矿井提升机天轮衬垫的分析与应用
天轮是单绳缠绕式矿井提升机的重要部件天轮使用寿命在很大程度上取决于轮缘使用寿 命，故延长轮缘使用寿命即可延长天轮使用寿命。在 早期的天轮设计中,除了铸铁轮缘必须采用衬垫外, 铸钢和焊接轮缘较少采用衬垫。为了延长天轮和钢丝 绳的使用寿命，承德铜兴矿业有限责任公司(以下简 称“铜兴公司”)从2003年5月开始，在提升机及 绞车天轮的铸钢轮缘上均采用了衬垫，并对铸铁轮缘 原衬垫进行了改造。当衬垫绳槽磨损到影响正常使用 时，只需更换衬垫即可，避免了因轮缘过度磨损而导 致天轮报废，从而延长了天轮使用寿命：同时，衬垫 使钢丝绳处于无磨损摩擦状态，延长了钢丝绳使用寿 命。铜兴公司及其他矿山采用天轮衬垫数十年的实践表明"，衬垫既延长了天轮和钢丝绳的使用寿命， 减小了提升中心变化，也提高了提升系统运行的可靠性。
1天轮衬垫的应用与效果
铜兴公司采用的天轮衬垫主要有以下几种形式， 现简述其应用效果-
1.1整体方形块
整体方形块衬垫如图I所示。其材质原为尼龙 6. 1983年5月改为耐油橡胶14.用于铜兴公司副井 2JK-3*1.5D-20型提升机(主轴装置与制动系统已 更新为2JK-3/20A型提升机结构同)。3.() m铸铁轮缘 天轮，平均使用寿命约L17 a。2003年9月，铜兴公 司将衬垫材质改为聚氨酯，其平均使用寿命约6.83 a。由于衬垫的保护作用.现用重锤和罐笼的天轮迄今分别已使用近35 a和39 a
1.2剖分式楔形块与整体矩形块
剖分式楔形块衬垫如图2所示。其材质为榆木， 用于铜兴公司副井2BMx 2.5-20型提升机(已整机更 新为2JK-2.5/20A型提升机)©2.5 m铸铁轮缘天轮 木质衬垫的缺点是寿命短，平均使用寿命约0.83 a。 2003年1()月，铜兴公司将衬垫改为聚氨酯整体矩形 块，如图3所示，其平均使用寿命约6.5 a,使用寿命 约为木质衬垫的7.8倍匸现用2个天轮均为1975年5 月安装，迄今已使用近45 a。
1.3扇形整体块I与剖分式楔形块I
扇形整体块【衬垫如图4所示■其为铜兴公司设 计，材质为聚氨酯，用于铜兴公司主井KJ2x4xl.8D -11.5型提升机(主轴装置与制动系统已更新为2JK- 4/11.5A型提升机结构山)妞.()m铸钢轮缘天轮匚原天 轮为铸钢与枷焊两半式结构，总重7.159 t.因无衬 垫，轮缘和钢丝绳磨损严重曾因此提前报废的1号 和2号天轮,其轮缘绳槽底部磨损均达22 mm以上： 轮缘绳槽磨损较深后，槽底半径变小，使钢丝绳产生 过度挤压，导致其因磨损和断丝超标而提前报废2 个新天轮分别仅使用9 a和5.67 a时，其轮缘绳槽又 分别磨损达9. 6 mm以上.为提高天轮和钢丝绳使用寿命，2003年5月，铜兴公司在2个天轮上均安装了 聚氨酯衬垫，其平均使用寿命约9.5 a,钢丝绳使用寿 命也有所延长，同时提高了设备的运转效率。
2015年7月，1号天轮因轴瓦等原因更新时(已 使用近22 a),轮缘衬垫采用了如图5所示的剖分式楔 形块I系列产品-其材质为超高分子聚乙烯，使用4 a多来效果较好
2019年9月，2号天轮因毂轴连接失效进行更 新时(已使用22.58 a),轮缘衬垫仍采用剖分式楔形块 I,为提高其使用寿命，材质采用了聚氨酯。
1.4扇形整体块II与剖分式楔形块II
扇形整体块n衬垫如图6所示。其为铜兴公司 设计，材质为聚氨酯，图6(a)衬垫用于铜兴公司盲主 井2JK-2.5/20型提升机©2.5 m铸钢轮缘天轮，其平 均使用寿命约7.5 a;图6(b)衬垫用于铜兴公司盲副 井2JK-3/11.5型提升机03.() m铸钢轮缘天轮，其平 均使用寿命1()a以上 原天轮均无衬垫，造成轮缘和 钢丝绳磨损严重。2()03年7月，铜兴公司在4个天轮 上均安装了衬垫，迄今3个天轮仍正常使用，其中2 个副井天轮均已使用35 a以上，主井1号天轮已使用 30 a以上。
