礦井提升機技術(shù)改造與設(shè)備更新分析與對策（2）

肖慧儒，施海斌，高寶錄，何方金，崔哲峰，顧永剛

（1.承德銅興礦業(yè)有限責(zé)任公司，河北承德 067250；2.承德恒力機電制造有限責(zé)任公司，河北承德 067250；3.中信重工機械股份有限公司，河南洛陽 471039）

2 技術(shù)改造與設(shè)備更新可大幅提升裝備水平

2.1 提升機與設(shè)備故障簡介

銅興公司盲主井2JK-2.5/20 型提升機（以下簡稱“盲主井提升機”）于1989 年11 月投產(chǎn)運行，設(shè)計提升能力60 萬噸/年。其ZHLR-130K 型圓弧圓柱齒輪減速器曾因兩起設(shè)備事故，致使1993 年1 月更換中間軸總成、1998 年8 月更換中間軸總成與高速軸總成，導(dǎo)致減速器振動及噪聲增大。2010 年3月，立井延深120 m 后，設(shè)備提升能力不足。為提升設(shè)備能力，曾經(jīng)擬更新或改造提升機，但未實施。最終采取了將提升機電機由JR158-10/350 kW/6 kV 更換為JRQ157-8/440 kW/6 kV、轉(zhuǎn)速由590 r/min 提至740 r/min 的方案，使提升機主軸裝置及傳動系統(tǒng)的負載均增加了25%以上。更換電機后，額定電阻調(diào)速啟動電流增大、TKD 型提升機電控裝置（以下簡稱“TKD電控”）對加速度等運行狀態(tài)無法準確調(diào)節(jié)控制，對減速器在啟動、減速、爬行、停車及緊急制動時均產(chǎn)生較大沖擊，導(dǎo)致齒輪齒面及軸承等磨損加劇，盲主井提升機產(chǎn)生諸多故障：①減速器高速軸及中間軸發(fā)熱，其振動及噪聲增大；②電機啟動電流增大，串級調(diào)速系統(tǒng)（克雷默系統(tǒng)）電機啟動電流為額定電流的1.7 倍，既對電網(wǎng)沖擊大，又引起電網(wǎng)電壓跌落，影響其他設(shè)備正常運行；③電機噪聲及振動增大；④2013 年10 月發(fā)現(xiàn)，固筒左輪轂（滑動支輪）與主軸軸頸（下稱“軸頸”）的配合間隙逐漸增大，盡管采取過在固筒中沿軸向増焊4 根10#角鋼等措施，但間隙仍逐漸磨損加大，最大處達2.6 mm 塞尺通過，轂軸配合已嚴重受損，固筒與主軸連接主要依靠右輪轂（固定支輪）承擔(dān)，引起固筒軸向竄動嚴重及產(chǎn)生周期性聲響；⑤2 號天輪有異常響聲，其部分輪輻在兩端折彎處反復(fù)開裂；⑥高速級聯(lián)軸器蛇形彈簧經(jīng)常折斷，由此造成兩個半聯(lián)軸器齒形槽損壞。

上述故障致使設(shè)備維修量增大，導(dǎo)致人力及材料備件的較大消耗，不僅對正常生產(chǎn)產(chǎn)生一定影響，還容易引發(fā)設(shè)備事故。

2.2 設(shè)備故障分析與對策

2.2.1 電阻調(diào)速與TKD 電控的缺陷與對策

電阻調(diào)速與TKD 電控的最大缺陷是耗能嚴重、保護裝置不全、可靠性低、有級調(diào)速及對系統(tǒng)產(chǎn)生較大沖擊等。近年來，電阻調(diào)速與TKD 電控技術(shù)改造方向是將前者改造為變頻調(diào)速[2-3]，將后者改造為雙線制PLC 電控[4]。變頻電控的最大優(yōu)點是節(jié)能顯著、保護裝置齊全、可靠性高、無級調(diào)速及運行平穩(wěn)等。

2.2.2 減速器故障機理分析與對策

（1）齒輪與軸平鍵連接狀況。

減速器結(jié)構(gòu)簡圖如圖8 所示，齒輪與軸平鍵連接狀況有4種：①中間軸A 齒輪平鍵單側(cè)間隙0.11 mm，塞尺插入100 mm以上；②中間軸B 齒輪平鍵單側(cè)間隙0.06 mm，塞尺插入約50 mm；③低速軸C 齒輪平鍵兩側(cè)間隙0.07 mm，塞尺插入100 mm 以上；④低速軸D 齒輪平鍵單側(cè)間隙0.08 mm，塞尺插入100 mm 以上。

鍵連接松動間隙僅0.1 mm 左右，即便鍵連接產(chǎn)生較大間隙也僅僅會在減速器啟停時出現(xiàn)“咯噔”的聲音，而不會在低速時一直有異常響聲，所以可以排除鍵連接松動的因素。

