杜波1,2 賈建閣3 李濤4
（1.洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，河南洛陽(yáng) 471039；2.礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南洛陽(yáng) 471039；3.中達(dá)燕家河煤礦有限公司，陜西咸陽(yáng) 711302；4.五礦邯邢礦業(yè)有限公司，河北武安 056300）
隨著提升機(jī)向重載化、大型化發(fā)展，多繩摩擦式提升機(jī)天輪裝置上負(fù)載大大增加，如中信重工機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的JKMD－6.2×4型提升機(jī)，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(zhì)量時(shí)，單個(gè)天輪受力已高達(dá)821kN。
雖然天輪裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是隨著載荷加大，容易出現(xiàn)2個(gè)典型問(wèn)題：一是異常響聲；二是軸瓦的固定螺栓松動(dòng)或斷裂。再加上結(jié)構(gòu)過(guò)于緊湊使維護(hù)不便，天輪裝置成為了用戶普遍關(guān)注的“問(wèn)題部件”。
為了解決上述問(wèn)題，筆者對(duì)其形成的原因進(jìn)行了分析，提出了結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)方案，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。
1 天輪裝置結(jié)構(gòu)
多繩摩擦式提升機(jī)天輪裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由天輪軸、固定輪、游動(dòng)輪、軸瓦、軸承座、軸承、天輪襯墊及兩半卡箍等組成?，F(xiàn)用的天輪裝置結(jié)構(gòu)基本一致，其中1個(gè)輪為固定輪，其他均為游動(dòng)輪。固定輪與天輪軸采用平鍵連接，游動(dòng)輪內(nèi)孔裝有軸瓦可使游動(dòng)輪與主軸之間靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，最外端游動(dòng)輪用安裝在天輪軸環(huán)形槽內(nèi)的兩半卡箍軸向定位，卡箍厚度在裝配時(shí)進(jìn)行磨配，以保證各游動(dòng)輪之間的間隙合適(一般為0.2～0.5mm)。采用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)每根鋼繩的線速度不完全相同時(shí)，游動(dòng)輪與軸之間可自由地相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，防止鋼絲繩與襯墊之間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，避免襯墊過(guò)度磨損，起到保護(hù)鋼絲繩效果。
2 故障原因分析
天輪裝置出現(xiàn)異常響聲和軸瓦固定螺栓斷裂，一般是同時(shí)出現(xiàn)，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(rùn)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。但如果潤(rùn)滑不好，軸瓦與主軸之間產(chǎn)生粘連，阻力加大，此時(shí)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)就轉(zhuǎn)移到軸瓦與輪轂之間，長(zhǎng)時(shí)間受到雙向反復(fù)的作用力之后，固定軸瓦螺栓就易被剪斷。
(2)螺栓松動(dòng)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(nèi)，當(dāng)軸瓦之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不受影響。如果螺栓受力過(guò)大時(shí)會(huì)造成松動(dòng)，使其逐漸向外退；當(dāng)螺栓頭超過(guò)軸瓦端面后，彼此的螺栓頭之間產(chǎn)生磨損，嚴(yán)重時(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案
為了防止上述問(wèn)題的出現(xiàn)，重點(diǎn)從減小螺栓受力、防止螺栓松動(dòng)2個(gè)方面，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行如下改進(jìn)。
3.1增大軸瓦固定螺栓規(guī)格或增加數(shù)量
游動(dòng)天輪承擔(dān)載荷后產(chǎn)生對(duì)天輪軸的正壓力，當(dāng)游動(dòng)天輪和天輪軸有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在軸瓦和天輪軸之間會(huì)產(chǎn)生摩擦力，此摩擦力由固定軸瓦的螺栓承擔(dān)。當(dāng)軸瓦與天輪軸間充分潤(rùn)滑時(shí)，螺栓承擔(dān)的力很小；而當(dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，螺栓承擔(dān)的力顯著增大。軸瓦螺栓必須有足夠規(guī)格和數(shù)量，否則會(huì)因螺栓承載能力不夠而導(dǎo)致失效。
故增大軸瓦螺栓規(guī)格或增加數(shù)量，并提高螺栓強(qiáng)度等級(jí)，配合其他改進(jìn)措施(如軸瓦加裝定位塊)等，可大大改善螺栓的受力狀態(tài)，降低軸瓦固定螺栓失效的機(jī)率。軸瓦螺栓的改進(jìn)如圖2所示。
3.2改善軸瓦潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)與方式
軸瓦油槽改進(jìn)前(見(jiàn)圖3(a))，設(shè)計(jì)為螺旋形，有效長(zhǎng)度小，油槽較淺，在天輪重載下，潤(rùn)滑油被擠出后，存油量很少，影響潤(rùn)滑效果。改進(jìn)后(見(jiàn)圖3(b))采用橫、縱向油槽相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，增加油槽有效長(zhǎng)度，且油槽加深至4mm，儲(chǔ)油量增加5倍以上，顯著改善了潤(rùn)滑效果。
