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多繩摩擦式提升機(jī)天輪裝置故障分析及修復(fù)方案

發(fā)布時(shí)間：

2024-03-12

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天輪裝置是落地式多繩提升機(jī)重要組成部分，是影響整個(gè)提升系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵部件。由于其使用工況惡劣，在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)影響礦井的生產(chǎn)運(yùn)行。為降低天輪裝置因故障整體更換帶來(lái)的高額生產(chǎn)成本，筆者列舉了天輪裝置使用過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題，并分析其原因，給出相應(yīng)的修復(fù)方案，對(duì)類似天輪裝置的返廠修復(fù)具有指導(dǎo)意義。

天輪裝置是多繩摩擦式提升機(jī)的重要承力部件之一，其作用是支托提升機(jī)摩擦輪到提升容器之間的鋼絲繩，用來(lái)改變鋼絲繩的方向，即導(dǎo)向作用。近年來(lái)隨著煤炭資源的整合，礦井設(shè)備更新?lián)Q代，提升機(jī)的提升能力和規(guī)格也隨之增大，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，最大靜張力差為340 kN，1 組天輪裝置約重 82t。特別對(duì)大規(guī)格的提升機(jī)來(lái)說(shuō)，如因使用中出現(xiàn)問(wèn)題而重新采購(gòu) 1 組天輪裝置，生產(chǎn)成本相當(dāng)高。筆者結(jié)合以往天輪裝置修復(fù)實(shí)際案例，列舉了天輪裝置使用過(guò)程中的常見(jiàn)故障，分析故障原因，并給出了相應(yīng)的修復(fù)方案，降低了用戶的生產(chǎn)成本，對(duì)類似天輪裝置的返廠修復(fù)具有指導(dǎo)意義。

1 天輪裝置結(jié)構(gòu)分析

目前在用的多繩摩擦式提升機(jī)天輪裝置結(jié)構(gòu)有兩種，普通天輪裝置和新型天輪裝置。

大部分天輪裝置為普通天輪結(jié)構(gòu)，主要由軸承座、兩端軸承、天輪軸、游動(dòng)輪、固定輪、軸瓦、襯墊和卡箍等組成，如圖1所示。其中，左端輪子為固定輪，與天輪軸靠平鍵聯(lián)接；右側(cè) 3 個(gè)輪子為游動(dòng)輪，游動(dòng)輪與天輪軸之間有軸瓦，軸瓦與游動(dòng)輪轂之間靠高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接；軸瓦內(nèi)部有儲(chǔ)油槽，通過(guò)潤(rùn)滑油脂來(lái)實(shí)現(xiàn)游動(dòng)輪與天輪軸靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)每根鋼繩的線速度不完全相同時(shí)，游動(dòng)輪與天輪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)鋼絲繩的作用。最右側(cè)游動(dòng)輪的軸向定位通過(guò)安裝在天輪軸環(huán)形槽內(nèi)的兩半卡箍實(shí)現(xiàn)，為了保證各游動(dòng)輪之間的間隙合適 (一般為0.2～0.5 mm)，卡箍的厚度根據(jù)安裝實(shí)際情況進(jìn)行單配。該結(jié)構(gòu)的天輪裝置應(yīng)用較為廣泛，技術(shù)成熟。

圖1 普通天輪裝置結(jié)構(gòu)

  1. 軸承座 2. 主軸承 3. 鍵 4. 固定輪轂 5. 固定輪 6. 襯墊7. 游動(dòng)輪 8. 游動(dòng)輪轂 9. 軸瓦 10. 卡箍 11. 天輪軸

新型天輪裝置在游動(dòng)輪與天輪軸之間采用滾動(dòng)軸承代替軸瓦，以減少使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)中每個(gè)游動(dòng)輪的輪轂與軸之間各裝有 2 個(gè)滾動(dòng)軸承作為支撐，各軸承之間通過(guò)軸套進(jìn)行軸向定位。當(dāng)每根鋼繩的線速度不完全相同時(shí)，每個(gè)游動(dòng)輪與軸之間通過(guò)軸承可自由靈活地相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在每個(gè)游動(dòng)輪轂上留有注油孔，使?jié)櫥軌虬粗芷谧⑷胼S承內(nèi)，滿足潤(rùn)滑需要。此結(jié)構(gòu)的軸承選型受限，相關(guān)結(jié)構(gòu)件加工難度大，成本高。如果設(shè)計(jì)選型不當(dāng)，可能無(wú)法達(dá)到預(yù)期要求。

2 天輪裝置故障分析及修復(fù)方案

天輪裝置使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，加上使用不當(dāng)、維護(hù)不及時(shí)等原因，導(dǎo)致返廠修復(fù)的天輪裝置在進(jìn)行拆解、檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)多數(shù)天輪存在的不是單一問(wèn)題。如山東能源淄礦集團(tuán)唐口煤業(yè)主井JKMD-4×4 提升機(jī)φ4000×4 天輪裝置進(jìn)廠修復(fù)，拆解、檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)以下多種問(wèn)題。