2018年5月，因毂轴连接失效更新主井2号天 轮时(已使用28.5 a),轮缘衬垫采用了如图7所示的 剖分式楔形块n,材质为超高分子聚乙烯匚4个天轮采用衬垫后，钢丝绳使用寿命均有所延长2.2.1衬垫拟减薄示例1
图1括号内40.5为衬垫减薄后数值。原e = H- d= 86.5-37 = 49.5.太厚;故取 e，= R - d=40.5 - 37 =3.5.合适;贝^f=e-e' = H-H'
1.5剖分式楔形块系列
2017年9月，铜兴公司斜井JTP-1.6 x 1.2/20型 提升绞车天轮采用剖分式楔形块系列产品，材质仍为 超高分子聚乙烯。
综上所述，天轮是否采用衬垫及其材质的不同， 对天轮、钢丝绳及衬垫的使用寿命均影响较大。采用 衬垫可延长天轮和钢丝绳的使用寿命;合理选用衬垫 材质，是延长其使用寿命、减少更换频次及提高设备 效率等的关键，安装为固定垫层后，既可保持钢丝绳提升中心 不变，亦可减薄新衬垫厚度，减少聚氨酯用料，降低 采购成本。廉价材质的衬垫不必考虑安装固定垫层。
2.2.2衬垫拟减薄示例2
由图 2 可得，tan30° = x/13. x = 7.5.H = 40 - 7.5 = 32.5. J =28. e = H-d=4.5;则图 3 括号内 32 为衬垫减薄后数值。原e = H-d=50-28 = 22.较 厚;故取 e，= d=32-28 = 4.合适;贝lj/=e-
e' = H-H' = 18.
应当指出，图1衬垫中绳槽深度与绳槽半径均设 计为50% d= 18.5不合理。根据有关文献和铜兴公司 近30 a的实践经验可知：
(1) 绳槽深度取 25% d 问=9.25 或 30% 171 =11.1. 较合理,原设计18.5比9.25或11.1分别深9.25或 7.40.不合理。衬垫高度可减小至95.75或93.9. H 与均不改变;
(2) 绳槽半径取55%/8| = 20.35较合理，原设计 18.5比20.35小1.85.钢丝邕会产生一定程度的挤压;
(3) 天轮衬垫与卷筒衬木(塑衬)的绳槽深度与绳 槽半径的技术要求相同。
2天轮衬垫应用的标准及要求
《金属非金属矿山安全规程》闩(以下简称《规程》)规定：“6.3.5.7天轮的轮缘应高于绳槽内的钢丝 绳，高出部分应大于钢丝绳直径的1.5倍。带衬垫的 天轮，衬垫应紧密固定。衬垫磨损深度相当于钢丝绳 直径，或沿侧面磨损达到钢丝绳直径的一半时.应立 即更换”。铜兴公司及其他矿山采用天轮衬垫数十年 的实践表明，采用衬垫须严格执行《规程》规定并应 符合以下标准及要求。
2.1衬垫的安装与更换标准
根据《规程》规定，衬垫的轴向和径向外形尺寸 应大于其安装槽的尺寸，使其装配后产生一定的过盈 而紧密固定，其公差G的值应视衬垫材质而定：热 塑性聚氯乙烯塑料(PVC)及新型PVC、尼龙6和超高 分子聚乙烯应较小，。值< 1.() mm为宜;聚氨酯宜 居中，G值为1.() ~ 1.8 mm合适;利用报废的运输胶 带或由一般橡胶的制成品可稍大，G值〉L8 mm为 宜’此外，为紧密排列，还应根据衬垫安装的***后周 向间隙值，制作合适的“间隙衬垫”，以手锤打入， 保证衬垫的周向紧密固定。
衬垫的更换要严格按《规程》规定执行，以尽量 减小提升中心的变化.减轻罐道及其导向槽(器)的磨 损，延长天轮使用寿命，保护钢丝绳等：
2.2衬垫径向厚度
无衬垫的天轮由矿山自行安装衬垫后，钢丝绳 提升中心的变化一般在28 ~ 4() mm 这是因为，天轮 直径在2.5 ~ 4.() m,其钢丝绳直径d为28 ~ 4() mm
