基于BM 型提升机4m 天轮的改造

赵永生

（开滦集团唐山矿业公司，河北 唐山063000）

提升系统在煤矿生产活动中至关重要，主要涉及到人员、辅料、矿产资料的输送，提升系统如不能正常运转，将造成整个矿井瘫痪；因此必须确保提升系统的安全运行。在提升系统中主要分为四大块：提升机、天轮、钢丝绳、容器；其中天轮是矿井立井井架最上方调节钢丝绳运动方向的定滑轮。天轮作用是撑起连接提升机卷筒和提升容器的钢丝绳，并引导钢丝绳转向，在提升系统中天轮至关重要，必须确保天轮的正常运转。

1 天轮主轴结构改造

1.1 轴承结构改造

普通滑动轴承的摩擦阻力系数为0.08～0.12，机械效率为0.92～0.96，滚动轴承的摩擦系数仅为0.001～0.005，机械效率达0.98～0.99。滑动轴承优点是运转起动块、效率高、润滑油（脂）损耗小、安装维修方便、易于实现标准化、通用化。基于以上分析结果决定将天轮原滑动轴承改为滚动轴承, 同时对天轮进行整体改造。

1.2 润滑油品替代

原天轮滑动轴承采用润滑油润滑，换油周期短、一次更换量大、油液易受污染、成本高。采用滚动轴承后将选用与之相适应的润滑脂。较之前采用润滑油时具有成本低、易于维护、对环境无污染。

1.3 天轮整体改造

天轮轴承型式的改变，势必带来天轮整体结构的变化。原天轮支轮采用四分铆接结构，现场组装时工作量大、组装后偏摆值大，不利于天轮平稳运转。另外原天轮衬垫材料为普通橡胶，容易老化，使用寿命低，经过筛选对比，计划采用新型高分子材料衬垫，使用寿命预计提高2 倍以上。

1.4 提升系统相关参数

天轮直径3738mm；提升机最大静张力11000kg。

2 天轮改造具体方案

2.1 天轮主轴直径由原来Φ140mm 增加至Φ240mm，提高了主轴强度；

2.2 天轮支轮由四分铆接结构改为二等分焊接结构，提高了支轮强度，降低了现场组装的工作量，减小了轮缘端面偏摆值。

3 主轴静强度计算

3.1 系统受力分析

双筒提升机上、下出绳仰角分别为α=30°；α=35°；计算中采用α=35°容器在井底并加载后提升时、钢绳载荷为最大静张力Fjmax=11000kg。分布天轮两边钢绳的拉力、紧边和松边可以认为张力相等。将两力平移至天轮中心、所产生的力矩大小相等、方向相反、互相抵消。力分解后的分力为：水平分力：FX=9010kg；垂直分力：FY=17310kg 合力：Fh=19514kg。垂直分力如果需考虑设备自重的影响：（衬垫自重：84kg；天轮含轴自重：3548kg）。

图1

则：参与计算的各分力改写为：

水平分力：FX=9010kg

垂直分力：FY=17310+84+3548=20942kg

3.2 计算各截面合成弯矩

见（图2）主轴各部分尺寸。

图2

图3

3.3 计算各点受力

3.4 计算各截面的合成弯矩（见图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 主轴疲劳强度计算

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

表1 疲劳计算表

3.6 主轴的疲劳强度校核（分别选择35CrMo 和45#钢两种材质）：

主轴采用锻造加工，其机械性能（kg/cm2）对比：35CrMo（σb=7000；σs=5500；σ-1=3350）；45# 钢（σb=5800；σs=2900；σ-1=2350）

4 计算结果分析

4.1 主轴疲劳强度计算考虑了天轮自重、轴与轴承的配合、台阶及过渡圆角等对主轴疲劳强度的影响因素。

4.2 因为载荷确定精确、应力计算准确所以许用疲劳安全系数取值[σS]=1.3～1.5 按以上两种主轴材料计算：在考虑安全条件下，选用经济性较显著的45#锻钢为主轴材料，各危险截面的疲劳安全系数Sσi＞1.3～1.5，可以使用。通过验算主轴刚度其危险断面总变形量远小于许用挠度，满足使用要求。

4.3 更换后确定滚动轴承型号及寿命验算结论

以现场天轮的实际极限工况及天轮尺寸设计布置情况来看，轴承按15 年寿命选择，确定轴承型号为：调心滚子轴承24048 CC/W33。

5 改造效果总结

新天轮改造完成并投入使用至今已6 年，期间未出现任何故障。定期现场观测轮缘端面跳动量小于1.5mm，衬垫平均磨损低于每年1mm 厚度，提高了天轮运行的平稳性及使用寿命，降低了维修成本，达到了预期的改造目的。