鶴煤六礦新副井天輪軸承的故障損傷及安全再使用

陳偉杰　李革梅　張敏

摘 要 對鶴煤六礦新副井天輪軸承損傷原因進行了查找分析研究，同時根據(jù)其受力特點確定了一個安全有效的解決方法，并對具體方法步驟進行了詳細敘述，采用此方法解決問題后，使用結(jié)果表明，該方法經(jīng)濟、安全、可靠，經(jīng)濟及社會效益顯著，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 天輪；軸承；損傷；安全；再使用

中圖分類號：TD534 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0150-02

1 設(shè)備簡介

鶴煤六礦新副井提升機為落地式多繩摩擦提升機，提升系統(tǒng)由：提升容器、提升鋼絲繩、提升機、天輪、井架、裝卸載設(shè)備及電器設(shè)備等組成。兩組同規(guī)格天輪組件位于井架頂部上、下平臺，天輪組件型號為：T—2.8/2，由主軸、四個繩輪、兩個軸架、兩套球面滾子軸承（22356CA）、四個軸承擋蓋等組成。每組天輪由兩端的軸架支撐并穩(wěn)固于井架平臺，絞車四根主繩繞過絞車主滾筒后經(jīng)上下兩組天輪導(dǎo)向后進入井筒與提升容器連接，通過尾繩的平衡作用，形成一個穩(wěn)定的提升系統(tǒng)。圖1為提升系統(tǒng)簡圖。在絞車運行過程中，天輪組可以以最高8.2 m/s的速度運行。

2 故障現(xiàn)象

新副井提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著升降人員、物料、設(shè)備、提升矸石任務(wù)，除了規(guī)定的檢查檢修時間，幾乎是連續(xù)運轉(zhuǎn)。天輪組繩輪直徑與絞車滾筒直徑相同，同步運轉(zhuǎn)，圓周速度及線速度相同，均為29.45rpm和4.3 m/s。該天輪組件是2011年4月1日更換并投入使用，2013年10月23日在礦井年度計劃停產(chǎn)檢修時檢查發(fā)現(xiàn)，上組天輪南端軸承外圈正下偏順時針方向約15°-20°位置有兩處面積約30 mm2的疲勞點蝕損傷，若繼續(xù)使用損傷面積勢必會繼續(xù)擴大，使用條件將進一步惡化，勢必會發(fā)展到滾動體及內(nèi)圈，影響軸承的運轉(zhuǎn)精度，產(chǎn)生異常噪聲和溫升，使提升系統(tǒng)處于帶病運轉(zhuǎn)狀態(tài)，不符合煤礦安全規(guī)程的要求，必須采取有效措施予以解決。

3 原因分析

由滾動軸承的負(fù)荷分布可知，由于滾動體所處的位置不同，受力不同。軸承在工作時各個滾動體所承受的載荷將由零逐漸增大到最大值，然后再逐漸減小到零。因此，滾動體承受的是變載荷。對于工作時旋轉(zhuǎn)的內(nèi)圈上任意一點，在承載區(qū)內(nèi)，每次與滾動體接觸就受載一次，因此，旋轉(zhuǎn)內(nèi)圈上任意一點的載荷及應(yīng)力是周期性變化的。對于固定的外圈，各點所受載荷隨位置不同而大小不同，對位于承載區(qū)內(nèi)的任意一點，當(dāng)每一個滾動體滾過便受載一次，而所受載荷的最大值是不變的，承受穩(wěn)定的脈動循環(huán)載荷。外圈承載區(qū)任意一點的應(yīng)力變化情況如圖2所示。

