉块、高承载、高动态负荷、永久变形小、回弹性好、高耐磨性、内生热低、耐高温性佳、良好的动态性能及抗冲击性等优点[1]。耐磨铜套外侧分别与滚筒、轮盖贴紧，内侧与组合管道两侧面接触，起着稳定导向作用。

图2 轮轴结构

液压-碟簧复合缓冲器由内柱杆、碟形弹簧、螺纹活塞杆、活塞杆密封圈、圆螺母及套筒组成，如图 3 所示。内柱杆与活塞杆之间的空隙形成封闭的上腔室，套筒和弹簧之间的空隙形成封闭的下腔室，上下腔室各自独立，通过活塞杆内均布四周的 4 个阻尼孔连通。安装时，2 个腔室内注满锂基润滑脂。平衡锤上下运行时，阻尼孔可以减缓罐道对轮轴的冲击。活塞杆与支撑架由铰接螺母连接，活塞杆顶端是高为10～15 mm 的四方体，该四方体方便扳手调节缓冲器预紧力和紧靠罐道的行程。复合碟形弹簧叠放在内柱杆与套筒之间，平衡锤上下运行时，罐道接触点或高凸点对轮轴产生水平推力，经铰接支撑架传递给液压-碟簧复合缓冲器，缓冲器受压缩产生反弹力。

图3 缓冲器结构示意

2 工作原理

轮轴通过轴与支撑架连接，支撑架通过销轴与底座及缓冲器连接，缓冲器通过销轴与支撑架及底座连接。转动液压-碟簧复合缓冲器活塞杆可调整轮轴前后行程，从而调整轮轴位置。

专用滚轮罐耳沿罐道运行时，轮轴与罐道靠紧，轮轴受到水平推力，在支撑架、底座和缓冲器之间的铰接作用下，缓冲器受压缩产生反弹力。缓冲器的反弹力一是保证提升容器顺利通过高点；二是保证提升容器不与罐道发生碰撞；三是保证提升容器在上升和下降过程中摆动幅度不会太大。缓冲器的缓冲性能是严格按照提升容器的质量、运行速度设计的，但其轮轴的最大水平推力要小于或等于行业标准要求。根据以上原理设计制造的专用滚轮罐耳能满足用户要求。

3 使用特点

专用滚轮罐耳用液压-碟簧复合缓冲器取代传统的缓冲结构，承载力大，运行平稳，可靠性高，寿命长，维修方便。底座和支撑架采用高强度 Q355 钢板，整体结构强度高，抗冲击性强。缓冲器复位行程小，可有效地避免滚轮与罐道产生异常碰撞，同时起到导向、缓冲与稳定的作用。罐道与专用滚轮罐耳由滑动摩擦变为滚动摩擦，减少了动力消耗，降低了噪声，降低了磨损，从而提高了罐道和专用滚轮罐耳的使用寿命。轮轴外轮采用聚氨酯，侧挡采用耐磨铜套，解决了实心轮毂质量大、惯性大、轴承受力大、轴承早期损坏以及耐磨滚轮磨损快的问题，克服了工作中耐磨滚轮摩擦发热而温度升高，产生变形的缺点。

4 应用情况

以莱州市金星矿业副井平衡锤使用为例，平衡锤(见图 4) 技术参数如表 1 所列。

图4 平衡锤结构

表1 平衡锤的技术参数

平衡锤断面宽度为 430 mm，较窄，不能使用 3件 1 组罐耳。为满足现场使用要求，在平衡锤上下盘体上焊接滚轮罐耳专用底座，使滚轮罐耳靠紧钢罐道，并用 M16 螺栓将其固定在底座上。正常运行时，聚氨酯胶轮沿矩形钢罐道滚动，其两侧卡槽形成滚动的滑槽，卡在矩形钢罐道上，防止其发生左右摆动，使平衡锤在提升期间平稳运行。提升运行期间，遇到罐道连接处凸凹不平处，罐道产生的碰撞力由缓冲器吸收，减少了平衡锤与罐道间的冲击力。使用该专用滚轮罐耳后，矩形罐道更换周期超过 700 d，专用滚轮罐耳的使用寿命超过 180 d，维护维修量降低，设备更换周期延长，保证了提升系统运行的平稳性。

5 结语

滚轮罐耳在山东黄金集团玲珑金矿主立井平衡锤、莱州金星矿业副井平衡锤、招远市辛庄黄金矿业洼孙家副井平衡锤上均使用良好。从使用效果来看，矩形钢罐道的磨损明显减少，维修量大幅度减少，提高了生产效率，减少了生产和维护成本，具有良好的推广价值。