（2）輪齒嚙合間隙狀況。

輪齒嚙合狀況見圖8，高速級齒側(cè)3 個檢測點平均間隙（壓鉛法）：A′點0.587 mm；B′點0.520 mm。二者相差0.067 mm。低速級齒側(cè)3 個檢測點平均間隙（壓鉛法）：C′點0.800 mm；D′點0.930 mm。二者相差0.130 mm。

（3）齒側(cè)間隙標準及噪聲較大的原因分析。

齒側(cè)間隙與齒輪圓周速度、工作溫度、潤滑方法、加工誤差、安裝誤差等因素均有關(guān)。綜合考慮上述因素后，針對提升機雙向運轉(zhuǎn)、啟動頻繁的工況，建議其各齒輪副的最小側(cè)隙不小于IT10（表1）[5-6]。

圖8 減速器結(jié)構(gòu)及輪齒嚙合狀況

表1 不同中心距時齒輪副的最小側(cè)隙

齒側(cè)間隙值可以大于表1 所列數(shù)值，但不能超過其數(shù)值的2 倍，否則就會引起過大的換向沖擊、噪聲增大，對齒輪產(chǎn)生不利影響。輪齒嚙合側(cè)隙檢測數(shù)值與國家標準輪齒嚙合側(cè)隙數(shù)值對比可知，高速級與低速級齒側(cè)間隙值均超出其最大允許值的2 倍，即＞0.5 和＞0.72，已達3.20 倍和2.58 倍。另外，左側(cè)的A′點和D′點間隙值均大于其右側(cè)的B′點和C′點間隙值，人字齒輪能軸向移動，有自動調(diào)節(jié)位置的功能。低速狀態(tài)時，因人字齒自動調(diào)節(jié)功能失效，導(dǎo)致兩側(cè)齒輪接觸不均勻，所以在運行中產(chǎn)生較大噪聲。

（4）盤車時出現(xiàn)齒輪卡死現(xiàn)象的原因分析。

盤車時低速齒輪每周有1 個死點，此時人力盤不動車。廠家認為，這是因為人字齒左右側(cè)隙相差較大、無法自由浮動所致。圓弧齒輪齒形跑合的最佳狀態(tài)是高速運轉(zhuǎn)時，手動盤車時，某個齒輪輪齒磨損嚴重，嚙合圓弧非最佳狀態(tài)，則易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。

（5）軸承出現(xiàn)卡死現(xiàn)象的原因分析。

經(jīng)檢查，低速軸輸出側(cè)軸承磨損相對嚴重，相反側(cè)軸承有一個滾柱位于下端時卡死，此時人力盤不動車。分析是有滾柱損壞或外滾道磨損嚴重，抑或二者均有。

（6）重載加速時段電機電流值變化幅度較大原因分析。重載加速時段電機電流值變化幅度在200～438 A（標稱電流487 A），電機負荷的變化，證明了加速時段“系統(tǒng)”負載的變化。經(jīng)檢查，制動與潤滑系統(tǒng)及齒輪聯(lián)軸器均正常。分析認為，電流值變化幅度較大的原因與減速器齒輪嚙合狀態(tài)有關(guān)。

（7）減速器故障處理對策。

根據(jù)設(shè)備狀況，必須采取相應(yīng)措施。措施方案有3 個，對其利弊評析見表2。應(yīng)盡快更換低速級軸承，以免造成齒輪斷齒事故。

成本方面產(chǎn)品價格比較，方案1<方案3<方案2。綜合比較性價比后，選擇方案3 較為科學(xué)合理，即將減速器及TE001型潤滑站更新為ZZL710 型行星齒輪減速器及TE001 G 型潤滑站。

（8）減速器的更新?lián)Q代方向[7]65-67，83與注意事項。

漸開線行星齒輪減速器從20 世紀80 年代初期開始在國產(chǎn)提升機傳動系統(tǒng)中應(yīng)用，其具有體積小、重量輕、噪聲低、承載能力大、傳動效率高和工作平穩(wěn)等一系列優(yōu)點，具有很高的推廣應(yīng)用價值，市場份額逐步擴大。采用硬齒面齒輪是提高齒輪強度與承載能力的有效途徑，也是齒輪傳動技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。隨著新型硬齒面行星齒輪減速器在提升機上的普遍應(yīng)用，當(dāng)前傳動系統(tǒng)更新?lián)Q代方向均首選行星齒輪減速器。

2014 年12 月，銅興公司已在1 臺2.5 m 提升機更新及1臺1.6 m 提升絞車選型中采用了行星齒輪減速器，2019 年9月，又將盲主井提升機減速器及其潤滑站更新為行星齒輪減速器及配套潤滑站，均獲得了很好的應(yīng)用效果。