圖2 新型天輪裝置結(jié)構(gòu)

1. 軸承座 2. 主軸承 3. 鍵 4. 固定輪轂 5. 固定輪6. 襯墊 7. 游動(dòng)輪 8. 游動(dòng)輪轂 9. 軸套 10. 滾動(dòng)軸承11. 輪轂端蓋 12. 天輪軸

2.1 游動(dòng)輪輪轂與軸瓦磨損

2.1.1 故障分析

天輪裝置游動(dòng)輪 (見(jiàn)圖 3) 的輪轂、軸瓦磨損嚴(yán)重，其直接原因是軸瓦潤(rùn)滑不良。分析其他原因有：① 用戶使用維護(hù)不當(dāng)，潤(rùn)滑油加注不及時(shí)，導(dǎo)致軸瓦潤(rùn)滑不良；② 天輪裝置舊結(jié)構(gòu)軸瓦潤(rùn)滑油槽儲(chǔ)油量受限。

圖3 游動(dòng)輪結(jié)構(gòu)示意

在天輪裝置軸瓦潤(rùn)滑不良的情況下，天輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦與天輪軸之間潤(rùn)滑油膜形成受阻，兩者間由滑動(dòng)潤(rùn)滑變成了干摩擦，導(dǎo)致天輪產(chǎn)生異響；此時(shí)天輪軸與軸瓦之間因相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)形成的摩擦力由軸瓦與輪轂之間的固定螺栓承受，在長(zhǎng)時(shí)間的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行和沖擊下，固定螺栓會(huì)逐漸被剪斷。剪斷之后如果未及時(shí)發(fā)現(xiàn)而繼續(xù)使用，剪斷的螺釘會(huì)在游動(dòng)輪轂內(nèi)孔端面形成環(huán)形溝槽 (見(jiàn)圖 4)，也會(huì)導(dǎo)致天輪產(chǎn)生異響。同時(shí)游動(dòng)輪轂內(nèi)孔會(huì)因軸瓦與游動(dòng)輪轂的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生磨損。

圖4 磨損的游動(dòng)輪轂

2.1.2 修復(fù)方案

在對(duì)天輪裝置進(jìn)行修復(fù)時(shí)，先將拆卸下的游動(dòng)輪一端面向下放置在工作臺(tái)上，按輪轂孔找正中心，圓柱度允許公差 0.03 mm。按輪轂孔母線用表找正全長(zhǎng)，允許公差 0.03 mm。對(duì) 3 個(gè)游動(dòng)輪分別測(cè)量輪轂孔內(nèi)徑、輪轂厚度以及輪轂端面與內(nèi)孔的垂直度，檢查點(diǎn)不少于 8 個(gè)，并制表記錄。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，將3 個(gè)游動(dòng)輪轂內(nèi)孔加工成統(tǒng)一尺寸及公差帶，輪轂端面根據(jù)溝槽深度，在不影響強(qiáng)度的條件下，車去最小量；如果磨損嚴(yán)重，可堆焊后再進(jìn)行修復(fù)加工。此時(shí)銅瓦的內(nèi)外圈直徑及軸瓦臺(tái)階尺寸需要根據(jù)天輪軸和輪轂的最終修復(fù)尺寸而定，以保證軸瓦的互換性。

在新軸瓦的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了改善潤(rùn)滑效果，需對(duì)軸瓦結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下改進(jìn)：

(1) 增加固定螺釘?shù)囊?guī)格和數(shù)量，輪轂上對(duì)應(yīng)的螺釘孔也相應(yīng)增加 (見(jiàn)圖 5)；

圖5 新型軸瓦結(jié)構(gòu)示意

(2) 舊軸瓦內(nèi)部原有的螺旋油槽 (見(jiàn)圖 6) 改為縱向橫向相結(jié)合結(jié)構(gòu)，同時(shí)加深油槽深度，較老結(jié)構(gòu)軸瓦儲(chǔ)油量增加 5 倍以上；

圖6 原結(jié)構(gòu)軸瓦示意

(3) 改進(jìn)軸瓦加工工藝，去掉原有兩瓣軸瓦之間的縫隙，避免天輪在正反方向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)固定螺栓的沖擊。

使用新結(jié)構(gòu)軸瓦修復(fù)后的天輪裝置，潤(rùn)滑得到了顯著改善，解決了天輪的異響問(wèn)題。山西三元煤業(yè)股份有限公司 φ 2800×4 天輪裝置修復(fù)、棗莊濱湖煤礦φ 2800×4 天輪裝置修復(fù)均采用此修復(fù)方案，受到了用戶的一致好評(píng)。

