杜波1,2 贾建阁3 李涛4

（1.洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司，河南洛阳 471039；2.矿山重型装备国家重点实验室，河南洛阳 471039；3.中达燕家河煤矿有限公司，陕西咸阳 711302；4.五矿邯邢矿业有限公司，河北武安 056300）

  随着提升机向重载化、大型化发展，多绳摩擦式提升机天轮装置上负载大大增加，如中信重工机械股份有限公司生产的JKMD－6.2×4型提升机，最大静张力为1700kN，按照出绳角60°考虑，在不考虑天轮装置本身质量时，单个天轮受力已高达821kN。

  虽然天轮装置结构简单，但是随着载荷加大，容易出现2个典型问题：一是异常响声；二是轴瓦的固定螺栓松动或断裂。再加上结构过于紧凑使维护不便，天轮装置成为了用户普遍关注的“问题部件”。

  为了解决上述问题，笔者对其形成的原因进行了分析，提出了结构改进技术方案，并在产品设计中推广应用。

  1 天轮装置结构

  多绳摩擦式提升机天轮装置结构如图1所示，主要由天轮轴、固定轮、游动轮、轴瓦、轴承座、轴承、天轮衬垫及两半卡箍等组成。现用的天轮装置结构基本一致，其中1个轮为固定轮，其他均为游动轮。固定轮与天轮轴采用平键连接，游动轮内孔装有轴瓦可使游动轮与主轴之间灵活转动，最外端游动轮用安装在天轮轴环形槽内的两半卡箍轴向定位，卡箍厚度在装配时进行磨配，以保证各游动轮之间的间隙合适(一般为0.2～0.5mm)。采用这种结构的优点在于：当每根钢绳的线速度不完全相同时，游动轮与轴之间可自由地相对转动，防止钢丝绳与衬垫之间产生滑动摩擦，避免衬垫过度磨损，起到保护钢丝绳效果。

  2 故障原因分析

  天轮装置出现异常响声和轴瓦固定螺栓断裂，一般是同时出现，其根本原因在于轴瓦固定螺栓的失效，主要有以下2种情况：

  (1)轴瓦润滑不好正常情况下，轴瓦与轮毂之间用螺栓固定，为静连接。轴瓦与主轴之间是间隙配合，能灵活自如地相对转动。但如果润滑不好，轴瓦与主轴之间产生粘连，阻力加大，此时运动趋势就转移到轴瓦与轮毂之间，长时间受到双向反复的作用力之后，固定轴瓦螺栓就易被剪断。

  (2)螺栓松动正常情况下，轴瓦固定螺栓用弹簧垫圈防松，螺栓头全部沉入到轴瓦端面以内，当轴瓦之间有相对转动时不受影响。如果螺栓受力过大时会造成松动，使其逐渐向外退；当螺栓头超过轴瓦端面后，彼此的螺栓头之间产生磨损，严重时螺栓头全部被磨平，只剩螺纹部分留在轮毂的螺纹孔里。

  3 结构设计改进方案

  为了防止上述问题的出现，重点从减小螺栓受力、防止螺栓松动2个方面，对结构设计进行如下改进。

  3.1增大轴瓦固定螺栓规格或增加数量

  游动天轮承担载荷后产生对天轮轴的正压力，当游动天轮和天轮轴有相对转动趋势时，在轴瓦和天轮轴之间会产生摩擦力，此摩擦力由固定轴瓦的螺栓承担。当轴瓦与天轮轴间充分润滑时，螺栓承担的力很小；而当润滑不良时，螺栓承担的力显著增大。轴瓦螺栓必须有足够规格和数量，否则会因螺栓承载能力不够而导致失效。

  故增大轴瓦螺栓规格或增加数量，并提高螺栓强度等级，配合其他改进措施(如轴瓦加装定位块)等，可大大改善螺栓的受力状态，降低轴瓦固定螺栓失效的机率。轴瓦螺栓的改进如图2所示。

  3.2改善轴瓦润滑结构与方式

  轴瓦油槽改进前(见图3(a))，设计为螺旋形，有效长度小，油槽较浅，在天轮重载下，润滑油被挤出后，存油量很少，影响润滑效果。改进后(见图3(b))采用横、纵向油槽相结合的结构，增加油槽有效长度，且油槽加深至4mm，储油量增加5倍以上，显著改善了润滑效果。

