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        PRODUCT

        產品展示

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        多繩摩擦式提升機天輪裝置結構設計的改進

        杜波1,2 賈建閣3 李濤4

        (1.洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司,河南洛陽 471039;2.礦山重型裝備國家重點實驗室,河南洛陽 471039;3.中達燕家河煤礦有限公司,陜西咸陽 711302;4.五礦邯邢礦業有限公司,河北武安 056300)

          隨著提升機向重載化、大型化發展,多繩摩擦式提升機天輪裝置上負載大大增加,如中信重工機械股份有限公司生產的JKMD-6.2×4型提升機,最大靜張力為1700kN,按照出繩角60°考慮,在不考慮天輪裝置本身質量時,單個天輪受力已高達821kN。

          雖然天輪裝置結構簡單,但是隨著載荷加大,容易出現2個典型問題:一是異常響聲;二是軸瓦的固定螺栓松動或斷裂。再加上結構過于緊湊使維護不便,天輪裝置成為了用戶普遍關注的“問題部件”。

          為了解決上述問題,筆者對其形成的原因進行了分析,提出了結構改進技術方案,并在產品設計中推廣應用。

          1 天輪裝置結構

          多繩摩擦式提升機天輪裝置結構如圖1所示,主要由天輪軸、固定輪、游動輪、軸瓦、軸承座、軸承、天輪襯墊及兩半卡箍等組成。現用的天輪裝置結構基本一致,其中1個輪為固定輪,其他均為游動輪。固定輪與天輪軸采用平鍵連接,游動輪內孔裝有軸瓦可使游動輪與主軸之間靈活轉動,最外端游動輪用安裝在天輪軸環形槽內的兩半卡箍軸向定位,卡箍厚度在裝配時進行磨配,以保證各游動輪之間的間隙合適(一般為0.2~0.5mm)。采用這種結構的優點在于:當每根鋼繩的線速度不完全相同時,游動輪與軸之間可自由地相對轉動,防止鋼絲繩與襯墊之間產生滑動摩擦,避免襯墊過度磨損,起到保護鋼絲繩效果。

          2 故障原因分析

          天輪裝置出現異常響聲和軸瓦固定螺栓斷裂,一般是同時出現,其根本原因在于軸瓦固定螺栓的失效,主要有以下2種情況:

          (1)軸瓦潤滑不好正常情況下,軸瓦與輪轂之間用螺栓固定,為靜連接。軸瓦與主軸之間是間隙配合,能靈活自如地相對轉動。但如果潤滑不好,軸瓦與主軸之間產生粘連,阻力加大,此時運動趨勢就轉移到軸瓦與輪轂之間,長時間受到雙向反復的作用力之后,固定軸瓦螺栓就易被剪斷。

          (2)螺栓松動正常情況下,軸瓦固定螺栓用彈簧墊圈防松,螺栓頭全部沉入到軸瓦端面以內,當軸瓦之間有相對轉動時不受影響。如果螺栓受力過大時會造成松動,使其逐漸向外退;當螺栓頭超過軸瓦端面后,彼此的螺栓頭之間產生磨損,嚴重時螺栓頭全部被磨平,只剩螺紋部分留在輪轂的螺紋孔里。

          3 結構設計改進方案

          為了防止上述問題的出現,重點從減小螺栓受力、防止螺栓松動2個方面,對結構設計進行如下改進。

          3.1增大軸瓦固定螺栓規格或增加數量

          游動天輪承擔載荷后產生對天輪軸的正壓力,當游動天輪和天輪軸有相對轉動趨勢時,在軸瓦和天輪軸之間會產生摩擦力,此摩擦力由固定軸瓦的螺栓承擔。當軸瓦與天輪軸間充分潤滑時,螺栓承擔的力很小;而當潤滑不良時,螺栓承擔的力顯著增大。軸瓦螺栓必須有足夠規格和數量,否則會因螺栓承載能力不夠而導致失效。

          故增大軸瓦螺栓規格或增加數量,并提高螺栓強度等級,配合其他改進措施(如軸瓦加裝定位塊)等,可大大改善螺栓的受力狀態,降低軸瓦固定螺栓失效的機率。軸瓦螺栓的改進如圖2所示。

          3.2改善軸瓦潤滑結構與方式

          軸瓦油槽改進前(見圖3(a)),設計為螺旋形,有效長度小,油槽較淺,在天輪重載下,潤滑油被擠出后,存油量很少,影響潤滑效果。改進后(見圖3(b))采用橫、縱向油槽相結合的結構,增加油槽有效長度,且油槽加深至4mm,儲油量增加5倍以上,顯著改善了潤滑效果。