表2 3 種方案的利弊評析

更新注意事項：①需增加減速器的過渡底座。由于新舊減速器軸向位置及中心高均改變，原基礎(chǔ)標高需下移，并通過一個過渡底座與原地腳螺栓（需截短使用）進行連接；②需配置與減速器配套使用的潤滑站；③電機砼基礎(chǔ)需重新制作；④低速級與高速級聯(lián)軸器均需更換；⑤將提升機變頻電控系統(tǒng)安裝在原減速器高速軸與低速軸上的編碼器，分別與電機軸端蓋連接和主軸裝置末端傳動桿處采用新型深度指示器T 型傳動裝置連接等。傳動系統(tǒng)改造后，現(xiàn)變頻電控系統(tǒng)性能、功能及操控方式等均不改變。

2.2.3 固定卷筒滑動支輪故障機理分析與處理

導(dǎo)致固定卷筒滑動支輪故障的原因是潤滑失效，其根本原因是JK 型單繩纏繞式提升機固筒滑動支輪與軸頸連接設(shè)計為間隙（滑動）配合不合理。JK/A 和JK/E 型單繩纏繞式提升機固筒兩個轂軸連接，已經(jīng)改為無鍵過盈配合和主軸上直接鍛制出兩個法蘭盤取代[7]28。JK/E 型是JK/A 型的改進機型，于1991 年投產(chǎn)[8]，是目前我國標配產(chǎn)品，技術(shù)和結(jié)構(gòu)上都具有先進性。

借鑒JK/A、JK/E 機型固筒兩個轂軸連接的形式，將失效的輪轂改造為與主軸固定連接的形式：先將一個兩半裝配式軸卡固定在主軸上，再將失效的輪轂與軸卡相焊接，即相當(dāng)于轂軸固定連接，軸卡、主軸及輪轂的連接見圖9。該軸卡連接方式結(jié)構(gòu)簡單，消除了傳統(tǒng)的轂軸連接失效隱患。兩半裝配式軸卡部件由中實洛陽重型機械有限公司設(shè)計制作，文獻[9]對其結(jié)構(gòu)及JK 型單繩纏繞式提升機轂軸連接失效機理分析與對策進行了論述。

圖9 軸卡、主軸及輪轂的連接示意

2014 年9 月，采用新型軸卡方法[9]處理故障后，測量制動盤工作面全跳動量：固筒0.30～-0.50 mm；游筒0.65 mm。跳動值雖然不滿足≤0.5 mm 的標準[10]4，但是可以滿足使用要求（將超差值消化在閘瓦間隙中），所以未做進一步校正。卷筒發(fā)出的周期性聲響亦消失。迄今設(shè)備運行正常。

2.2.4 天輪故障機理分析與對策

2017 年11 月開始，2 號天輪異常響聲增大，具體狀況為：2號箕斗空載下落時，天輪有響聲；其空載及重載提升時，天輪均無響聲。天輪故障原因分析與處理如下：

（1）天輪圓跳動狀況。

天輪裝配圖如圖10 所示。天輪輪緣為兩半式結(jié)構(gòu)，輪轂為整體ZG270-500（ZG35）鋼結(jié)構(gòu)，采用22328 CC/W33（3628）型雙列向心球面滾子軸承，輪輻為槽鋼結(jié)構(gòu)，其與輪轂輪緣均為螺栓連接。天輪總重2.215 t（不含襯墊）。該天輪此前已整體更換過兩次輪輻，更換系因輪輻兩端折彎處反復(fù)開裂（圖10）。輪緣端面圓跳動約4±1 mm，1 號天輪與此值相當(dāng)。輪緣端面圓跳動及繩槽徑向圓跳動公差設(shè)計均為2.5 mm。故障狀況：當(dāng)兩個箕斗空載時，其天輪端面圓跳動數(shù)值均大于其重載時的數(shù)值，即提升鋼絲繩張力小時，天輪端面圓跳動數(shù)值大；鋼絲繩張力大時，天輪端面圓跳動數(shù)值小。

（2）天輪響聲原因分析。

天輪響聲的原因有兩個：一是天輪轂與軸連接的平鍵連接有松動，引起孔軸連接產(chǎn)生輕微失效，致使天輪孔軸連接發(fā)生周向或徑向位移，抑或二者同時發(fā)生，即孔與軸發(fā)生“啃軸”現(xiàn)象（此分析已被焊接的軸擋圈的焊道開裂所證實）（圖10）。1號天輪相同部位焊道正常。天輪軸受力以彎矩為主，所以天輪孔軸連接失效是軸擋圈與軸的焊道開裂的原因。二是箕斗空載下落時天輪有響聲、空載及重載提升時天輪均無響聲，這是箕斗提升與下落時載荷發(fā)生變化引起鋼絲繩張力變化所致，張力變化最終傳導(dǎo)到天輪轂與軸的連接上（圖11）。

圖10 天輪裝配圖

圖11 箕斗空載提升與下落時受力分析

根據(jù)牛頓第二定律，箕斗提升時∑F提升＝ma3，即∑F提升=T提升-mg＝ma3。則T提升＝m（g+a3）；箕斗下落時∑F下落＝ma1，即∑F下落＝mg-T下落＝ma1。則T下落＝m（g-a1）。

