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基于BM 型提升机4m 天轮的改造

2020-06-28赵永生

科学技术创新 2020年16期
关键词:衬垫分力提升机

赵永生

(开滦集团唐山矿业公司,河北 唐山063000)

提升系统在煤矿生产活动中至关重要,主要涉及到人员、辅料、矿产资料的输送,提升系统如不能正常运转,将造成整个矿井瘫痪;因此必须确保提升系统的安全运行。在提升系统中主要分为四大块:提升机、天轮、钢丝绳、容器;其中天轮是矿井立井井架最上方调节钢丝绳运动方向的定滑轮。天轮作用是撑起连接提升机卷筒和提升容器的钢丝绳,并引导钢丝绳转向,在提升系统中天轮至关重要,必须确保天轮的正常运转。

1 天轮主轴结构改造

1.1 轴承结构改造

普通滑动轴承的摩擦阻力系数为0.08~0.12,机械效率为0.92~0.96,滚动轴承的摩擦系数仅为0.001~0.005,机械效率达0.98~0.99。滑动轴承优点是运转起动块、效率高、润滑油(脂)损耗小、安装维修方便、易于实现标准化、通用化。基于以上分析结果决定将天轮原滑动轴承改为滚动轴承, 同时对天轮进行整体改造。

1.2 润滑油品替代

原天轮滑动轴承采用润滑油润滑,换油周期短、一次更换量大、油液易受污染、成本高。采用滚动轴承后将选用与之相适应的润滑脂。较之前采用润滑油时具有成本低、易于维护、对环境无污染。

1.3 天轮整体改造

天轮轴承型式的改变,势必带来天轮整体结构的变化。原天轮支轮采用四分铆接结构,现场组装时工作量大、组装后偏摆值大,不利于天轮平稳运转。另外原天轮衬垫材料为普通橡胶,容易老化,使用寿命低,经过筛选对比,计划采用新型高分子材料衬垫,使用寿命预计提高2 倍以上。

1.4 提升系统相关参数

天轮直径3738mm;提升机最大静张力11000kg。

2 天轮改造具体方案

2.1 天轮主轴直径由原来Φ140mm 增加至Φ240mm,提高了主轴强度;

2.2 天轮支轮由四分铆接结构改为二等分焊接结构,提高了支轮强度,降低了现场组装的工作量,减小了轮缘端面偏摆值。

3 主轴静强度计算

3.1 系统受力分析

双筒提升机上、下出绳仰角分别为α=30°;α=35°;计算中采用α=35°容器在井底并加载后提升时、钢绳载荷为最大静张力Fjmax=11000kg。分布天轮两边钢绳的拉力、紧边和松边可以认为张力相等。将两力平移至天轮中心、所产生的力矩大小相等、方向相反、互相抵消。力分解后的分力为:水平分力:FX=9010kg;垂直分力:FY=17310kg 合力:Fh=19514kg。垂直分力如果需考虑设备自重的影响:(衬垫自重:84kg;天轮含轴自重:3548kg)。

图1

则:参与计算的各分力改写为:

水平分力:FX=9010kg

垂直分力:FY=17310+84+3548=20942kg

3.2 计算各截面合成弯矩

见(图2)主轴各部分尺寸。

图2

图3

3.3 计算各点受力

3.4 计算各截面的合成弯矩(见图2)

截面1:M1h=5.9RAh=5.9×11399=67254kg·cm

截面2:M2h=24.25RAh=24.25×11399=276426kg·cm

截面3:M3h=44.25RAh=44.25×11399=504406kg·cm

3.5 主轴疲劳强度计算

截面1:M1h=67254(截面直径φ240);截面2:M2h=276426(截面直径φ255);截面1:M3h=504406(截面直径φ300)。

表1 疲劳计算表

3.6 主轴的疲劳强度校核(分别选择35CrMo 和45#钢两种材质):

主轴采用锻造加工,其机械性能(kg/cm2)对比:35CrMo(σb=7000;σs=5500;σ-1=3350);45# 钢(σb=5800;σs=2900;σ-1=2350)

4 计算结果分析

4.1 主轴疲劳强度计算考虑了天轮自重、轴与轴承的配合、台阶及过渡圆角等对主轴疲劳强度的影响因素。

4.2 因为载荷确定精确、应力计算准确所以许用疲劳安全系数取值[σS]=1.3~1.5 按以上两种主轴材料计算:在考虑安全条件下,选用经济性较显著的45#锻钢为主轴材料,各危险截面的疲劳安全系数Sσi>1.3~1.5,可以使用。通过验算主轴刚度其危险断面总变形量远小于许用挠度,满足使用要求。

4.3 更换后确定滚动轴承型号及寿命验算结论

以现场天轮的实际极限工况及天轮尺寸设计布置情况来看,轴承按15 年寿命选择,确定轴承型号为:调心滚子轴承24048 CC/W33。

5 改造效果总结

新天轮改造完成并投入使用至今已6 年,期间未出现任何故障。定期现场观测轮缘端面跳动量小于1.5mm,衬垫平均磨损低于每年1mm 厚度,提高了天轮运行的平稳性及使用寿命,降低了维修成本,达到了预期的改造目的。

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