纏繞式提升機主軸軸承更換平臺的研制

郭艷軍

(同煤集團 忻州窯礦， 山西 大同 037021)

0 引言

忻州窯礦副井是專門用于人員出入井的立井，其提升機于2006年完成改造，型號為2JK-3×1.5E單繩纏繞式雙滾筒提升機。在2017年的年度停產檢修中，發現主軸軸承滾動體邊緣出現剝落，期間采取過添加抗磨修復劑等措施，效果均不明顯。纏繞式提升機主軸軸承是提升機的承載部件[1]，用于支撐主軸、卷筒和提升載荷，提升機所用主軸軸承型號為23172CAC/W33(360×600×192)調心滾子軸承。由于副井提升機是人員出入井的唯一途徑，為了保證副井提升機上下井人員的安全，決定對損壞的主軸軸承進行更換。主軸軸承位于齒輪聯軸器與滾筒之間，更換軸承必須先將齒輪聯軸器取下，根據現場設備狀況，有兩種方案可供選擇。一種方案是將電動機減速機整體軸向移動1 000 mm，再將主軸整體抬高200 mm；另外一種方案是將主軸裝置整體抬高1 200 mm，給更換軸承讓出足夠的作業空間，電動機減速機無需移動。通過分析研究，認為主軸裝置后期還需要根據電動機減速機的位置找正，如果整體移動，后期重新安裝電動機減速機和找正的工作量會相當大，故選擇了整體抬高而不做軸向位移的方案。但整體抬高方案存在整個主軸裝置重達70 t，而車房內的天車只有10 t的起吊能力，無法滿足使用要求。為此決定設計一種平臺，可安全穩妥地將主軸抬起，實現主軸軸承更換工作。

1 方案的可行性研究

1) 采用5600液壓支架立柱作為起降主軸裝置的動力源。由于天車起吊能力無法滿足主軸裝置的起吊工作，根據提升機滾筒底部地坑的空間限制以及主軸裝置抬起目標位移，使用5600液壓支架立柱作為起降主軸裝置的動力源。其5600液壓支架立柱一級缸行程為675 mm，二級缸行程為725 mm，總行程為1 400 mm，而5600液壓支架立柱的工作阻力為1 400 kN，約140 t，這樣完全滿足主軸裝置抬起所需動力的要求。

2) 重新設計與5600液壓支架立柱配合的底座系統。5600液壓支架立柱在井下使用時是作為整體與支架頂梁、底座、掩護梁等部件配合發揮作用，而副井提升機房場地限制，無法使用5600支架的底座，為此重新設計了5600液壓支架立柱的基礎底座系統。其底座系統首先使用工字鋼和水泥混合制作的基礎，將立柱固定在一個合適的位置，其一是避免了使用原有地坑地面可能由應力集中引起的損壞，進而造成平臺系統整體失穩，其二是可以將立柱的基礎抬高至恰當合適的位置，使立柱以最短的伸縮量達到托起要求，避免由于伸縮量太大造成的不穩定[2]。針對立柱底座專門設計的環裝基座，可以和立柱的球狀地面實現緊密無縫隙的配合，環裝基座與工字鋼基礎牢固焊接，這樣整套共同配合組成底座系統，使整個平臺的根基牢固可靠[3]。

3) 重新設計與滾筒及5600液壓支架立柱配合的托架。主軸裝置的滾筒上有繩槽、擋繩板及制動盤，標準《煤礦安全規程》對制動盤的偏擺度及繩槽等附屬裝置均有很高的精度要求，故恰當地選擇起托接觸面也是本次方案能否成功的關鍵[4]。根據討論研究，決定取擋繩板與制動盤中間的弧面作為起托接觸面，針對起托接觸面，又專門設計了滾筒托架作為連接立柱與滾筒的中介，使5600液壓支架立柱所產生的力能均勻有效地作用在起托接觸面上。針對滾筒下方的空間狀況，設計了南北兩個滾筒托架。托架采用20 mm厚的鋼板焊接而成，整體為箱狀結構，托架中間設計有加強筋。南滾筒托架需要與兩根立柱配合，但由于空間限制和安裝工藝，將南滾筒的托架設計成了分體箱狀結構，并將南滾筒的兩個托架都運入施工現場后，再使用高強度螺栓將其緊固在一起，作為整體對南滾筒發揮作用。由于5600液壓支架的頂部為帶孔的球狀結構，在托架底部設計了環裝基座、長孔耳板以與立柱頂端球面配合，便于插入螺栓防松。