2.2 天輪軸磨損與銹蝕

2.2.1 故障分析

據(jù)用戶反饋，唐口煤業(yè)主井的天輪裝置使用中存在異響。在廠內(nèi)拆掉游動(dòng)輪后，發(fā)現(xiàn)天輪軸上游動(dòng)輪配合處有銹蝕、磨損、點(diǎn)坑等問(wèn)題，并能清楚地看到天輪軸與游動(dòng)輪配合處的“分界線”，天輪軸結(jié)構(gòu)如圖7 所示。分析原因發(fā)現(xiàn)，由于天輪軸瓦潤(rùn)滑不良，油膜形成受阻，導(dǎo)致游動(dòng)輪軸瓦與天輪軸之間變成了硬接觸，磨損軸瓦和天輪軸，進(jìn)而出現(xiàn)異響。

圖7 天輪軸結(jié)構(gòu)示意

2.2.2 修復(fù)方案

針對(duì)此種問(wèn)題修復(fù)時(shí)，先對(duì)天輪軸進(jìn)行探傷，檢測(cè)內(nèi)部是否存在缺陷。如果探傷不合格，建議直接更換天輪軸；如果探傷合格，則對(duì)天輪軸表面進(jìn)行除銹。除銹后，如果發(fā)現(xiàn)軸表面凸凹不平的缺陷，修復(fù)時(shí)首先檢查天輪軸各部尺寸及形位公差，分別制表并作記錄。固定輪輪轂與軸的間隙為 0 ～ 0.15 mm 時(shí)，建議采用刷鍍工藝修復(fù)；間隙大于 0.15 mm 且小于 2.00 mm 時(shí)，建議采用冷融工藝修復(fù)。如天輪軸需車削，車削之前，以天輪軸兩端外圓為基準(zhǔn)進(jìn)行找正，允許公差 0.02 mm。根據(jù)缺陷情況，游動(dòng)輪配合處的軸徑，在滿足強(qiáng)度要求時(shí)，可以適當(dāng)減小，將 3 個(gè)游動(dòng)輪處軸徑加工為統(tǒng)一公差帶并達(dá)到相應(yīng)表面要求。由于軸徑發(fā)生變化，此時(shí)天輪軸瓦需要單配，并將軸瓦單配事項(xiàng)告知用戶。

如果上述缺陷在天輪軸與軸承配合處，修復(fù)方案有多種可供選擇。

(1) 電刷鍍法 此工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，能夠滿足多種金屬鍍層材料需求，可根據(jù)不同材料，增大鍍層的硬度和耐磨性。刷鍍時(shí)工件溫度低，鍍層殘余應(yīng)力小，不會(huì)對(duì)基體造成二次破壞。此工藝適合磨損量小于 0.2 mm 的情況，但對(duì)工件表面預(yù)處理要求高。

(2) 補(bǔ)焊修復(fù)法 此方法適用于磨損量 1 ～ 2 mm的情況。使用相應(yīng)焊條在軸頸磨損部位進(jìn)行堆焊，自然冷卻，不得強(qiáng)制冷卻。強(qiáng)制冷卻會(huì)增加補(bǔ)焊部位的硬度和應(yīng)力，給車削找正帶來(lái)困難。

(3) 脈沖冷焊法 采用耐磨的薄鋼皮包住軸頸磨損處，使用脈沖冷焊機(jī)進(jìn)行點(diǎn)焊，使軸頸尺寸達(dá)到相應(yīng)要求。該方法的優(yōu)點(diǎn)為處理時(shí)間短，費(fèi)用較低，不需再次車削；缺點(diǎn)為修磨后是一層很薄的附著物，在與軸承熱裝時(shí)可能起皮，如果工藝不好，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還可能“耍圈”。

以上各修復(fù)方案都有一定的優(yōu)缺點(diǎn)，在天輪軸的修復(fù)過(guò)程中均得到了廣泛應(yīng)用，修復(fù)效果反饋良好，用戶可根據(jù)具體需要進(jìn)行選擇。

2.3 軸承銹蝕

2.3.1 故障分析

返廠修復(fù)的天輪裝置軸承座打開(kāi)后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部多為脂水混合物，軸承內(nèi)部銹蝕嚴(yán)重，如圖8所示。在正確使用、維護(hù)及時(shí)的情況下，軸承不應(yīng)出現(xiàn)這種問(wèn)題，其原因是：軸承座端蓋密封年久老化，在露天雨水的沖擊下，雨水從失效的密封處進(jìn)入軸承座內(nèi)部，使得軸承潤(rùn)滑不良，在重載條件下造成軸承磨損銹蝕。