常規(guī)的軸瓦加油方式是在天輪停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，人工從天輪輪緣上的加油口實(shí)施加油，這種加油方式，人員必須在井架上才能操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。改進(jìn)后為自動(dòng)加油方式(見(jiàn)圖4)：天輪軸從游動(dòng)輪一側(cè)中心打深孔，直到最遠(yuǎn)端游動(dòng)輪。在每個(gè)游動(dòng)輪的對(duì)應(yīng)位置，再打橫向油孔與中心深孔貫通。一個(gè)電動(dòng)加油泵，通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封裝置(即可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)又可保持密封)與游動(dòng)輪一側(cè)的中心孔相連，可將潤(rùn)滑油自動(dòng)加到各個(gè)游動(dòng)輪的軸瓦處。電動(dòng)加油泵通過(guò)分配器和管路，可同時(shí)為上下組天輪加油。
該裝置在地面機(jī)房操控啟停，可實(shí)現(xiàn)定期自動(dòng)加油，人員不必爬上井架。該系統(tǒng)還具有低油位報(bào)警功能，可避免缺油。
3.3調(diào)整固定輪與天輪軸的配合
改進(jìn)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(shí)，間隙會(huì)偏大。一旦配制平鍵的尺寸偏小，平鍵工作面和輪轂間隙過(guò)大，就易造成平鍵“滾鍵”現(xiàn)象，運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)周期性噪聲。改進(jìn)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(zhì)量，避免了運(yùn)行噪聲。
3.4改進(jìn)軸瓦加工工藝
半軸瓦加工工藝如圖6所示。改進(jìn)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(kāi)；內(nèi)外徑尺寸采用公差要求予以控制，2組軸瓦隨機(jī)裝在1個(gè)游動(dòng)輪上。由于左右軸瓦內(nèi)孔、外圓非一刀加工，存在尺寸偏差，若安裝在1個(gè)游動(dòng)輪上，會(huì)出現(xiàn)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(yùn)動(dòng)空間，每次提升機(jī)啟動(dòng)或停止時(shí)，軸瓦與軸瓦之間，軸瓦與輪轂之間都可能會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成對(duì)連接螺栓的切向力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致螺栓被剪斷。
改進(jìn)后(見(jiàn)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(nèi)孔，并要求4片半軸瓦打好標(biāo)記，安裝在1個(gè)游動(dòng)輪上。采用這種工藝的優(yōu)點(diǎn)：同一游動(dòng)輪的軸瓦內(nèi)孔和外徑尺寸一致，受力均衡；避免加工完畢再切開(kāi)造成的剖分處變形。
3.5半軸瓦加裝定位塊
改進(jìn)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(guò)大。
改進(jìn)后(如圖7(b))，每個(gè)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(guò)螺栓固定在輪轂上，或者焊在輪轂上。當(dāng)軸瓦磨損后需要更換時(shí)，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(dòng)輪采用滾動(dòng)軸承
天輪裝置的游動(dòng)輪與天輪軸之間采用滾動(dòng)軸承替代軸瓦(如圖8)。由于滾動(dòng)軸承具有承載能力強(qiáng)、摩擦力小、潤(rùn)滑方便及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，采用滾動(dòng)軸承的天輪裝置結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)是成本較高[5]。以JKMD－5.5×4型天輪裝置為例，軸瓦結(jié)構(gòu)和滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)承載能力和成本對(duì)比如表1所列。
除上述主要結(jié)構(gòu)改進(jìn)外，還對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，使其能夠更好地平穩(wěn)安全運(yùn)行。比如：軸瓦固定螺栓安裝時(shí)涂樂(lè)泰防松膠，可有效防止螺栓松動(dòng)；加大輻條規(guī)格或增加數(shù)量，提高天輪裝置整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；改進(jìn)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(shè)清洗軸瓦的放油口，便于對(duì)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(jié)語(yǔ)
自2012年10月起，中信重工新生產(chǎn)的多繩天輪裝置，全部采用上述改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)，原來(lái)存在的問(wèn)題已基本解決，產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠。針對(duì)在用的老產(chǎn)品，建議有條件時(shí)可進(jìn)行改造，即按原有安裝尺寸訂購(gòu)新結(jié)構(gòu)的天輪，可直接予以替換。如果條件有限，可重點(diǎn)關(guān)注軸瓦備件的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，如增加潤(rùn)滑油槽深度和長(zhǎng)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(jié)構(gòu)的軸瓦備件，也可取得較好的效果。
對(duì)于返廠大修的天輪裝置，應(yīng)盡可能采用新結(jié)構(gòu)。建議對(duì)固定輪和天輪軸進(jìn)行處理，即需要對(duì)原天輪軸進(jìn)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(dá)到H7/n6。
來(lái)源：《礦山機(jī)械》2016年第3期
上一個(gè)：基于PLC的壓縮機(jī)軸端密封改造設(shè)計(jì)