  常规的轴瓦加油方式是在天轮停止运转时，人工从天轮轮缘上的加油口实施加油，这种加油方式，人员必须在井架上才能操作，费时费力。改进后为自动加油方式(见图4)：天轮轴从游动轮一侧中心打深孔，直到最远端游动轮。在每个游动轮的对应位置，再打横向油孔与中心深孔贯通。一个电动加油泵，通过旋转密封装置(即可相对转动又可保持密封)与游动轮一侧的中心孔相连，可将润滑油自动加到各个游动轮的轴瓦处。电动加油泵通过分配器和管路，可同时为上下组天轮加油。

  该装置在地面机房操控启停，可实现定期自动加油，人员不必爬上井架。该系统还具有低油位报警功能，可避免缺油。

  3.3调整固定轮与天轮轴的配合

  改进前，固定轮与天轮轴的配合公差为H8/js6或H9/js6，若轴孔尺寸都加工到最不利的极限偏差时，间隙会偏大。一旦配制平键的尺寸偏小，平键工作面和轮毂间隙过大，就易造成平键“滚键”现象，运行中会出现周期性噪声。改进后，将此处配合更改为H7/n6(如图5)，以提高公差配合精度，保证装配质量，避免了运行噪声。

  3.4改进轴瓦加工工艺

  半轴瓦加工工艺如图6所示。改进前(如图6(a))，轴瓦采用同一张零件图，各自完成整圆加工后再铣开；内外径尺寸采用公差要求予以控制，2组轴瓦随机装在1个游动轮上。由于左右轴瓦内孔、外圆非一刀加工，存在尺寸偏差，若安装在1个游动轮上，会出现左右轴瓦受力不均衡的情况；再加上两半轴瓦之间存在间隙，使得两半轴瓦在圆周方向有一定的运动空间，每次提升机启动或停止时，轴瓦与轴瓦之间，轴瓦与轮毂之间都可能会发生相对运动，造成对连接螺栓的切向力，严重时导致螺栓被剪断。

  改进后(见图6(b)，要求4片半轴瓦为1组。先加工半轴瓦的剖分面，然后组合为一体，1次装卡加工外圆和内孔，并要求4片半轴瓦打好标记，安装在1个游动轮上。采用这种工艺的优点：同一游动轮的轴瓦内孔和外径尺寸一致，受力均衡；避免加工完毕再切开造成的剖分处变形。

  3.5半轴瓦加装定位块

  改进前(如图7(a))，半轴瓦的定位全部依靠端面螺栓承受切向力，螺栓受力过大。

  改进后(如图7(b))，每个半轴瓦和轮毂之间都增加了定位块，该定位块可承受较大的切向力，大大降低了螺栓的切向受力，确保了螺栓的安全。定位块可以通过螺栓固定在轮毂上，或者焊在轮毂上。当轴瓦磨损后需要更换时，需将定位块配磨，保证其工作面与轴瓦的良好接触。

  3.6游动轮采用滚动轴承

  天轮装置的游动轮与天轮轴之间采用滚动轴承替代轴瓦(如图8)。由于滚动轴承具有承载能力强、摩擦力小、润滑方便及寿命长等特点，采用滚动轴承的天轮装置结构，可以彻底避免轴瓦磨损、轴瓦固定螺栓剪断等故障[4]，但这种结构最大的缺点是成本较高[5]。以JKMD－5.5×4型天轮装置为例，轴瓦结构和滚动轴承结构承载能力和成本对比如表1所列。

  除上述主要结构改进外，还对局部结构进行了优化，使其能够更好地平稳安全运行。比如：轴瓦固定螺栓安装时涂乐泰防松胶，可有效防止螺栓松动；加大辐条规格或增加数量，提高天轮装置整体结构强度；改进卡箍的形状，保证卡箍能够全部或局部挡住轴瓦螺栓，避免轴瓦螺栓退出而被卡箍切断；增设清洗轴瓦的放油口，便于对轴瓦清洗；也可采用锌基合金轴瓦代替轴瓦，可大大降低制造成本等。

  4 结语

  自2012年10月起，中信重工新生产的多绳天轮装置，全部采用上述改进后的结构，原来存在的问题已基本解决，产品性能稳定可靠。针对在用的老产品，建议有条件时可进行改造，即按原有安装尺寸订购新结构的天轮，可直接予以替换。如果条件有限，可重点关注轴瓦备件的结构改进，如增加润滑油槽深度和长度，采用整体加工轴瓦的新工艺，轴瓦加装定位块等。采用新结构的轴瓦备件，也可取得较好的效果。

  对于返厂大修的天轮装置，应尽可能采用新结构。建议对固定轮和天轮轴进行处理，即需要对原天轮轴进行刷镀或者冷焊后再加工，或者单配固定轮，以保证固定轮与天轮轴的配合达到H7/n6。

来源：《矿山机械》2016年第3期