顯然，T提升＞T下落。

其中，∑F提升和∑F下落為箕斗空載提升及下落時的合力，N；T提升和T下落為箕斗空載提升及下落時鋼絲繩提升和下落時的張力，N；m 為箕斗質(zhì)量，m＝G箕斗/g，G箕斗為箕斗重力，G箕斗＝39 600 N，g 為重力加速度，取9.81 m/s2，則m＝4 037 kg；a3為箕斗在曲軌外提升時的減速度，a3＝0.80 m/s2；a1為箕斗在曲軌外下落時的加速度，a1＝0.65 m/s2。

則T提升＝m（g＋a3）＝42 833 N，T下落＝m（g－a1）＝36 979 N，T提升－T下落＝5 854 N。

箕斗勻速運行時，減速度a3與加速度a1均為0，則T提升＝T下落。

箕斗重載提升時，鋼絲繩張力T重載提升＝T提升＋礦石平均重力約32 500 N＝75 333 N。

上述檢測與計算證明：當(dāng)鋼絲繩處于提升狀態(tài)即張力大時，天輪圓跳動數(shù)值即小，其無響聲；相反，當(dāng)鋼絲繩處于下落狀態(tài)即張力小時，天輪圓跳動數(shù)值增大，其有響聲。

（3）天輪孔軸連接的公差與配合特征。

（4）天輪孔軸連接及平鍵連接間隙檢測。

受天輪孔軸連接結(jié)構(gòu)限制，此間隙無法直接進行檢測：左端是軸的擋肩，右端是擋圈與軸焊接固定。若要檢測，須將擋圈切割去除，并將焊接組織磨平，然后才能用塞尺檢測間隙。天輪安裝狀態(tài)時，其孔軸連接的最下端即孔軸配合的最大間隙值；平鍵與輪轂鍵槽的間隙檢測，須將平鍵位于左右水平位置時，在其下方工作邊處插入塞尺，左右各測數(shù)次，取其測值的算術(shù)平均值作為平鍵工作邊的間隙值。

（5）天輪故障處理。

天輪狀況已經(jīng)屬于嚴重故障或事故隱患狀態(tài)。如果設(shè)備平穩(wěn)運行，天輪或可維持一段時間甚至較長時間運轉(zhuǎn)。但是箕斗如果因為卡阻或其他原因產(chǎn)生沖擊載荷時，則容易引致天輪設(shè)備事故。因為現(xiàn)場無法適時進行天輪維檢，為保障提升機安全可靠運行，應(yīng)盡早將故障天輪更新。

（6）天輪裝置更新與改造。

根據(jù)文獻[7]160及中信重工機械股份有限公司編纂的《礦井提升機培訓(xùn)資料》（2013 年8 月），以及銅興公司更新與改造天輪裝置的經(jīng)驗，天輪裝置的更新與改造要保持原天輪裝置的外徑、繩槽直徑和基礎(chǔ)尺寸不變，將天輪裝置整體更換為當(dāng)前新型的結(jié)構(gòu)形式，如將老結(jié)構(gòu)天輪原滑動軸承更新為滾動軸承結(jié)構(gòu)等。更新后的天輪裝置結(jié)構(gòu)和材質(zhì)應(yīng)先進合理，承載能力提高，并且新型襯墊的使用壽命更高，更安全可靠。一般應(yīng)根據(jù)實際情況，盡量使用原天輪軸承底座，這樣可利用原來的基礎(chǔ)及地腳螺栓，有利于安裝。

2.2.5 聯(lián)軸器故障機理分析與對策

（1）聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)類型。

提升機主傳動系統(tǒng)采用的聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)形式通常有3 種，即齒輪聯(lián)軸器、蛇形彈簧聯(lián)軸器和彈性棒銷聯(lián)軸器。高速級連接采用齒輪聯(lián)軸器用于仿蘇KJ 型提升機，蛇形彈簧聯(lián)軸器用于JK及XKT 型提升機，彈性棒銷聯(lián)軸器用于JK/A 及JK/E 型提升機。低速級連接一般均采用齒輪聯(lián)軸器。其中，蛇形彈簧聯(lián)軸器故障率相對高一些，其他兩種聯(lián)軸器故障率較低，并且處理故障的方法相對簡單。

（2）高速級聯(lián)軸器故障處理。

高速級采用齒輪聯(lián)軸器時，由于轉(zhuǎn)速較高、剛性大、無緩沖性能，因此在傳動運轉(zhuǎn)中易產(chǎn)生沖擊噪聲，齒面磨損較快。齒面較大磨損后引起嚙合側(cè)隙增大，又會導(dǎo)致較大的換向沖擊。蛇形彈簧聯(lián)軸器雖然有一定的緩沖性能，可以吸收一定的慣性沖擊，但是彈簧片承受較大的彎曲和剪切應(yīng)力，產(chǎn)生折斷故障的概率偏高，并且更換彈簧片費時費力。因此應(yīng)將高速級聯(lián)軸器均更換成彈性棒銷聯(lián)軸器。

