礦山立井小斷面平衡錘專用滾輪罐耳的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

郭 翔

徐州煤礦安全設(shè)備制造有限公司 江蘇徐州 221011

目前，煤礦、冶金行業(yè)使用的立井組合鋼罐道大斷面平衡錘及提升容器多采用滾輪罐耳，由于斷面大，安裝尺寸充裕，布置形式常采用 3 件 1 組滾輪罐耳結(jié)構(gòu)，使矩形鋼罐道三面靠緊，運(yùn)行時(shí)，與組合鋼罐道通過摩擦滾動達(dá)到穩(wěn)定提升容器的目的。小斷面平衡錘因安裝尺寸不足，3 件 1 組的滾輪罐耳無法正常安裝，常采用簡易的［形鋼罐卡，在平衡錘運(yùn)行過程中，鋼罐卡對組合鋼罐道摩擦大，沖擊強(qiáng)，易損壞罐道，降低了罐道的使用壽命，增加了使用成本和維修費(fèi)用。為此，徐州煤礦自行研制開發(fā)出小斷面平衡錘罐道導(dǎo)向裝置——平衡錘專用滾輪罐耳。與小斷面平衡錘配套使用時(shí)，專用滾輪罐耳可以減少其對組合罐道的硬性沖擊，保證了平衡錘的平穩(wěn)運(yùn)行和罐道的使用壽命。

筆者從平衡錘專用滾輪罐耳的結(jié)構(gòu)、工作原理，介紹了立井提升系統(tǒng)小斷面平衡錘專用滾輪罐耳的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

1 專用滾輪罐耳結(jié)構(gòu)

小斷面平衡錘專用滾輪罐耳從結(jié)構(gòu)上可命名為雙緩沖支撐滾輪罐耳，其聚氨酯膠輪與輪轂結(jié)合面大，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，使用壽命長；其與罐道抱固性好，聚氨酯膠輪磨損后，調(diào)整位置方便，緩沖器預(yù)緊力調(diào)整簡單。

專用滾輪罐耳主體結(jié)構(gòu)由輪軸、支撐架、液壓-碟簧復(fù)合緩沖器及底座組成，如圖 1 所示。輔助件由固定螺栓、前后銷軸、前后擋板及軸端固定擋板組成。

圖1 專用滾輪罐耳結(jié)構(gòu)

輪軸由圓錐滾子軸承、階梯軸、圓螺母、透蓋、滾筒、耐磨銅套、聚氨酯膠輪及輪蓋組成，如圖 2 所示。圓錐滾子軸承 2 個(gè) 1 組背對背安裝在階梯軸上，增強(qiáng)輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、抗徑向和軸向的沖擊力。聚氨酯膠輪具有不脫膠、不掉塊、高承載、高動態(tài)負(fù)荷、永久變形小、回彈性好、高耐磨性、內(nèi)生熱低、耐高溫性佳、良好的動態(tài)性能及抗沖擊性等優(yōu)點(diǎn)[1]。耐磨銅套外側(cè)分別與滾筒、輪蓋貼緊，內(nèi)側(cè)與組合管道兩側(cè)面接觸，起著穩(wěn)定導(dǎo)向作用。

圖2 輪軸結(jié)構(gòu)

液壓-碟簧復(fù)合緩沖器由內(nèi)柱桿、碟形彈簧、螺紋活塞桿、活塞桿密封圈、圓螺母及套筒組成，如圖 3 所示。內(nèi)柱桿與活塞桿之間的空隙形成封閉的上腔室，套筒和彈簧之間的空隙形成封閉的下腔室，上下腔室各自獨(dú)立，通過活塞桿內(nèi)均布四周的 4 個(gè)阻尼孔連通。安裝時(shí)，2 個(gè)腔室內(nèi)注滿鋰基潤滑脂。平衡錘上下運(yùn)行時(shí)，阻尼孔可以減緩罐道對輪軸的沖擊?；钊麠U與支撐架由鉸接螺母連接，活塞桿頂端是高為10～15 mm 的四方體，該四方體方便扳手調(diào)節(jié)緩沖器預(yù)緊力和緊靠罐道的行程。復(fù)合碟形彈簧疊放在內(nèi)柱桿與套筒之間，平衡錘上下運(yùn)行時(shí)，罐道接觸點(diǎn)或高凸點(diǎn)對輪軸產(chǎn)生水平推力，經(jīng)鉸接支撐架傳遞給液壓-碟簧復(fù)合緩沖器，緩沖器受壓縮產(chǎn)生反彈力。