4) 設計了立柱穩定防倒裝置。根據地坑的作業空間以及滾筒對應的托架安裝位置，設計了由3根立柱組成的平臺穩定系統[5]。5600支架立柱在各自的位置升降時，雖然設計了底座系統，但其雙缸全部伸出后，高度接近3 m，為了更加穩妥可靠，設計了立柱防倒裝置。該裝置使用工字鋼，在靠近立柱頂端處圍繞立柱外表面設計制作框架，然后大范圍地將3根立柱的上部圍在一起制作成平臺第二層。它與底座系統通過工字鋼連接配合，整體呈箱狀框架結構，使液壓支架立柱只能在垂直指定位置工作，避免了平臺在水平方向上的偏擺，整個起托系統更加牢固穩妥。

5) 重新設計了主軸裝置抬起后的保險方案。雖然5600液壓支架立柱在將主軸裝置抬起后能夠完成主軸軸承的更換工作，但為了防止立柱出現自降和設備損壞,影響施工進度,確保施工安全，確保主軸裝置在抬起后能穩定牢靠的固定在指定位置，設計了井字木垛固定支撐方案。其木垛使用200 mm×200 mm×2 000 mm的紅松木，紅松木為柔性材料，與主軸裝置接觸中能保護接觸面不至擠壓變形，影響提升機精度。關于紅松木與主軸裝置的接觸面，選擇了南北滾筒靠近中心處的擋繩板和主軸兩端靠近軸承處位置。隨著立柱的升起，井字木垛被打進滾筒及主軸底部，到位后使用木垛及木楔子將主軸裝置固定牢靠。

2 關鍵技術點

1) 采用了液壓支架立柱，變吊為托。如果按照以往的經驗起吊主軸裝置，肯定要使用大噸位吊車[6]，這樣就不可避免地要拆掉窗戶，實施起吊作業。但本平臺的研制省去了這些環節，直接在滾筒下方的地坑想辦法，既節約了精力，又創造性的實現了既定目標。

2) 重新設計了一整套更換主軸軸承的解決方案。主要包括設計基礎底座系統、設計托架系統、設計立柱防倒裝置及主軸裝置抬起后的穩定系統等，它們與液壓支架立柱、液壓泵站等共同構成了主軸軸承更換平臺。該設計制作時的思路和方法可在任何條件下使用，整套主軸軸承更換平臺的成功研制，也促進了忻州窯礦副井提升機主軸軸承的更換工作按照預定目標圓滿完成。

3 總體性能的比較

整個系統采用了3根5600液壓支架立柱，5600液壓支架立柱的工作阻力為1 400 kN，約140 t，3根立柱的整體能力約在420 t。通過前期與相關廠家咨詢以及查閱技術文獻資料，大部分礦用提升機的安裝及改造工程均采用大噸位吊車現場作業[7]，部分提升機安裝改造采用室內天車及搭建臨時塔架的方式[8]。從技術分析比較可知，該方案很少有施工單位采用液壓支架立柱設計的起托系統實現主軸裝置的鉛垂方向位移。這種解決方案為礦用提升機安裝改造提供了一種新思路、新方法。

4 經濟效益分析

1) 主軸軸承自更換以來，使用狀況良好，經相關單位檢測后，提升機整體性能合格[9]，徹底消除了原軸承滾動體剝落帶來的安全隱患，有力地保證了副井提升機的安全運行[10]。

2) 據悉,廠家更換軸承一般報價為10萬元，本設計方案節省了此項費用。如果租用外單位大噸位吊車完成主軸裝置的更換工作，不但要破拆墻壁窗戶，而且施工完成后恢復墻壁窗戶等費用價格不菲。因此，使用自己研制的主軸軸承更換平臺，不但節省了此項費用，而且如果主軸裝置今后有類似情況需要維修，該套裝置仍然可以重復使用。

5 結論

1) 通過實踐檢驗，主軸軸承自更換后，運行平穩可靠，達到設計目標。該提升機安裝改造可以進行復制推廣，系統所需的液壓支架立柱、膠管、泵站、鋼板等均為礦山日常使用的材料，方便易得，有推廣前景。

2) 受限于作業空間及抬起高度的要求，所選5600液壓支架立柱工作能力遠大于主軸裝置的質量，整體能力出現大馬拉小車現象。而且系統只能實現鉛垂方向的位移，如果需要在水平方向進行移動作業，還需要重新設計。