基于BM 型提升機(jī)4m 天輪的改造

趙永生

（開(kāi)灤集團(tuán)唐山礦業(yè)公司，河北 唐山063000）

提升系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)活動(dòng)中至關(guān)重要，主要涉及到人員、輔料、礦產(chǎn)資料的輸送，提升系統(tǒng)如不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將造成整個(gè)礦井癱瘓；因此必須確保提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在提升系統(tǒng)中主要分為四大塊：提升機(jī)、天輪、鋼絲繩、容器；其中天輪是礦井立井井架最上方調(diào)節(jié)鋼絲繩運(yùn)動(dòng)方向的定滑輪。天輪作用是撐起連接提升機(jī)卷筒和提升容器的鋼絲繩，并引導(dǎo)鋼絲繩轉(zhuǎn)向，在提升系統(tǒng)中天輪至關(guān)重要，必須確保天輪的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 天輪主軸結(jié)構(gòu)改造

1.1 軸承結(jié)構(gòu)改造

普通滑動(dòng)軸承的摩擦阻力系數(shù)為0.08～0.12，機(jī)械效率為0.92～0.96，滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)僅為0.001～0.005，機(jī)械效率達(dá)0.98～0.99。滑動(dòng)軸承優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)起動(dòng)塊、效率高、潤(rùn)滑油（脂）損耗小、安裝維修方便、易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。基于以上分析結(jié)果決定將天輪原滑動(dòng)軸承改為滾動(dòng)軸承, 同時(shí)對(duì)天輪進(jìn)行整體改造。

1.2 潤(rùn)滑油品替代

原天輪滑動(dòng)軸承采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，換油周期短、一次更換量大、油液易受污染、成本高。采用滾動(dòng)軸承后將選用與之相適應(yīng)的潤(rùn)滑脂。較之前采用潤(rùn)滑油時(shí)具有成本低、易于維護(hù)、對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

1.3 天輪整體改造

天輪軸承型式的改變，勢(shì)必帶來(lái)天輪整體結(jié)構(gòu)的變化。原天輪支輪采用四分鉚接結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)工作量大、組裝后偏擺值大，不利于天輪平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。另外原天輪襯墊材料為普通橡膠，容易老化，使用壽命低，經(jīng)過(guò)篩選對(duì)比，計(jì)劃采用新型高分子材料襯墊，使用壽命預(yù)計(jì)提高2 倍以上。

1.4 提升系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)

天輪直徑3738mm；提升機(jī)最大靜張力11000kg。

2 天輪改造具體方案

2.1 天輪主軸直徑由原來(lái)Φ140mm 增加至Φ240mm，提高了主軸強(qiáng)度；

2.2 天輪支輪由四分鉚接結(jié)構(gòu)改為二等分焊接結(jié)構(gòu)，提高了支輪強(qiáng)度，降低了現(xiàn)場(chǎng)組裝的工作量，減小了輪緣端面偏擺值。

3 主軸靜強(qiáng)度計(jì)算

3.1 系統(tǒng)受力分析

雙筒提升機(jī)上、下出繩仰角分別為α=30°；α=35°；計(jì)算中采用α=35°容器在井底并加載后提升時(shí)、鋼繩載荷為最大靜張力Fjmax=11000kg。分布天輪兩邊鋼繩的拉力、緊邊和松邊可以認(rèn)為張力相等。將兩力平移至天輪中心、所產(chǎn)生的力矩大小相等、方向相反、互相抵消。力分解后的分力為：水平分力：FX=9010kg；垂直分力：FY=17310kg 合力：Fh=19514kg。垂直分力如果需考慮設(shè)備自重的影響：（襯墊自重：84kg；天輪含軸自重：3548kg）。

圖1

則：參與計(jì)算的各分力改寫(xiě)為：

水平分力：FX=9010kg

垂直分力：FY=17310+84+3548=20942kg

3.2 計(jì)算各截面合成彎矩

見(jiàn)（圖2）主軸各部分尺寸。

圖2

圖3

3.3 計(jì)算各點(diǎn)受力

3.4 計(jì)算各截面的合成彎矩（見(jiàn)圖2）

截面1：M1h=5.9RAh=5.9×11399=67254kg·cm

截面2：M2h=24.25RAh=24.25×11399=276426kg·cm

截面3：M3h=44.25RAh=44.25×11399=504406kg·cm

3.5 主軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

截面1：M1h=67254（截面直徑φ240）；截面2：M2h=276426（截面直徑φ255）；截面1：M3h=504406（截面直徑φ300）。

表1 疲勞計(jì)算表

3.6 主軸的疲勞強(qiáng)度校核（分別選擇35CrMo 和45#鋼兩種材質(zhì)）：

主軸采用鍛造加工，其機(jī)械性能（kg/cm2）對(duì)比：35CrMo（σb=7000；σs=5500；σ-1=3350）；45# 鋼（σb=5800；σs=2900；σ-1=2350）

4 計(jì)算結(jié)果分析

4.1 主軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算考慮了天輪自重、軸與軸承的配合、臺(tái)階及過(guò)渡圓角等對(duì)主軸疲勞強(qiáng)度的影響因素。

4.2 因?yàn)檩d荷確定精確、應(yīng)力計(jì)算準(zhǔn)確所以許用疲勞安全系數(shù)取值[σS]=1.3～1.5 按以上兩種主軸材料計(jì)算：在考慮安全條件下，選用經(jīng)濟(jì)性較顯著的45#鍛鋼為主軸材料，各危險(xiǎn)截面的疲勞安全系數(shù)Sσi＞1.3～1.5，可以使用。通過(guò)驗(yàn)算主軸剛度其危險(xiǎn)斷面總變形量遠(yuǎn)小于許用撓度，滿(mǎn)足使用要求。

4.3 更換后確定滾動(dòng)軸承型號(hào)及壽命驗(yàn)算結(jié)論

以現(xiàn)場(chǎng)天輪的實(shí)際極限工況及天輪尺寸設(shè)計(jì)布置情況來(lái)看，軸承按15 年壽命選擇，確定軸承型號(hào)為：調(diào)心滾子軸承24048 CC/W33。

5 改造效果總結(jié)

新天輪改造完成并投入使用至今已6 年，期間未出現(xiàn)任何故障。定期現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)輪緣端面跳動(dòng)量小于1.5mm，襯墊平均磨損低于每年1mm 厚度，提高了天輪運(yùn)行的平穩(wěn)性及使用壽命，降低了維修成本，達(dá)到了預(yù)期的改造目的。