2.3.2 修復(fù)方案

為了保證天輪裝置運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性，建議用戶直接更換新軸承。

圖8 銹蝕軸承

2.4 襯墊磨損嚴(yán)重過(guò)度

2.4.1 故障分析

圖9 襯墊磨損示意

天輪裝置在返廠修復(fù)時(shí)，天輪襯墊磨損一般出現(xiàn)2 種情況 (見(jiàn)圖 9)，襯墊磨損左右不對(duì)稱和襯墊深度方向磨損超限。分析其原因：襯墊左右磨損不對(duì)稱是因?yàn)樘燧喲b置與主軸裝置不對(duì)中所致；襯墊磨損嚴(yán)重直接原因是鋼絲繩與襯墊發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，鋼絲繩打滑，輪緣偏擺較大也是原因之一。

2.4.2 修復(fù)方案

出現(xiàn)襯墊磨損過(guò)度時(shí)，直接更換新的襯墊。磨損的襯墊在拆除時(shí)由于安裝貼合較緊，人工拆除較費(fèi)勁，此時(shí)可以直接車掉。在設(shè)計(jì)新的襯墊時(shí)，如果沒(méi)有輪緣圖紙，需要重新測(cè)量輪槽尺寸。在測(cè)量過(guò)程中，由于輪槽結(jié)構(gòu)的特殊性，常常導(dǎo)致測(cè)量誤差較大，此時(shí)可以根據(jù)測(cè)量的尺寸先做一對(duì)襯墊進(jìn)行試裝，根據(jù)試裝情況修改襯墊圖紙，以保證新的襯墊與輪槽貼合良好，在使用時(shí)襯墊不發(fā)生滑動(dòng)，滿足提升使用要求。

2.5 固定輪及游動(dòng)輪輪緣偏擺

2.5.1 故障分析

返廠修復(fù)的天輪裝置，輪緣偏擺超差是常見(jiàn)問(wèn)題。分析其原因，可能是天輪裝置在起吊安裝時(shí)沒(méi)有專業(yè)吊裝工具，直接起吊輪子導(dǎo)致輪緣變形，偏擺過(guò)大。

2.5.2 修復(fù)方案

輪緣處偏擺過(guò)大，可采用高溫火槍進(jìn)行局部加熱矯正。此方法簡(jiǎn)單方便，可直接在井架上操作，但對(duì)工人技術(shù)要求很高。輪緣矯正后，直徑不大于 3.0 m的天輪在單輪狀態(tài)，輪緣處偏擺量不應(yīng)大于 2 mm，組裝后輪緣處偏擺量不應(yīng)大于 3 mm，即為合格；直徑大于 3.0 m 的天輪在單輪狀態(tài)，輪緣處偏擺量不應(yīng)大于2.5 mm，組裝后輪緣處偏擺量不應(yīng)大于 3.5 mm，即為合格。

無(wú)論是在井架之上還是在設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)行矯正，此種方法均被廣泛應(yīng)用，效果明顯。特別是在井架之上矯正時(shí)，可以利用檢修期間來(lái)完成，不影響正常生產(chǎn)，得到用戶好評(píng)。

2.6 輪輻銹蝕及焊縫開(kāi)焊

2.6.1 故障分析

輪輻銹蝕嚴(yán)重及焊縫開(kāi)焊也是天輪裝置修復(fù)中的常見(jiàn)問(wèn)題，其原因是：天輪裝置露天安裝在幾十米高的井架上，長(zhǎng)期風(fēng)吹日曬或雨淋，使用工況惡劣。

2.6.2 修復(fù)方案

對(duì)銹蝕的固定輪、游動(dòng)輪進(jìn)行噴砂除銹，注意用鋼板保護(hù)輪轂內(nèi)孔及端面，避免二次傷害。如果用戶自行更換過(guò)天輪襯墊或襯板磨損較小無(wú)需更換時(shí)，需采取措施保護(hù)襯墊。噴砂除銹后，需對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)，焊縫不達(dá)標(biāo)的要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊，直至滿足出廠要求。如果發(fā)現(xiàn)輪輻鋼板剩余厚度不能滿足強(qiáng)度要求時(shí)，需對(duì)輪輻進(jìn)行更換，銹蝕嚴(yán)重?zé)o法修復(fù)時(shí)，應(yīng)考慮更換整個(gè)輪輻。

3 結(jié)語(yǔ)

列舉了對(duì)多繩摩擦式提升機(jī)天輪裝置返廠修復(fù)時(shí)出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題，分析了形成原因，并給出了相應(yīng)的修復(fù)方案及修復(fù)過(guò)程中注意的事項(xiàng)，對(duì)天輪裝置返廠修復(fù)具有一定的指導(dǎo)意義。以上修復(fù)方案已經(jīng)廣泛應(yīng)用在天輪裝置修復(fù)實(shí)例中，延長(zhǎng)了天輪裝置的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本，得到了用戶的一致好評(píng)。

 

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