多绳摩擦式提升机天轮装置故障分析及修复方案

       天轮装置是多绳摩擦式提升机的重要承力部件之一，其作用是支托提升机摩擦轮到提升容器之间的钢丝绳，用来改变钢丝绳的方向，即导向作用。近年来随着煤炭资源的整合，矿井设备更新换代，提升机的提升能力和规格也随之增大。对大规格的提升机来说，如因使用中出现问题而重新采购一组天轮装置，生产成本相当高。所以在此列举了天轮装置使用过程中的常见故障，分析了故障原因，并给出了相应的修复方案，以便降低客户的生产成本。

天轮装置结构分析

      目前在用的多绳摩擦式提升机天轮装置结构有两种，普通天轮装置和新型天轮装置。

       大部分天轮装置为普通天轮结构，主要由轴承座、两端轴承、天轮轴、游动轮、固定轮、轴瓦、衬垫和卡箍等组成，如图1所示。其中，左端轮子为固定轮，与天轮轴靠平键联接；右侧3个轮子为游动轮，游动轮与天轮轴之间有轴瓦，轴瓦与游动轮毂之间靠高强度螺栓联接；轴瓦内部有储油槽，通过润滑油脂来实现游动轮与天轮轴灵活转动。当每根钢绳的线速度不完全相同时，游动轮与天轮轴之间可自由地相对转动，防止钢丝绳与衬垫之间产生滑动摩擦，避免衬垫过度磨损，起到保护钢丝绳的作用。右侧游动轮的轴向定位通过安装在天轮轴环形槽内的两半卡箍实现，为了保证各游动轮之间的间隙合适 (一般为0.2～0.5 mm)，卡箍的厚度根据安装实际情况进行单配。该结构的天轮装置应用较为广泛，技术成熟。

       新型天轮装置在游动轮与天轮轴之间采用滚动轴承代替轴瓦，以减少使用过程中出现的问题，其结构如图2所示。该结构中每个游动轮的轮毂与轴之间各装有2个滚动轴承作为支撑，各轴承之间通过轴套进行轴向定位。当每根钢绳的线速度不完全相同时，每个游动轮与轴之间通过轴承可自由灵活地相对转动。在每个游动轮毂上留有注油孔，使润滑脂能够按周期注入轴承内，满足润滑需要。此结构的轴承选型受限，相关结构件加工难度大，成本高。如果设计选型不当，可能无法达到预期要求。

天轮常见问题及修复方案

问题一：游动轮轮毂与轴瓦磨损

       天轮装置游动轮的轮毂、轴瓦磨损严重，其直接原因是轴瓦润滑不良。分析其他原因有：（1）用户使用维护不当，润滑油加注不及时，导致轴瓦润滑不良。（2）天轮装置旧结构轴瓦润滑油槽储油量受限。

       在天轮装置轴瓦润滑不良的情况下，天轮运转时，轴瓦与天轮轴之间润滑油膜形成受阻，两者间由滑动润滑变成了干摩擦，导致天轮产生异响；此时天轮轴与轴瓦之间因相对运转形成的摩擦力由轴瓦与轮毂之间的固定螺栓承受，在长时间的正反转运行和冲击下，固定螺栓会逐渐被剪断。剪断之后如果未及时发现而继续使用，剪断的螺钉会在游动轮毂内孔端面形成环形沟槽，也会导致天轮产生异响。同时游动轮毂内孔会因轴瓦与游动轮毂的相对运动而产生磨损。

修复方案

       在对天轮装置进行修复时，先将拆卸下的游动轮一端面向下放置在工作台上，按轮毂孔找正中心，圆柱度允许公差 0.03 mm。按轮毂孔母线用表找正全长，允许公差 0.03 mm。对3个游动轮分别测量轮毂孔内径、轮毂厚度以及轮毂端面与内孔的垂直度，检查点不少于8个，并制表记录。根据检测数据，将3个游动轮毂内孔加工成统一尺寸及公差带，轮毂端面根据沟槽深度，在不影响强度的条件下，车去小量；如果磨损严重，可堆焊后再进行修复加工。此时铜瓦的内外圈直径及轴瓦台阶尺寸需要根据天轮轴和轮毂的终修复尺寸而定，以保证轴瓦的互换性。