彈簧片易折斷原因主要有4 個：①安裝精度不達標，兩軸同軸度和傾斜度較差及端面間隙較大，致使彈簧片承受較大的彎曲和剪切應(yīng)力；②使用不當(dāng)，運行中系統(tǒng)沖擊較大和制動頻繁等，對彈簧片造成過大的沖擊負載；③超載運行導(dǎo)致彈簧片彎曲應(yīng)力過大而早期疲勞開裂；④齒槽幾何形狀和圓角半徑過小，使彈簧片中間產(chǎn)生過大的尖峰應(yīng)力導(dǎo)致斷裂。

（3）齒輪聯(lián)軸器切向鍵松動故障處理。

主軸及減速器主軸與齒輪聯(lián)軸器等相連接的切向鍵產(chǎn)生松動故障，其主要原因是產(chǎn)品在裝配中未達到設(shè)計和工藝要求，造成各接觸面之間的接觸面積未達標，致承載后產(chǎn)生間隙而退鍵。處理措施：重新配鍵，并增設(shè)止退螺釘（圖12）。必須指出，不要將退鍵打緊后點焊固定。因為將退鍵截短打緊處理，僅僅是一種應(yīng)急措施，必須盡早重新配鍵徹底處理。

應(yīng)當(dāng)指出，JK 型提升機固筒右輪轂與軸頸是過盈配合并配2 對切向鍵連接，KJ 型3 m 以上提升機和XKT 型提升機固筒右輪轂與軸頸連接均如此，KJ 型3 m 及以下提升機和JKA 型提升機固筒2 個轂軸連接亦均如此。KJ 型等提升機固筒轂軸連接等處的切向鍵連接，銅興公司及其他礦山均時有發(fā)生連接失效故障[7]34，41。銅興公司原KJ2×3×1.5D-20 型提升機固筒2 個轂軸連接每處各2 對切向鍵均產(chǎn)生過松動故障，盲主井提升機主軸與齒輪聯(lián)軸器連接的切向鍵及減速器主軸與齒輪聯(lián)軸器連接的切向鍵亦產(chǎn)生過松動故障。不僅如此，上述主軸上前者每個轂軸連接處開2 個切向鍵鍵槽，含軸端鍵槽，共3 處6 個鍵槽；后者也有4 個鍵槽。這種結(jié)構(gòu)既削弱了主軸強度和剛度，還易造成嚴重的應(yīng)力集中，為一隱患點。如2.2.3 所述，JK/A 和JK/E 型提升機已取消了固筒轂軸連接的切向鍵結(jié)構(gòu)。

圖12 切向鍵止退螺釘示意

（4）聯(lián)軸器技術(shù)改造。

目前高速級聯(lián)軸器技術(shù)改造時，前2 種聯(lián)軸器均建議由彈性棒銷聯(lián)軸器替代[7]150。該聯(lián)軸器有4 個特點：①具有蛇形彈簧聯(lián)軸器的類似性能特點，具有良好的減振和吸振性，緩沖性較好，可以適量補償兩軸安裝時的同軸度和傾斜度誤差，同軸度≤0.2，傾斜度≤20′，可有效減少電機對減速器齒面的慣性沖擊；②在彈性棒銷疲勞損壞后，兩軸仍能保持連接在一起，確保傳動安全可靠；③彈性棒銷一般采用彈性較好、耐疲勞的聚氨酯橡膠（簡稱“聚氨酯”）制作，使用壽命長，備件易解決，更換方便；④該結(jié)構(gòu)的彈性棒銷受到的是擠壓作用，而其他一般棒銷類聯(lián)軸器中的棒銷受到的是剪切作用，相比之下，該結(jié)構(gòu)的彈性棒銷使用壽命較長。

2.3 鋼絲繩罐道剛性系數(shù)分析與應(yīng)用

柔性罐道是礦井提升系統(tǒng)的重要裝置，其作用是對提升容器導(dǎo)向，防止容器擺動和轉(zhuǎn)動，保證容器平穩(wěn)運行[12-13]。由于容器偏載、提升鋼絲繩松捻力矩、容器碰撞鋼絲繩罐道及罐道繩對容器的反彈作用以及哥氏力引起的容器擺動等因素，致使罐道繩動態(tài)中心與設(shè)計提升中心產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致容器與罐道繩共同擺動甚至后者的共振，嚴重時將影響容器正常運行。經(jīng)對罐道繩的張緊特性、剛性系數(shù)及所受橫向力等進行分析計算，合理選定了銅興公司的罐道繩及其張緊力，對減小容器與罐道繩的偏擺值，保障容器平穩(wěn)運行，取得了較好的應(yīng)用效果。同時掌握了罐道繩的一些張緊特性。

銅興公司盲主井提升系統(tǒng)2 個箕斗配置8 根罐道繩。罐道繩采用下端固定、上端拉緊方式，這是一種新型罐道繩可調(diào)式棘輪杠桿張緊裝置[14]（圖13～圖14）。這種安裝在井架上的棘輪杠桿機構(gòu)，比傳統(tǒng)的井底重錘式張緊裝置優(yōu)越，可靠性也優(yōu)于井筒下部或上部液壓缸張緊裝置。