通過提升系統(tǒng)圖可以看出，作為支撐件，天輪軸承在罐籠自重、提升、平衡鋼絲繩自重、提升重物及鋼絲繩張力的作用下，始終處于受力狀態(tài)，通過受力分析可知，其最大受力點處于第Ⅲ象限，與鉛垂方向約呈19.5°角位置，與故障點位置進行比對發(fā)現(xiàn)，故障點位置與最大受力點位置基本吻合。天輪軸承內(nèi)圈與主軸連接配合，外圈與軸承座孔連接配合，提升系統(tǒng)運行后，天輪軸承內(nèi)圈與滾動體、保持架隨主軸一起轉(zhuǎn)動，外圈固定不動。綜合分析得出如下結(jié)論：故障現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于該處始終處于受力狀態(tài)，且持續(xù)受最大脈動循環(huán)載荷的作用，造成疲勞點蝕損傷。于此同時也不難發(fā)現(xiàn)，由于軸承中徑向游隙的存在，軸承中負(fù)荷區(qū)將減小，除了包括最大受力部位的承載區(qū)，軸承外圈其他部位基本不受力，處于非工作狀態(tài)。

4 解決方法

解決問題最有效、最直接的方法就是將有損傷的軸承更換掉。采用此方法，首先，必須購置一套價值萬余元的同型號軸承，因其所處的使用位置及其重要性，該軸承一般選用進口軸承，軸承到位后，即實施更換。我礦是落地式多繩摩擦提升機，天輪處在井架頂部，據(jù)地面高度約25米，且天輪上下平臺面積有限，空間狹窄，作業(yè)過程中，天輪組起吊、舊軸承拆卸、新軸承加熱、加熱后安裝等作業(yè)都是現(xiàn)場完成，對高空作業(yè)而言，作業(yè)難度相當(dāng)大，作業(yè)安全性極差，而且施工時間長，影響礦井正常提升，因此，不是萬不得已，盡可能不采用此法。

通過軸承受力分析可知，在正常情況下，其受力特點是：軸承外圈非受力部分占到圓周長約1/2-3/4，而且，一旦軸承安裝定位，外圈固定，受力與非受力部位即固定不變。因此，根據(jù)這個特點，決定采取軸承外圈轉(zhuǎn)向的方法解決問題，具體方法步驟如下：打開故障天輪組兩端軸承座端蓋、上蓋，吊起天輪組，將故障軸承外圈逆時針旋轉(zhuǎn)120°（也可順時針旋轉(zhuǎn)），即將有損傷的部位旋轉(zhuǎn)至非受力部位，為了保持天輪組件轉(zhuǎn)動精度的統(tǒng)一性，將另外一端的軸承外圈也同步旋轉(zhuǎn)120°，天輪組重新落入軸承座孔安裝固定，通過如此操作，合理有效的解決了軸承外圈損傷后的安全再使用問題。這樣處理后，經(jīng)過一個時期的運轉(zhuǎn)使用，其受力特點決定軸承外圈該受力部位仍可能再受損，倘若受力部位再損傷，可采取同樣的方法進行處理，亦即一套軸承在沒有其他特殊問題的情況下，可以延長兩個使用周期安全再使用。大膽的說，每次旋轉(zhuǎn)90°，可以延長三個使用周期，但考慮到軸承本身制造的使用壽命和受力的合理性，故采取折中保守的方法，每次同方向旋轉(zhuǎn)120°予以安全再使用。

5 效果及效益評估價

采用此方法處理后，截止筆者發(fā)稿之前的2014年5月31日，再次打開檢查該軸承，使用狀況良好，未發(fā)現(xiàn)異常的損傷。因此，與更換軸承方法相比，不但節(jié)省了萬余元的軸承購置費和前期大量的準(zhǔn)備工作，還避免了一次大型高危作業(yè)活動，同時可縮短施工時間約16小時，不但使用效果好，還安全高效，解除了新副井提升系統(tǒng)的安全隱患，確保其安全運行，經(jīng)濟、社會效益顯著。此法對有類似情況的設(shè)備修理維護均可借鑒使用，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]吳宗澤.機械零件[M].中央廣播電視大學(xué)出版社，1986.

