多繩摩擦式提升機天輪裝置常見故障介紹
多繩摩擦式提升機的天輪裝置因承受工作載荷大、使用環(huán)境惡劣、維護困難等因素，多發(fā)生天輪異響、軸瓦聯(lián)接螺栓剪斷、軸瓦磨損、輪輻斷裂等問題。根據(jù)天輪裝置的結(jié)構(gòu)及應用工況，對故障形式進行了分類，指出了故障原因為潤滑不良、鋼絲繩張力不平衡、提升中心線偏斜、使用環(huán)境惡劣等，并從維修與維護、設(shè)計與制造、安裝與使用等環(huán)節(jié)提出了相應的解決方案。落地式多繩摩擦式提升機是礦山開采中重要的運輸設(shè)備，核心部件天輪裝置對提升鋼絲繩起支撐和導向作用，其安全性和可靠性對礦井安全生產(chǎn)影響極大。
天輪裝置多處于露天環(huán)境，安裝在井架之上，工作在低速重載、頻繁啟動、反復換向、加速減速、制動停止等工況下，其承受的載荷很大，尤其是啟動、加減速、制動停止時，因受沖擊而使得所受載荷大大超過了提升機的最大靜張力。工作載荷大、使用環(huán)境惡劣、維護困難是天輪裝置所處工況的主要特點。隨著落地式多繩摩擦式提升機的廣泛使用，天輪裝置也成為提升機故障率較高的部件之一，常見的故障形式有天輪裝置異響、軸瓦聯(lián)接螺栓剪斷、軸瓦磨損嚴重、輪輻斷裂等。洛陽天輪襯墊
1 天輪裝置結(jié)構(gòu)概述
多繩摩擦式提升機天輪裝置的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，主要由天輪軸、固定輪、游動輪、軸瓦、軸承座、主軸承、天輪襯墊及卡箍等組成。其中 1 個輪子為固定輪，其他均為游動輪。固定輪采用平鍵與天輪軸連接；游動輪內(nèi)孔裝有軸瓦，軸瓦采用螺栓與游動輪連接。當各根鋼絲繩的線速度不完全相同時，每個游動輪與天輪軸之間可以相對轉(zhuǎn)動，以消除各輪子因線速度差異而產(chǎn)生的附加力矩。
圖1 天輪裝置的結(jié)構(gòu)
1.軸承座 2.主軸承 3.平鍵 4.固定輪轂 5.固定輪 6.襯墊 7.游動輪 8.游動輪轂 9.軸瓦 10.卡箍 11.天輪軸
2 天輪裝置常見故障形式
天輪裝置受力大，工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常發(fā)生不同形式的故障，又因其安裝在較高的井架上，不便于檢查、維護或更換。一旦天輪裝置出現(xiàn)問題，輕則導致停產(chǎn)，重則可造成安全事故。
天輪裝置常見的故障形式有以下幾種：
(1) 運行噪聲大，天輪裝置出現(xiàn)異響；
(2) 軸瓦聯(lián)接螺栓剪斷；
(3) 軸瓦磨損嚴重；
(4) 卡箍磨損；
(5) 輪輻焊縫開裂或輪輻斷裂；
(6) 襯墊偏磨嚴重，繩槽深淺不一；
(7) 天輪偏擺超差。
其中，故障 (1)～ (4) 發(fā)生的頻率相對較高，多為天輪軸瓦潤滑問題引起的，且各問題經(jīng)常伴隨發(fā)生；故障 (5) 多為天輪環(huán)境問題引起的；故障 (6)、(7) 多為天輪裝置安裝、運行問題引起的。
3 天輪故障原因分析
3.1 天輪軸瓦受力分析
以 4 繩天輪為例分析，理想狀況下 4 根鋼絲繩線速度相同且同步，游動輪與天輪軸之間沒有相對轉(zhuǎn)動，但實際上因為每根鋼絲繩的張力存在差異，導致每個輪體的轉(zhuǎn)動速度也不完全一致。設(shè)計固定輪與游動輪的目的就是為了適應這種情況，并且輪子之間預留有 0.2～0.5 mm 的間隙，使 4 個輪子可以實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)動速度。
天輪裝置工作時，鋼絲繩帶動固定輪和游動輪轉(zhuǎn)動，固定輪在平鍵的作用下帶動天輪軸轉(zhuǎn)動。當游動輪與固定輪轉(zhuǎn)速不同時，游動輪軸瓦與天輪軸就產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，二者之間發(fā)生滑動摩擦；同時，軸瓦與游動輪轂之間的聯(lián)接螺栓受到剪切力作用。
軸瓦的受力情況如圖 2 所示。f1 為軸瓦內(nèi)孔與天輪軸的摩擦力，f2 為軸瓦外端面與輪轂或卡箍摩擦力，f3 為軸瓦法蘭內(nèi)端面與游動輪轂之間因螺栓把合產(chǎn)生的摩擦力。其中，f1 與軸瓦正壓力和摩擦因數(shù)正相關(guān)，f2 與軸瓦端面擠壓力和摩擦因數(shù)正相關(guān)，f3 與螺栓擰緊力矩正相關(guān)。當 f1+f2＜ f3 時，軸瓦磨損，螺栓不受剪切力；當 f1+f2＞f3 時，軸瓦磨損，螺栓還會受剪切力。
圖2 軸瓦的受力分析