          常規的軸瓦加油方式是在天輪停止運轉時,人工從天輪輪緣上的加油口實施加油,這種加油方式,人員必須在井架上才能操作,費時費力。改進后為自動加油方式(見圖4):天輪軸從游動輪一側中心打深孔,直到最遠端游動輪。在每個游動輪的對應位置,再打橫向油孔與中心深孔貫通。一個電動加油泵,通過旋轉密封裝置(即可相對轉動又可保持密封)與游動輪一側的中心孔相連,可將潤滑油自動加到各個游動輪的軸瓦處。電動加油泵通過分配器和管路,可同時為上下組天輪加油。

          該裝置在地面機房操控啟停,可實現定期自動加油,人員不必爬上井架。該系統還具有低油位報警功能,可避免缺油。

          3.3調整固定輪與天輪軸的配合

          改進前,固定輪與天輪軸的配合公差為H8/js6或H9/js6,若軸孔尺寸都加工到最不利的極限偏差時,間隙會偏大。一旦配制平鍵的尺寸偏小,平鍵工作面和輪轂間隙過大,就易造成平鍵“滾鍵”現象,運行中會出現周期性噪聲。改進后,將此處配合更改為H7/n6(如圖5),以提高公差配合精度,保證裝配質量,避免了運行噪聲。

          3.4改進軸瓦加工工藝

          半軸瓦加工工藝如圖6所示。改進前(如圖6(a)),軸瓦采用同一張零件圖,各自完成整圓加工后再銑開;內外徑尺寸采用公差要求予以控制,2組軸瓦隨機裝在1個游動輪上。由于左右軸瓦內孔、外圓非一刀加工,存在尺寸偏差,若安裝在1個游動輪上,會出現左右軸瓦受力不均衡的情況;再加上兩半軸瓦之間存在間隙,使得兩半軸瓦在圓周方向有一定的運動空間,每次提升機啟動或停止時,軸瓦與軸瓦之間,軸瓦與輪轂之間都可能會發生相對運動,造成對連接螺栓的切向力,嚴重時導致螺栓被剪斷。

          改進后(見圖6(b),要求4片半軸瓦為1組。先加工半軸瓦的剖分面,然后組合為一體,1次裝卡加工外圓和內孔,并要求4片半軸瓦打好標記,安裝在1個游動輪上。采用這種工藝的優點:同一游動輪的軸瓦內孔和外徑尺寸一致,受力均衡;避免加工完畢再切開造成的剖分處變形。

          3.5半軸瓦加裝定位塊

          改進前(如圖7(a)),半軸瓦的定位全部依靠端面螺栓承受切向力,螺栓受力過大。

          改進后(如圖7(b)),每個半軸瓦和輪轂之間都增加了定位塊,該定位塊可承受較大的切向力,大大降低了螺栓的切向受力,確保了螺栓的安全。定位塊可以通過螺栓固定在輪轂上,或者焊在輪轂上。當軸瓦磨損后需要更換時,需將定位塊配磨,保證其工作面與軸瓦的良好接觸。

          3.6游動輪采用滾動軸承

          天輪裝置的游動輪與天輪軸之間采用滾動軸承替代軸瓦(如圖8)。由于滾動軸承具有承載能力強、摩擦力小、潤滑方便及壽命長等特點,采用滾動軸承的天輪裝置結構,可以徹底避免軸瓦磨損、軸瓦固定螺栓剪斷等故障[4],但這種結構最大的缺點是成本較高[5]。以JKMD-5.5×4型天輪裝置為例,軸瓦結構和滾動軸承結構承載能力和成本對比如表1所列。

          除上述主要結構改進外,還對局部結構進行了優化,使其能夠更好地平穩安全運行。比如:軸瓦固定螺栓安裝時涂樂泰防松膠,可有效防止螺栓松動;加大輻條規格或增加數量,提高天輪裝置整體結構強度;改進卡箍的形狀,保證卡箍能夠全部或局部擋住軸瓦螺栓,避免軸瓦螺栓退出而被卡箍切斷;增設清洗軸瓦的放油口,便于對軸瓦清洗;也可采用鋅基合金軸瓦代替軸瓦,可大大降低制造成本等。

          4 結語

          自2012年10月起,中信重工新生產的多繩天輪裝置,全部采用上述改進后的結構,原來存在的問題已基本解決,產品性能穩定可靠。針對在用的老產品,建議有條件時可進行改造,即按原有安裝尺寸訂購新結構的天輪,可直接予以替換。如果條件有限,可重點關注軸瓦備件的結構改進,如增加潤滑油槽深度和長度,采用整體加工軸瓦的新工藝,軸瓦加裝定位塊等。采用新結構的軸瓦備件,也可取得較好的效果。

          對于返廠大修的天輪裝置,應盡可能采用新結構。建議對固定輪和天輪軸進行處理,即需要對原天輪軸進行刷鍍或者冷焊后再加工,或者單配固定輪,以保證固定輪與天輪軸的配合達到H7/n6。

        來源:《礦山機械》2016年第3期

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