问题二：天轮轴磨损与锈蚀

       天轮轴若有锈蚀、磨损、点坑等问题，其主要原因食由于天轮轴瓦润滑不良，油膜形成受阻，导致游动轮轴瓦与天轮轴之间变成了硬接触，磨损轴瓦和天轮轴，进而出现异响。

修复方案

       针对此种问题修复时，先对天轮轴进行探伤，检测内部是否存在缺陷。如果探伤不合格，建议直接更换天轮轴；如果探伤合格，则对天轮轴表面进行除锈。除锈后，如果发现轴表面凸凹不平的缺陷，修复时首先检查天轮轴各部尺寸及形位公差，分别制表并作记录。固定轮轮毂与轴的间隙为0~ 0.15mm 时，建议采用刷镀工艺修复；间隙大于 0.15 mm 且小于2.00mm 时，建议采用冷融工艺修复。如天轮轴需车削，车削之前，以天轮轴两端外圆为基准进行找正，允许公差0.02mm。根据缺陷情况，游动轮配合处的轴径，在满足强度要求时，可以适当减小，将游动轮处轴径加工为统一公差带并达到相应表面要求。由于轴径发生变化，此时天轮轴瓦需要单配，并将轴瓦单配事项告知客户。

       如果上述缺陷在天轮轴与轴承配合处，修复方案有多种可供选择。

       （1）电刷镀法，此工艺简单，技术成熟，能够满足多种金属镀层材料需求，可根据不同材料，增大镀层的硬度和耐磨性。刷镀时工件温度低，镀层残余应力小，不会对基体造成二次破坏。此工艺适合磨损量小于0.2mm的情况，但对工件表面预处理要求高。

       （2）补焊修复法，此方法适用于磨损量1～2mm的情况。使用相应焊条在轴颈磨损部位进行堆焊，自然冷却，不得强制冷却。强制冷却会增加补焊部位的硬度和应力，给车削找正带来困难。

       （3）脉冲冷焊法，采用耐磨的薄钢皮包住轴颈磨损处，使用脉冲冷焊机进行点焊，使轴颈尺寸达到相应要求。该方法的优点为处理时间短，费用较低，不需再次车削。

问题三：轴承锈蚀

修复方案

       为了保证天轮装置运行的安全性及稳定性，建议用户直接更换新轴承。

问题四：衬垫磨损严重过度

       天轮衬垫磨损一般出现两种情况，衬垫磨损左右不对称和衬垫深度方向磨损超限。分析其原因：衬垫左右磨损不对称是因为天轮装置与主轴装置不对中所致；衬垫磨损严重直接原因是钢丝绳与衬垫发生了相对运动，钢丝绳打滑，轮缘偏摆较大也是原因之一。

修复方案

       出现衬垫磨损过度时，建议直接更换新的衬垫。磨损的衬垫在拆除时由于安装贴合较紧，人工拆除较费劲，此时可以直接车掉。在设计新的衬垫时，如果没有轮缘图纸，需要重新测量轮槽尺寸。在测量过程中，由于轮槽结构的特殊性，常常导致测量误差较大，此时可以根据测量的尺寸先做一对衬垫进行试装，根据试装情况修改衬垫图纸，以保证新的衬垫与轮槽贴合良好，在使用时衬垫不发生滑动，满足提升使用要求。

问题五：固定轮及游动轮轮缘偏摆

       天轮装置轮缘偏摆超差是常见问题。分析其原因，可能是天轮装置在起吊安装时没有专业吊装工具，直接起吊轮子导致轮缘变形，偏摆过大。

修复方案

       轮缘处偏摆过大，可采用高温火枪进行局部加热矫正。此方法简单方便，可直接在井架上操作，但对工人技术要求很高。轮缘矫正后，直径不大于3.0 m的天轮在单轮状态，轮缘处偏摆量不应大于2mm，组装后轮缘处偏摆量不应大于3mm，即为合格；直径大于3.0 m的天轮在单轮状态，轮缘处偏摆量不应大于2.5mm，组装后轮缘处偏摆量不应大于3.5mm，即为合格。

问题六：轮辐锈蚀及焊缝开焊

       轮辐锈蚀严重及焊缝开焊也是天轮装置修复中的常见问题，其原因是：天轮装置露天安装在几十米高的井架上，长期风吹日晒或雨淋，使用工况恶劣。

修复方案

       对锈蚀的固定轮、游动轮进行喷砂除锈，注意用钢板保护轮毂内孔及端面，避免二次伤害。如果用户自行更换过天轮衬垫或衬板磨损较小无需更换时，需采取措施保护衬垫。喷砂除锈后，需对焊缝进行检测，焊缝不达标的要及时进行补焊，直至满足出厂要求。如果发现轮辐钢板剩余厚度不能满足强度要求时，需对轮辐进行更换，锈蚀严重无法修复时，应考虑更换整个轮辐。

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