《规程》6.33.8对提升容器的导向槽(器)与罐道之间 的间隙做出规定，《规程》6.33.9对导向槽(器)和罐 道之间的磨损更换程度做出规定这些间隙和磨损的 累计之和,如木罐道的***大值为1() 15 = 25 mm.仍 然无法弥补因安装衬垫而产生的钢丝绳提升中心的变 化值.因此必将增加容器在罐道上的摩擦力，加剧容 器导向装置与罐道的磨损。对于钢丝绳罐道单绳多段 提升而言，提升中心的变化也是造成“卡罐”的原因 之一"七
减轻导向装置与罐道磨损的有效方法，就是选 择一个比较合理的衬垫径向厚度H,以尽量缩小钢丝 绳提升中心的变化值：H值应为d与衬垫更换前的*** 小厚度e之和，6|1 H = d eo笔者根据经验认为，若 天轮原无衬垫，e取()~ 1()为宜;若天轮原有衬垫， 考虑到新衬垫性能一般优于原衬垫，故取新衬垫更换 前的***小厚度e'
2.3绳槽尺寸
2.3.1绳槽深度
按文献[7]要求，“卷筒衬木绳槽深度应为钢丝 绳直径的30%” c根据铜兴公司经验，当绳槽深度约 为25%d时，即可满足使用要求。原洛阳矿山机器厂 设计的绳槽深度仅为18% d。绳槽随着使用会逐渐加 深，不会出现钢丝绳“跳槽”现象。铜兴公司5台提 升机按(20% ~ 25%) d铢削的卷筒衬木或定制的卷筒 塑衬，使用30余年从未出现过钢丝绳跳槽现象，故 绳槽深度取(20% ~ 25%) d比较合理： 2.3.2绳槽半径
绳槽半径过小会引起钢丝绳过度挤压而提前断 丝;过大又会使钢丝绳支撑面积减小，增大其接触应 力而导致绳与绳槽的加速磨损。合理的绳槽半径，应 使钢丝绳与槽底紧密贴合并保持必要的间隙，此间隙 是考虑到钢丝绳在工作时有向两侧分开的倾向。根据 文献[8],绳槽半径取55% d比较合理：
2.4衬垫材质的选择
天轮衬垫的主要功能是避免天轮与钢丝绳之间直 接接触而产生互相磨损，因而性能指标要求少且低 我国从20世纪80年代初开始使用热塑性聚氯乙烯 (PVC)衬垫，由于其价格低，沿用近3() a：由于PVC 衬垫是硬质无弹性塑料制品，使用中衬垫间出现较大 的间隙，噪声大，安全性能受影响。后在原生产工 艺及配方的基础上加以改进，研制出新型的PVC衬 垫，比原PVC衬垫性能提高20%,同时推出聚氨酯 及超高分子聚乙烯衬垫，解决了 PVC材料的不足， 成为天轮衬垫的***材质回。根据铜兴公司采用衬垫 数十年的经验和有关文献及厂家的介绍，笔者认为， 聚氨酯衬垫虽价格较高，但使用寿命较长;超高分子 聚乙烯衬垫虽价格便宜，但使用寿命不如前者匸各矿 山可依据使用环境及工况，将二者作为天轮衬垫的首 选材质C
3结语
为了延长轮缘和钢丝绳的使用寿命，铜兴公司在 提升机及绞车天轮的铸钢轮缘上均采用了衬垫，对铸 铁轮缘上早期的衬垫亦进行了改造,均取得了很好的 应用效果，可供同仁借鉴与参考°天轮改造或更新时 应采用衬垫。
(1) 衬垫的安装与更换标准须严格按《规程》规 定执行，以保证在减小提升中心的变化、减轻罐道及 其导向槽(器)的磨损、延长天轮使用寿命以及保护钢 丝绳等方面均取得较好的应用效果。
(2) 衬垫材质应依据使用环境及工况进行选择， 以延长其使用寿命周期、减少更换频次、提高设备运 转效率为目标。
(3) 合理的衬垫径向厚度、绳槽深度与绳槽半径 等技术参数是衬垫优化的关键。
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(收稿日期：2019-10-14) (修订日期：2020-01-20)
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