2.4 天輪采用襯墊分析與應(yīng)用

圖13 可調(diào)式棘輪杠桿張緊裝置示意

圖14 箕斗、罐道繩與張緊裝置位置分布

天輪是礦井提升機的重要部件，其使用壽命在很大程度上取決于輪緣的使用壽命，所以延長輪緣使用壽命即可延長天輪使用壽命。在早期的天輪設(shè)計中，除了鑄鐵輪緣采用襯墊外，鑄鋼和焊接輪緣一般較少采用襯墊。為了延長輪緣和鋼絲繩的使用壽命，銅興公司在提升機及絞車的鑄鋼輪緣上均采用了襯墊，對鑄鐵輪緣上早期的襯墊亦進行了改造，均取得了很好的應(yīng)用效果。銅興公司及其他礦山采用天輪襯墊數(shù)十年的實踐表明[15]，采用襯墊既延長了天輪和鋼絲繩的使用壽命，亦提高了提升系統(tǒng)運行的可靠性。天輪改造或更新時應(yīng)采用襯墊。

2.5 卷筒塑襯加厚使用分析與效果

提升機卷筒塑襯厚度的改變引起提升速度的變化趨勢，可從v＝πDn/（60i）中看出。其中，v 為鋼絲繩線速度，D 為鋼絲繩纏繞直徑，n 為電機轉(zhuǎn)速，i 為減速器傳動比。

所以，提高提升能力即提升v 有3 個途徑：一是增加塑襯厚度以增大D；二是提高n，但需增大電機功率；三是可以重新選用較小的i。當(dāng)然，提高每次提升量亦可提高提升能力，但最終也要通過增大電機功率來實現(xiàn)。顯然，以上諸方法中，增大D 最為簡捷。考慮到部分提升系統(tǒng)在原設(shè)計中由于選擇的電機功率較富裕，可直接通過增大D 來實現(xiàn)V 的提升。塑襯加厚后，需對原提升系統(tǒng)設(shè)備選型設(shè)計中的電機、運動學(xué)和力學(xué)等章節(jié)進行校核計算。塑襯加厚后D 與擋繩板外徑的距離須符合《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》[16]（以下簡稱《規(guī)程》）規(guī)定：“6.3.5.4 纏繞兩層或多層鋼絲繩的卷筒，應(yīng)符合下列規(guī)定：卷筒邊緣應(yīng)高出最外一層鋼絲繩，其高差不小于鋼絲繩直徑的2.5 倍；卷筒兩端應(yīng)設(shè)有過渡塊；經(jīng)常檢查鋼絲繩由下層轉(zhuǎn)至上層的臨界段部分（相當(dāng)于1/4 繩圈長），并統(tǒng)計其斷絲數(shù)。每季度應(yīng)將鋼絲繩臨界段串動1/4 繩圈的位置。”

2.5.1 銅興公司盲主井提升機卷筒塑襯加厚使用效果

盲主井提升機卷筒塑襯加厚使用效果見表3。

按每天工作19.5 h、每年工作330 d 計算，現(xiàn)設(shè)備比原設(shè)備多提升0.503 次/h，相同工況下可以多提升礦石10 034.096 t/a（礦石重力按3.100 t/箕斗計算）；擬修改設(shè)備比原設(shè)備多提升0.814 次/h，相同工況下可以多提升礦石16 238.079 t/a。

2.5.2 銅興公司4 臺提升機卷筒塑襯加厚使用效果

4 臺提升機均經(jīng)歷了立井延深。為了增加其卷筒容繩量，避免或減少鋼絲繩雙層纏繞，提高設(shè)備效率，對其木襯或塑襯均進行了40～60 mm 加厚處理，均獲得了很好的使用效果（表4）。因為提升機在原設(shè)計中選擇的電機功率均有富裕，所以其木襯或塑襯加厚后，電機均未改變。

表3 提升機卷筒塑襯加厚使用效果

2.6 電機擴容技術(shù)改造分析與應(yīng)用

近年來，有部分老礦山因立井延深或提高產(chǎn)能等原因要提高設(shè)計產(chǎn)量，在原有提升設(shè)備的基礎(chǔ)上，進行設(shè)備改造升級，以達到增產(chǎn)目標。而要提高提升能力，需提高提升速度或提高每次提升量，最終通過增大電機功率來實現(xiàn)。

表4 銅興公司4 臺提升機主要參數(shù)