作者簡介

陳偉杰（1968-），河南焦作人，1997年畢業(yè)于焦作工學(xué)院礦山機電專業(yè)，現(xiàn)從事煤礦機電管理工作。endprint

摘 要 對鶴煤六礦新副井天輪軸承損傷原因進行了查找分析研究，同時根據(jù)其受力特點確定了一個安全有效的解決方法，并對具體方法步驟進行了詳細敘述，采用此方法解決問題后，使用結(jié)果表明，該方法經(jīng)濟、安全、可靠，經(jīng)濟及社會效益顯著，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 天輪；軸承；損傷；安全；再使用

中圖分類號：TD534 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0150-02

1 設(shè)備簡介

鶴煤六礦新副井提升機為落地式多繩摩擦提升機，提升系統(tǒng)由：提升容器、提升鋼絲繩、提升機、天輪、井架、裝卸載設(shè)備及電器設(shè)備等組成。兩組同規(guī)格天輪組件位于井架頂部上、下平臺，天輪組件型號為：T—2.8/2，由主軸、四個繩輪、兩個軸架、兩套球面滾子軸承（22356CA）、四個軸承擋蓋等組成。每組天輪由兩端的軸架支撐并穩(wěn)固于井架平臺，絞車四根主繩繞過絞車主滾筒后經(jīng)上下兩組天輪導(dǎo)向后進入井筒與提升容器連接，通過尾繩的平衡作用，形成一個穩(wěn)定的提升系統(tǒng)。圖1為提升系統(tǒng)簡圖。在絞車運行過程中，天輪組可以以最高8.2 m/s的速度運行。

2 故障現(xiàn)象

新副井提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著升降人員、物料、設(shè)備、提升矸石任務(wù)，除了規(guī)定的檢查檢修時間，幾乎是連續(xù)運轉(zhuǎn)。天輪組繩輪直徑與絞車滾筒直徑相同，同步運轉(zhuǎn)，圓周速度及線速度相同，均為29.45rpm和4.3 m/s。該天輪組件是2011年4月1日更換并投入使用，2013年10月23日在礦井年度計劃停產(chǎn)檢修時檢查發(fā)現(xiàn)，上組天輪南端軸承外圈正下偏順時針方向約15°-20°位置有兩處面積約30 mm2的疲勞點蝕損傷，若繼續(xù)使用損傷面積勢必會繼續(xù)擴大，使用條件將進一步惡化，勢必會發(fā)展到滾動體及內(nèi)圈，影響軸承的運轉(zhuǎn)精度，產(chǎn)生異常噪聲和溫升，使提升系統(tǒng)處于帶病運轉(zhuǎn)狀態(tài)，不符合煤礦安全規(guī)程的要求，必須采取有效措施予以解決。

3 原因分析

由滾動軸承的負(fù)荷分布可知，由于滾動體所處的位置不同，受力不同。軸承在工作時各個滾動體所承受的載荷將由零逐漸增大到最大值，然后再逐漸減小到零。因此，滾動體承受的是變載荷。對于工作時旋轉(zhuǎn)的內(nèi)圈上任意一點，在承載區(qū)內(nèi)，每次與滾動體接觸就受載一次，因此，旋轉(zhuǎn)內(nèi)圈上任意一點的載荷及應(yīng)力是周期性變化的。對于固定的外圈，各點所受載荷隨位置不同而大小不同，對位于承載區(qū)內(nèi)的任意一點，當(dāng)每一個滾動體滾過便受載一次，而所受載荷的最大值是不變的，承受穩(wěn)定的脈動循環(huán)載荷。外圈承載區(qū)任意一點的應(yīng)力變化情況如圖2所示。