當軸瓦潤滑不良或天輪受到非正常沖擊時，f1 增大；當天輪裝置中心線與摩擦輪中心線存在偏差或游動輪竄動、軸瓦受到軸向力時，f2 增大，導致聯(lián)接螺栓所受剪切力增大。天輪裝置長期在這種情況下運行，就會發(fā)生軸瓦磨損嚴重或聯(lián)接螺栓剪斷的情況，進而導致天輪裝置產(chǎn)生異響。
根據(jù)經(jīng)驗，軸瓦聯(lián)接螺栓剪斷時，與固定輪相鄰的游動輪和最外側(cè)的游動輪軸瓦螺栓損傷較嚴重。其原因是天輪可能受到某種外力引起的軸向力，使得 3個游動輪都沿軸向往一側(cè)偏斜，軸瓦互相擠壓、互相摩擦，最外側(cè)的游動輪受擠壓力尤為嚴重，最終增加了軸瓦端面的摩擦力，提高了此處軸瓦聯(lián)接螺栓所受的剪切力。而這種外力可能是由于提升容器非正常擺動或罐道偏斜等因素導致的。
鋼絲繩導致的軸向力會產(chǎn)生疊加、放大效應，游動輪向同側(cè)運動后，抵消了軸瓦軸向 0.2～0.5 mm 的間隙，力疊加，磨損加劇，并形成惡性循環(huán)。
3.2 環(huán)境因素影響分析
天輪輪子分為固定輪 (見圖 3) 和游動輪 (見圖 4)兩種，它們一般為鑄焊式結(jié)構(gòu)，即每個輪體由鑄造或鍛造的輪緣、輪轂與槽鋼組成的輪輻焊接而成。
圖3 固定輪結(jié)構(gòu) 圖4 游動輪結(jié)構(gòu)
1.輪緣 2.輪輻 3.固定輪轂 1.輪緣 2.輪輻 3.游動輪轂
天輪輪輻損壞主要有以下幾個原因：
(1) 天輪裝置輪子承受的載荷較大，并且工作時受到交變應力的影響，易引起材料疲勞；
(2) 天輪裝置所處環(huán)境惡劣，經(jīng)常受到雨雪侵蝕，容易發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，尤其對天輪輪輻影響較大；
(3) 處于極端低溫或極端高溫環(huán)境的天輪裝置，長期運行時，自然環(huán)境下對天輪材料的機械性能產(chǎn)生較大影響。
以上原因都可能導致天輪異響、輪輻焊縫開裂，甚至輪輻斷裂。
3.3 其他影響因素
3.3.1 天輪裝置安裝問題
在天輪裝置安裝的諸多要求中，有兩個主要因素：天輪裝置底座的水平度、天輪軸軸心線與垂直于天輪軸的提升中心線的垂直度。天輪裝置的一般安裝要求如下：
(1) 天輪裝置的中心線與提升中心線應重合，其偏差不應大于 1 mm；
(2) 天輪裝置底座的水平度不超過 0.05/1 000；
(3) 天輪軸軸心線與垂直于天輪軸的提升中心線，在水平面內(nèi)的垂直度不應超過±0.15/1 000。
如果前期安裝或因井架變形、基礎(chǔ)沉降等而導致不能達到以上要求時，就會改變天輪輪體受力狀況，甚至產(chǎn)生軸向力，進而引起襯墊偏磨、輪體竄動、軸瓦偏磨、甚至天輪偏擺超差等問題。
3.3.2 鋼絲繩張力不平衡
襯墊繩槽直徑偏差、鋼絲繩長度偏差及剛度偏差等，會使長度較大的鋼絲繩受到較小的張力，長度較小的鋼絲繩受到較大的張力。為使鋼絲繩受力平衡，通常使用調(diào)繩器來調(diào)節(jié)。但調(diào)繩器使用不當，比如調(diào)繩液壓缸漏液，造成調(diào)繩液壓缸無壓或者欠壓，使某根鋼絲繩不受力或少受力；單根鋼絲繩伸長量超過調(diào)繩液壓缸調(diào)整極限，使單根鋼絲繩不受力或受力較小，調(diào)繩器無法起到平衡多根鋼絲繩受力的作用；當提升中心線和罐道位置發(fā)生偏移時，罐道對罐籠形成向上或向下的阻力，從而使罐籠作用在提升繩上的力不均勻。當各鋼絲繩受力不均時，各輪體受力也不均，引起襯墊磨損、軸瓦磨損或天輪異響。
4 故障解決方案
針對上述影響因素，可采取以下解決方案。
4.1 制訂加油維護制度
制訂加油維護制度并嚴格執(zhí)行，為天輪裝置提供良好的潤滑條件。油脂選擇、加油維護和軸瓦清洗建議參考以下要求進行。
(1) 油脂選擇 軸瓦潤滑脂一般采用 1～ 3 號極壓鋰基潤滑脂。日常維護時，用戶可根據(jù)當?shù)夭煌竟?jié)、溫度，選擇合適牌號的潤滑脂。
(2) 加油維護 加油維護計劃如表 1 所列。
表1 潤滑油維護計劃
(3) 軸瓦清洗方法 天輪管路中和軸瓦內(nèi)的潤滑脂很可能變質(zhì)失效、風干，附著在油管內(nèi)壁和軸瓦油槽中，甚至形成堵塞，必須定期對其進行清洗，保證油路暢通。軸瓦清洗時，將煤油或其他清洗劑通過輪緣上的注油孔注入油路，從游動輪輪轂中部出油口(此口也可以做注油口使用) 流出，清洗完成后用螺塞封堵。
4.2 天輪裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化
天輪裝置故障的發(fā)生也與天輪裝置本身的結(jié)構(gòu)相關(guān)，對天輪裝置的部分結(jié)構(gòu)進行相應的改進優(yōu)化，可提高天輪裝置的適應性。
(1) 增大軸瓦聯(lián)接螺栓規(guī)格、強度或增加螺栓數(shù)量，以提高軸瓦聯(lián)接螺栓整體強度和抗剪切能力。