對于帶減速器結(jié)構(gòu)的提升機來講，要提高提升能力，需重新選用較小的減速器速比或提高電機轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)提升速度的提高。常用的改造方案是對電機進行改造或更新，提高其轉(zhuǎn)速和功率，利用其原基礎(chǔ)螺栓，設(shè)計新的電機過渡底座，同時對電控系統(tǒng)進行升級改造，以滿足電機擴容需要。部分提升系統(tǒng)在原設(shè)計中由于選擇的電機功率比較富裕，或可直接通過減小減速器速比來實現(xiàn)提升速度的提升。改造后，提升速度提高，單次提升量若較原設(shè)計方案也有所提高，則需經(jīng)主機廠對提升機主機強度及傳扭能力進行校核計算后，確定主軸裝置是否改變。對電機進行改造或更新后，變頻電控系統(tǒng)亦需進行升級改造配套。若最大靜張力差提高，則需對提升系統(tǒng)原配套的液壓制動系統(tǒng)進行改造升級，以滿足《規(guī)程》規(guī)定：“6.3.5.18 提升機緊急制動和工作制動時所產(chǎn)生的力矩，與實際提升最大靜荷載產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩之比K，應(yīng)不小于3。”（以下簡稱“制動力矩≥3 倍靜力矩”）。改造示例：銅興公司盲主井提升機擴容改造，其改造前后主要參數(shù)見表5。

電機由590 r/min 提至740 r/min 后，提升速度增至v1＝4.928 m/s，v2＝4.988 m/s；改為變頻電機及塑襯加厚后，提升速度又增至v1＝5.083 m/s，v2＝5.143 m/s。經(jīng)對提升機主機主要技術(shù)參數(shù)進行校核計算后，確定主軸裝置保持不變。更新變頻電機時，利用原電機基礎(chǔ)螺栓，設(shè)計變頻電機過渡底座。進行變頻調(diào)速技術(shù)改造及對原PLC 電控系統(tǒng)進行升級改造，以滿足電機擴容及提高提升機綜合性能需要。最大靜張力雖未提高，但考慮到立井延深120 m 及提升速度提高，故將原油缸前置式盤形制動器及其裝置改造升級為油缸后置式盤形制動器及其裝置，并將原制動器裝置的制動器由4 對增至8 對，液壓站亦進行升級換代，滿足《規(guī)程》制動力矩≥3 倍靜力矩的規(guī)定。

表5 盲主井提升機擴容改造前后主要參數(shù)

電機擴容后，尤其實施變頻電控技術(shù)后，該提升機獲得了很好的技術(shù)經(jīng)濟指標。

2.7 技術(shù)改造與設(shè)備更新取得顯著成效

為排除提升機故障與提升設(shè)備能力，近年來，銅興公司對5臺提升機尤其是對3 臺老舊提升機進行了一系列技術(shù)改造與設(shè)備更新。

（1）將主井KJ2×4×1.8D-11.5 型提升機主軸裝置與制動系統(tǒng)更新為2JK-4/11.5A 型提升機結(jié)構(gòu)。

（2）將副井KJ2×3×1.5D-20 型提升機主軸裝置與制動系統(tǒng)更新為2JK-3/20A 型提升機結(jié)構(gòu)，同時對調(diào)速電阻重新進行計算與配置。更新與改造后，交流電機配置由原510（主電機380＋輔電機130）kW 降為380 kW（輔電機拆除），使提升機在重載提升加速等時段功率下降了25.49%（130 kW/510 kW）。

（3）將副井2БМ×2.5-20 型提升機除2 個天輪以外，整機更新為2JK-2.5/20A 型提升機。

（4）將2 臺主井及1 臺副井提升機電阻調(diào)速與TKD 電控系統(tǒng)均改造為變頻調(diào)速與PLC 電控系統(tǒng)；其余提升機及一臺絞車均實現(xiàn)雙線制PLC 控制；將盲主井提升機電機更新為提升機專用變頻調(diào)速三相異步電機YTS400L2-8/450 kW/660 V；將盲主井等2 臺提升機及1 臺絞車聯(lián)軸器均更新及采用為JK/A、JK/E型提升機專用彈性棒銷聯(lián)軸器。

（5）2014 年9 月，采用新型軸卡方法處理盲主井提升機固筒滑動支輪故障后，迄今設(shè)備運行正常。

（6）將兩臺盲井提升機老型液壓站均更新為TE160 GSM 型液壓站，其余3 臺提升機已隨整機或制動系統(tǒng)更新為TE160 GSM 型液壓站。

（7）2015 年7 月和2019 年9 月，將Φ4 m 1 號和2 號天輪裝置均更新為當(dāng)前新型結(jié)構(gòu)形式，原滑動軸承改為滾動軸承結(jié)構(gòu)，新舊天輪具有安裝互換性；2018 年5 月，將盲主井提升機2號天輪裝置更新。

（8）盲主井提升機經(jīng)上述設(shè)備更新與改造后，其性能參數(shù)及提升能力得到一定提升，有效緩解了其提升能力偏小的狀況。2019 年9 月，將傳動系統(tǒng)減速器及潤滑站更新為ZZL710 型行星齒輪減速器及TE001 G 型潤滑站后，傳動系統(tǒng)性能得以優(yōu)化，同時消除了設(shè)備隱患，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。