通過提升系統(tǒng)圖可以看出，作為支撐件，天輪軸承在罐籠自重、提升、平衡鋼絲繩自重、提升重物及鋼絲繩張力的作用下，始終處于受力狀態(tài)，通過受力分析可知，其最大受力點處于第Ⅲ象限，與鉛垂方向約呈19.5°角位置，與故障點位置進行比對發(fā)現(xiàn)，故障點位置與最大受力點位置基本吻合。天輪軸承內(nèi)圈與主軸連接配合，外圈與軸承座孔連接配合，提升系統(tǒng)運行后，天輪軸承內(nèi)圈與滾動體、保持架隨主軸一起轉(zhuǎn)動，外圈固定不動。綜合分析得出如下結(jié)論：故障現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于該處始終處于受力狀態(tài)，且持續(xù)受最大脈動循環(huán)載荷的作用，造成疲勞點蝕損傷。于此同時也不難發(fā)現(xiàn)，由于軸承中徑向游隙的存在，軸承中負(fù)荷區(qū)將減小，除了包括最大受力部位的承載區(qū)，軸承外圈其他部位基本不受力，處于非工作狀態(tài)。

4 解決方法

解決問題最有效、最直接的方法就是將有損傷的軸承更換掉。采用此方法，首先，必須購置一套價值萬余元的同型號軸承，因其所處的使用位置及其重要性，該軸承一般選用進口軸承，軸承到位后，即實施更換。我礦是落地式多繩摩擦提升機，天輪處在井架頂部，據(jù)地面高度約25米，且天輪上下平臺面積有限，空間狹窄，作業(yè)過程中，天輪組起吊、舊軸承拆卸、新軸承加熱、加熱后安裝等作業(yè)都是現(xiàn)場完成，對高空作業(yè)而言，作業(yè)難度相當(dāng)大，作業(yè)安全性極差，而且施工時間長，影響礦井正常提升，因此，不是萬不得已，盡可能不采用此法。

通過軸承受力分析可知，在正常情況下，其受力特點是：軸承外圈非受力部分占到圓周長約1/2-3/4，而且，一旦軸承安裝定位，外圈固定，受力與非受力部位即固定不變。因此，根據(jù)這個特點，決定采取軸承外圈轉(zhuǎn)向的方法解決問題，具體方法步驟如下：打開故障天輪組兩端軸承座端蓋、上蓋，吊起天輪組，將故障軸承外圈逆時針旋轉(zhuǎn)120°（也可順時針旋轉(zhuǎn)），即將有損傷的部位旋轉(zhuǎn)至非受力部位，為了保持天輪組件轉(zhuǎn)動精度的統(tǒng)一性，將另外一端的軸承外圈也同步旋轉(zhuǎn)120°，天輪組重新落入軸承座孔安裝固定，通過如此操作，合理有效的解決了軸承外圈損傷后的安全再使用問題。這樣處理后，經(jīng)過一個時期的運轉(zhuǎn)使用，其受力特點決定軸承外圈該受力部位仍可能再受損，倘若受力部位再損傷，可采取同樣的方法進行處理，亦即一套軸承在沒有其他特殊問題的情況下，可以延長兩個使用周期安全再使用。大膽的說，每次旋轉(zhuǎn)90°，可以延長三個使用周期，但考慮到軸承本身制造的使用壽命和受力的合理性，故采取折中保守的方法，每次同方向旋轉(zhuǎn)120°予以安全再使用。

5 效果及效益評估價

采用此方法處理后，截止筆者發(fā)稿之前的2014年5月31日，再次打開檢查該軸承，使用狀況良好，未發(fā)現(xiàn)異常的損傷。因此，與更換軸承方法相比，不但節(jié)省了萬余元的軸承購置費和前期大量的準(zhǔn)備工作，還避免了一次大型高危作業(yè)活動，同時可縮短施工時間約16小時，不但使用效果好，還安全高效，解除了新副井提升系統(tǒng)的安全隱患，確保其安全運行，經(jīng)濟、社會效益顯著。此法對有類似情況的設(shè)備修理維護均可借鑒使用，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]吳宗澤.機械零件[M].中央廣播電視大學(xué)出版社，1986.