圖3 緩沖器結(jié)構(gòu)示意

2 工作原理

輪軸通過軸與支撐架連接，支撐架通過銷軸與底座及緩沖器連接，緩沖器通過銷軸與支撐架及底座連接。轉(zhuǎn)動液壓-碟簧復(fù)合緩沖器活塞桿可調(diào)整輪軸前后行程，從而調(diào)整輪軸位置。

專用滾輪罐耳沿罐道運(yùn)行時(shí)，輪軸與罐道靠緊，輪軸受到水平推力，在支撐架、底座和緩沖器之間的鉸接作用下，緩沖器受壓縮產(chǎn)生反彈力。緩沖器的反彈力一是保證提升容器順利通過高點(diǎn)；二是保證提升容器不與罐道發(fā)生碰撞；三是保證提升容器在上升和下降過程中擺動幅度不會太大。緩沖器的緩沖性能是嚴(yán)格按照提升容器的質(zhì)量、運(yùn)行速度設(shè)計(jì)的，但其輪軸的最大水平推力要小于或等于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)以上原理設(shè)計(jì)制造的專用滾輪罐耳能滿足用戶要求。

3 使用特點(diǎn)

專用滾輪罐耳用液壓-碟簧復(fù)合緩沖器取代傳統(tǒng)的緩沖結(jié)構(gòu)，承載力大，運(yùn)行平穩(wěn)，可靠性高，壽命長，維修方便。底座和支撐架采用高強(qiáng)度 Q355 鋼板，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗沖擊性強(qiáng)。緩沖器復(fù)位行程小，可有效地避免滾輪與罐道產(chǎn)生異常碰撞，同時(shí)起到導(dǎo)向、緩沖與穩(wěn)定的作用。罐道與專用滾輪罐耳由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，減少了動力消耗，降低了噪聲，降低了磨損，從而提高了罐道和專用滾輪罐耳的使用壽命。輪軸外輪采用聚氨酯，側(cè)擋采用耐磨銅套，解決了實(shí)心輪轂質(zhì)量大、慣性大、軸承受力大、軸承早期損壞以及耐磨滾輪磨損快的問題，克服了工作中耐磨滾輪摩擦發(fā)熱而溫度升高，產(chǎn)生變形的缺點(diǎn)。

4 應(yīng)用情況

以萊州市金星礦業(yè)副井平衡錘使用為例，平衡錘(見圖 4) 技術(shù)參數(shù)如表 1 所列。

圖4 平衡錘結(jié)構(gòu)

表1 平衡錘的技術(shù)參數(shù)

平衡錘斷面寬度為 430 mm，較窄，不能使用 3件 1 組罐耳。為滿足現(xiàn)場使用要求，在平衡錘上下盤體上焊接滾輪罐耳專用底座，使?jié)L輪罐耳靠緊鋼罐道，并用 M16 螺栓將其固定在底座上。正常運(yùn)行時(shí)，聚氨酯膠輪沿矩形鋼罐道滾動，其兩側(cè)卡槽形成滾動的滑槽，卡在矩形鋼罐道上，防止其發(fā)生左右擺動，使平衡錘在提升期間平穩(wěn)運(yùn)行。提升運(yùn)行期間，遇到罐道連接處凸凹不平處，罐道產(chǎn)生的碰撞力由緩沖器吸收，減少了平衡錘與罐道間的沖擊力。使用該專用滾輪罐耳后，矩形罐道更換周期超過 700 d，專用滾輪罐耳的使用壽命超過 180 d，維護(hù)維修量降低，設(shè)備更換周期延長，保證了提升系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性。

5 結(jié)語

滾輪罐耳在山東黃金集團(tuán)玲瓏金礦主立井平衡錘、萊州金星礦業(yè)副井平衡錘、招遠(yuǎn)市辛莊黃金礦業(yè)洼孫家副井平衡錘上均使用良好。從使用效果來看，矩形鋼罐道的磨損明顯減少，維修量大幅度減少，提高了生產(chǎn)效率，減少了生產(chǎn)和維護(hù)成本，具有良好的推廣價(jià)值。