上述設(shè)備更新與技術(shù)改造后，不僅消除了原設(shè)備的結(jié)構(gòu)缺陷和設(shè)備故障等，還使新設(shè)備的提升能力如鋼絲繩最大靜張力、最大靜張力差及旋轉(zhuǎn)部分變位重量均有大幅度提高及增加[17]。尤其采用變頻電控技術(shù)后，電機實現(xiàn)軟啟動，轉(zhuǎn)矩沖擊不再存在，提升機實現(xiàn)無級調(diào)速，加、減速過程平滑且可精確調(diào)節(jié)（亦可重新設(shè)定參數(shù)）控制，大大減輕機械沖擊強度[18-19]。理論上，提升機采用變頻電控技術(shù)運行方式無沖擊現(xiàn)象；電控保護項目齊全，完全符合《規(guī)程》的規(guī)定，保證設(shè)備安全可靠運行；縮短了一次提升時間，故障發(fā)生概率降低，操作維修簡便，運行成本明顯下降，提升能力和效率提高。由于提升系統(tǒng)高效平穩(wěn)運行，電機功率因數(shù)提高、發(fā)熱降低等，使2 臺主井提升機節(jié)電率均達到25%以上[20-21]。同時，也顯著提升了銅興公司礦井提升系統(tǒng)整體裝備水平和綜合性能，如安全可靠性、提升能力、設(shè)備效率、節(jié)能降耗等經(jīng)濟技術(shù)指標，切實保障了礦井安全生產(chǎn)。

2.8 設(shè)備改造與更新后應(yīng)加強管理與維護

礦山企業(yè)一般比較重視設(shè)備的技術(shù)改造與更新?lián)Q代工作，而對改造與更新后的設(shè)備管理與維護保養(yǎng)工作則重視不夠，這就是我國礦山普遍存在的“重投入，輕管理；重維修，輕維護；重硬件，輕軟件；重項目建設(shè)，輕人才培養(yǎng)”現(xiàn)象。這樣就造成了對某些新設(shè)備或部件的使用不當(dāng)之處，致使其功能或作用喪失甚至產(chǎn)生副作用。以下僅舉兩例欲引以為戒。

2.8.1 將電機制動器棄之不用

硬齒面行星齒輪減速器對沖擊的敏感性高，所以在JK/E系列提升機中配置了JK/E 型提升機電機制動器。其工作原理：當(dāng)提升機正常減速、停車或緊急制動時，卷筒上的盤形制動器裝置施閘，當(dāng)卷筒和減速器低速軸完全靜止時，由于轉(zhuǎn)子的慣性電機不能馬上停止，減速器高速軸仍會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，這樣就在減速器的高速軸、低速軸之間產(chǎn)生一個力矩，并伴有沖擊現(xiàn)象，損傷減速器。

制動器的主要目的就是保護減速器免受沖擊。制動器安裝在彈性棒銷聯(lián)軸器下部，為垂直移動式制動器，主要由機架、圓弧形閘瓦（下端帶連桿）裝置、油缸裝置、螺旋彈簧、調(diào)整螺母等組成（圖15）。

圖15 JK/E 型提升機電機制動器

JK/E 型提升機電動機制動器與盤形制動器裝置的原理類似，也是“液壓松閘，彈簧力制動”。油缸裝置與提升機盤形制動器油路相連通，即制動器的動作與盤形制動器始終保持“同步”，這樣提升機在減速、停車，特別是在緊急制動時，能吸收絕大部分的電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，使減速器的高、低速軸動作“同步”，無附加有害的力矩，從而使行星減速器的齒輪免受沖擊損壞，提高減速器使用壽命。

制動器是一個重要部件，不可或缺。但是，個別現(xiàn)場對其維護比較滯后，致使其功能喪失，甚至個別現(xiàn)場還將其棄之不用。此狀況究其根源，應(yīng)為個別管理者或維修人員對制動器功能重要性的認識問題。

2.8.2 將三相異步電機額定頻率50 Hz 調(diào)小

我國三相異步電機電源頻率一般是50 Hz，50 Hz 是恒轉(zhuǎn)矩輸出，60 Hz 是恒功率輸出。如果隨意將三相異步電機額定頻率50 Hz 調(diào)小，將使電機的功率及轉(zhuǎn)速小于銘牌標定的額定值，轉(zhuǎn)矩及其他技術(shù)經(jīng)濟指標也將下降。提升機為位能性負載，其要求恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，人為降低電機頻率及轉(zhuǎn)速勢必降低電機轉(zhuǎn)矩，從而降低提升機的提升能力及效率。電機頻率及轉(zhuǎn)速等參數(shù)的調(diào)整與控制，可以通過變頻器或其他調(diào)速手段實現(xiàn)。對于已采用變頻電控技術(shù)的提升機，再人為的調(diào)小電機額定頻率，使之功率及轉(zhuǎn)速等參數(shù)指標及其性能下降，實屬不該。對此狀況究其根源，仍為個別管理者對電機的認識問題。