作者簡介

陳偉杰（1968-），河南焦作人，1997年畢業(yè)于焦作工學(xué)院礦山機電專業(yè)，現(xiàn)從事煤礦機電管理工作。endprint

摘 要 對鶴煤六礦新副井天輪軸承損傷原因進行了查找分析研究，同時根據(jù)其受力特點確定了一個安全有效的解決方法，并對具體方法步驟進行了詳細敘述，采用此方法解決問題后，使用結(jié)果表明，該方法經(jīng)濟、安全、可靠，經(jīng)濟及社會效益顯著，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 天輪；軸承；損傷；安全；再使用

中圖分類號：TD534 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0150-02

1 設(shè)備簡介

鶴煤六礦新副井提升機為落地式多繩摩擦提升機，提升系統(tǒng)由：提升容器、提升鋼絲繩、提升機、天輪、井架、裝卸載設(shè)備及電器設(shè)備等組成。兩組同規(guī)格天輪組件位于井架頂部上、下平臺，天輪組件型號為：T—2.8/2，由主軸、四個繩輪、兩個軸架、兩套球面滾子軸承（22356CA）、四個軸承擋蓋等組成。每組天輪由兩端的軸架支撐并穩(wěn)固于井架平臺，絞車四根主繩繞過絞車主滾筒后經(jīng)上下兩組天輪導(dǎo)向后進入井筒與提升容器連接，通過尾繩的平衡作用，形成一個穩(wěn)定的提升系統(tǒng)。圖1為提升系統(tǒng)簡圖。在絞車運行過程中，天輪組可以以最高8.2 m/s的速度運行。

2 故障現(xiàn)象

新副井提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著升降人員、物料、設(shè)備、提升矸石任務(wù)，除了規(guī)定的檢查檢修時間，幾乎是連續(xù)運轉(zhuǎn)。天輪組繩輪直徑與絞車滾筒直徑相同，同步運轉(zhuǎn)，圓周速度及線速度相同，均為29.45rpm和4.3 m/s。該天輪組件是2011年4月1日更換并投入使用，2013年10月23日在礦井年度計劃停產(chǎn)檢修時檢查發(fā)現(xiàn)，上組天輪南端軸承外圈正下偏順時針方向約15°-20°位置有兩處面積約30 mm2的疲勞點蝕損傷，若繼續(xù)使用損傷面積勢必會繼續(xù)擴大，使用條件將進一步惡化，勢必會發(fā)展到滾動體及內(nèi)圈，影響軸承的運轉(zhuǎn)精度，產(chǎn)生異常噪聲和溫升，使提升系統(tǒng)處于帶病運轉(zhuǎn)狀態(tài)，不符合煤礦安全規(guī)程的要求，必須采取有效措施予以解決。

3 原因分析

由滾動軸承的負(fù)荷分布可知，由于滾動體所處的位置不同，受力不同。軸承在工作時各個滾動體所承受的載荷將由零逐漸增大到最大值，然后再逐漸減小到零。因此，滾動體承受的是變載荷。對于工作時旋轉(zhuǎn)的內(nèi)圈上任意一點，在承載區(qū)內(nèi)，每次與滾動體接觸就受載一次，因此，旋轉(zhuǎn)內(nèi)圈上任意一點的載荷及應(yīng)力是周期性變化的。對于固定的外圈，各點所受載荷隨位置不同而大小不同，對位于承載區(qū)內(nèi)的任意一點，當(dāng)每一個滾動體滾過便受載一次，而所受載荷的最大值是不變的，承受穩(wěn)定的脈動循環(huán)載荷。外圈承載區(qū)任意一點的應(yīng)力變化情況如圖2所示。

通過提升系統(tǒng)圖可以看出，作為支撐件，天輪軸承在罐籠自重、提升、平衡鋼絲繩自重、提升重物及鋼絲繩張力的作用下，始終處于受力狀態(tài)，通過受力分析可知，其最大受力點處于第Ⅲ象限，與鉛垂方向約呈19.5°角位置，與故障點位置進行比對發(fā)現(xiàn)，故障點位置與最大受力點位置基本吻合。天輪軸承內(nèi)圈與主軸連接配合，外圈與軸承座孔連接配合，提升系統(tǒng)運行后，天輪軸承內(nèi)圈與滾動體、保持架隨主軸一起轉(zhuǎn)動，外圈固定不動。綜合分析得出如下結(jié)論：故障現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于該處始終處于受力狀態(tài)，且持續(xù)受最大脈動循環(huán)載荷的作用，造成疲勞點蝕損傷。于此同時也不難發(fā)現(xiàn)，由于軸承中徑向游隙的存在，軸承中負(fù)荷區(qū)將減小，除了包括最大受力部位的承載區(qū)，軸承外圈其他部位基本不受力，處于非工作狀態(tài)。

4 解決方法

解決問題最有效、最直接的方法就是將有損傷的軸承更換掉。采用此方法，首先，必須購置一套價值萬余元的同型號軸承，因其所處的使用位置及其重要性，該軸承一般選用進口軸承，軸承到位后，即實施更換。我礦是落地式多繩摩擦提升機，天輪處在井架頂部，據(jù)地面高度約25米，且天輪上下平臺面積有限，空間狹窄，作業(yè)過程中，天輪組起吊、舊軸承拆卸、新軸承加熱、加熱后安裝等作業(yè)都是現(xiàn)場完成，對高空作業(yè)而言，作業(yè)難度相當(dāng)大，作業(yè)安全性極差，而且施工時間長，影響礦井正常提升，因此，不是萬不得已，盡可能不采用此法。

通過軸承受力分析可知，在正常情況下，其受力特點是：軸承外圈非受力部分占到圓周長約1/2-3/4，而且，一旦軸承安裝定位，外圈固定，受力與非受力部位即固定不變。因此，根據(jù)這個特點，決定采取軸承外圈轉(zhuǎn)向的方法解決問題，具體方法步驟如下：打開故障天輪組兩端軸承座端蓋、上蓋，吊起天輪組，將故障軸承外圈逆時針旋轉(zhuǎn)120°（也可順時針旋轉(zhuǎn)），即將有損傷的部位旋轉(zhuǎn)至非受力部位，為了保持天輪組件轉(zhuǎn)動精度的統(tǒng)一性，將另外一端的軸承外圈也同步旋轉(zhuǎn)120°，天輪組重新落入軸承座孔安裝固定，通過如此操作，合理有效的解決了軸承外圈損傷后的安全再使用問題。這樣處理后，經(jīng)過一個時期的運轉(zhuǎn)使用，其受力特點決定軸承外圈該受力部位仍可能再受損，倘若受力部位再損傷，可采取同樣的方法進行處理，亦即一套軸承在沒有其他特殊問題的情況下，可以延長兩個使用周期安全再使用。大膽的說，每次旋轉(zhuǎn)90°，可以延長三個使用周期，但考慮到軸承本身制造的使用壽命和受力的合理性，故采取折中保守的方法，每次同方向旋轉(zhuǎn)120°予以安全再使用。

5 效果及效益評估價

采用此方法處理后，截止筆者發(fā)稿之前的2014年5月31日，再次打開檢查該軸承，使用狀況良好，未發(fā)現(xiàn)異常的損傷。因此，與更換軸承方法相比，不但節(jié)省了萬余元的軸承購置費和前期大量的準(zhǔn)備工作，還避免了一次大型高危作業(yè)活動，同時可縮短施工時間約16小時，不但使用效果好，還安全高效，解除了新副井提升系統(tǒng)的安全隱患，確保其安全運行，經(jīng)濟、社會效益顯著。此法對有類似情況的設(shè)備修理維護均可借鑒使用，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]吳宗澤.機械零件[M].中央廣播電視大學(xué)出版社，1986.

作者簡介

陳偉杰（1968-），河南焦作人，1997年畢業(yè)于焦作工學(xué)院礦山機電專業(yè)，現(xiàn)從事煤礦機電管理工作。endprint